Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия Советский патент 1982 года по МПК F02B23/02 

1

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания, преимущественно с воспламенением от сжатия.

Известен двигатель внутреннего сгорания 5 с воспламенением от сжатия, содержащий по меньщей мере одну камеру сгорания, поршень, днище которого снабжено накладкой с тепловым концентратором, и цилиндр, в крыщке которого закреплена форсунка с Ю охватывающим ее электромагнитом и магнитопроводами, концы которых размещены на внутренней поверхности крышки цилиндра 1.

Данный двигатель обеспечивает недоста- 15 точно высокую интенсификацию процесса сгорания и тем самым не исчерпывает имеющихся возможностей получения еще более высокой эффективности рабочего процесса.

Целью изобретения является повышение 20 эффективности рабочего процесса путем обеспечения интенсификации процесса сгорания.

Указанная цель достигается тем, что крышка цилиндра снабжена углублением, 25 а тепловой концентратор выполнен в виде тела вращения с тороидальной проточкой в основании, образующей при пересечении с ним кольцевую кромку, причем камера сгорания ограничена поверхностями углубле- 30

ния в крышке цилиндра и тороидальной проточки, а концы магнитопроводов соединены на внутренней поверхности крышки цилиндра дополнительным кольцевым магнитопроводом. Углубление в крышке цилиндра и тепловой концентратор могут быть выполнены по сфере. Поверхность теплового концентратора может быть образована вращением гипоциклоиды относительно его продольной оси, при этом предпочтительно дополнительный магнитопровод выполнять П-образиого профиля, а тепловой концентратор снабдить двумя остроугольными кольцевыми выступами. Наиболее рационально дополнительный магнитопровод размещать на уровне кольцевой кромки теплового концентратора.

Такое выполнение устройства позволяет обеспечить более полный охват рабочего тела в объеме сжатия локально действующими магнитными полями и более высокую турбулизацию заряда.

На фиг. 1 изображен продольный разрез двигателя с вариантом углубления в крышке цилиндра и теплового концентратора, выполненных по сфере; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1; на фиг. 3 - продольный разрез двигателя с вариантом теплового концентратора, поверхность которого образована вращением гипоциклоиды. Двигатель включает цилиндр 1, в крышке 2 которого закреплена форсунка 3, последнюю охватывает установленный на крышке 2 электромагнит 4 с отходящими от него магнитопроводами 5, концы которых пропущены через тело крышки 2 из немагнитного материала и соединены с залитым в ней дополнительным кольцевым магиитопроводом 6 треугольного сечения, одна из кольцевых кромок 7 которого выходит иа внутреннюю поверхность крышки 2, имеющую сферическую форму и образующую углубление 8. В поршне 9 посредством гайки 10 закреплена ферромагнитная накладка 11 с выступающим тепловым концентратором 12, поверхность которого выполнена по сфере. В основании последнего выполнена тороидальная проточка 13, образующая при пересечении с ним острую кольцевую кромку 14. При положении поршня 9 в верхней мертвой точке поверхности углубления 8 и тороидальной проточки 13 ограничивают камеру сгорания 15. Накладка 11 снабжена каналами системы масляного охлаждения (на фигурах не показаны) . Обмотка электромагнита 4 подключена к источнику постоянного тока. Поверхность 16 теплового концентратора может быть образована вращением гипоциклоиды относительно его продольной оси, при этом дополнительный магнитопровод выполнен П-образного профиля 17, а тепловой концентратор снабжен двумя остроугольными выступами 18. Работает двигатель следующим образом. Топливо проходит вдоль плотного магнитного поля по топливному каналу форсунки 3, и при подходе поршня 9 к верхней мертвой точке в такте сжатия, за 10-12°С до верхней мертвой точки, начинается его впрыск в полусферическую полость в углублении 8 крышки 2, в которой действует магнитное поле. При этом смесь топлива и воздуха движется поперек поля. Большая сферическая площадь теплового концентратора 12 и высокая температура в углублении 8 способствуют быстрому и равномерному прогреванию впрыскиваемого топлива по мере его перемещения к камере сгорания, образованной поверхностью тороидальной проточки 13 и внутренней поверхностью крышки 2 цилиндра 1. Тепловой концентратор 12 одновременно выполняет функцию турбулизатора, что в сочетании с магнитным полем обеспечивает подготовку топливо-воздушной смеси к качественному сгоранию. Процесс макро- и микросмешения топлива с воздухом осуп1,ествляется в несколько стадий. Вначале впрыскиваемое топливо проходит спутно-турбулентное смешение с воздухом, вытесняемым поверхностью теплового концентратора 12 через сопловое отверстие узкого переменного кольцевого сечения, образуемое кольцевой кромкой 14 теплового концентратора 12 и внутренней поверхностью крышки 2 цилиндра 1, при подходе порщня 9 к верхней мертвой точке, обеспечивая высокие скорости рабочего тела в углублении 8. Одновременно происходит интенсивное испарение топлива, чему способствует выпуклая поверхность теплового концентратора 12. Из дозы топлива, впрыскиваемой форсункой 3 в спутно движущийся воздушный поток до достижения поршнем 9 верхней мертвой точки, в процессе сгорания участвует только первая ее часть, т. е. лишь то топливо, которое успевает попасть в камеру сгорания 15, находящуюся ниже кольцевой кромки 14. Последняя имеет самую высокую температуру и служит для формирования начального кольцевого пояса пламени. Остальная часть топлива, впрыскиваемого до достижения поршнем 9 верхней мертвой точки, в процессе сгорания, по существу, не участвует. Она проходит в углублении 8 термическую подготовку - прогрев и испарение - без интенсивного окисления из-за ограниченного содержания кислорода. Достигнув кольцевой кромки 14 теплового концентратора 12, топливо-воздушная смесь, попадая в зону действия напряженного кольцевого магнитного поля, которое образуется между кромкой 14 теплового концентратора 12 и кромкой 7 кольцевого магнитопровода 6, выходящей на внутреннюю поверхность крышки 2 цилиндра 1, пачинает интенсивно сгорать. Кратчайшее расстояние между кромкой 7кольца 6 и кромкой 14 теплового концентратора 12 будет иметь место при положении поршня 9 в верхней мертвой точке. При этом напряженность магнитного поля станет максимальной, что необходимо для создания к указанному моменту сплошного стабильного кольцевого пламенного пояса. 8эту зону снизу подводится чистый воздух из наподпоршневого пространства и тороидальной проточки 13, а сверху в нее выжимается горячая, практически однородная масса рабочей смеси. В реззльтате столкновения этих двух встречных потоков происходит дополнительное перемешивание горячего топлива с воздухом. Стабильность пламени обеспечивается по всему периметру кольцевого магнитного поля. Следующая стадия макро- и микросмешения топлива с воздухом происходит в тороидальной камере сгорания. Здесь смещеиие происходит за счет вращательпо-колебательного движения частиц топлива и воздуха в процессе горения, с отводом продуктов сгорания к кольцевой геометрической оси тороидальной проточки 13. Топливные и воздушные частицы при каждом обороте вокруг геометрической оси симметрии тороидальной проточки 13 дрейфуют,

т. е. смещаются вправо или влево от своего исходного положения. Тороидальный дрейф частиц топлива, движущихся быстрее частиц воздуха, обеспечивает хорошее перемещивание топлива с воздухом в камере сгорания. Здесь же в зоне столкновения потоков топливного тумана и чистого воздуха происходит наиболее интенсивное горение. Причем вводимая в камеру сгорания смесь в силу описанных выше причин обога1цается медленно, по мере приближения поршня 9 к верхней мертвой точке, что обеспечивает жесткость работы двигателя.

В момент отхода порщня 9 от верхней мертвой точки объем над тепловым концентратором 12 резко увеличивается и туда устремляется пламенно-газовая смесь из камеры сгорания 15 навстречу впрыскиваемому топливу, так как впрыск топлива продолжается в течение 10-15°С после перекладки поршня в верхней мертвой точке. С этого момента направленное перемещение потока рабочего тела прекращается и кинетическая энергия его переходнт в энергию беспорядочного движения отдельных частиц в увеличивающемся объеме углубления 8, которое усиливается острой кольцевой кромкой 14 теплового концентратора 12. Это способствует быстрому и качественному перемешиванию топлива с газами, интенсификацни конвективного теплообмена между ними, а встречное движение пламенных газов и впрыскиваемого топлива обеспечивает надежное дробление последних крупных капель топлива. Поэтому основная масса цикловой подачи топлива интенсивно сгорает тгепосрсдственно после перекладки портпня 9 в верхней мертвой точке.

Благодаря равпомерности темпсратурпого поля в зоне стабильпого горения Tia входе в камеру сгорания, равномерности концентрации топлива в воздухе в зоне стабильного горения, обработке заряда магнитным полем обеспечивается высокая скорость сгорания, что, в свою очере.№, повыщает эффективность рабочего процесса.

Формула изобретения

1.Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий по

меньщей мере одну камеру сгорания, порщень, днище которого снабжено накладкой с тепловым концентратором, и цилиндр, в крыщке которого закреплена форсунка с охватывающим ее электромагнитом н магнитопроводами, концы которых размещены на внутренней поверхности крышки цилиндра, отличающийся тем, что, с целью повыщения эффективности рабочего процесса путем обеспечения интенсификации процесса сгорания, крышка цилиндра снабжена углублением, а тепловой концентратор выполнен в виде тела вращения с тороидальной проточкой в основании, образующей при пересечении с ним кольцевую

кромку, причем камера сгорания ограничена поверхностями углубления в крыщке цилиндра и тороидальной проточки, а концы магнитопроводов соединены на внутренней поверхности крыптки цилиндра дополнительным кольцевым магнитопроводом.

2.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что углубление в крышке цилиндра и тепловой концентратор выполнены по сфере.

3.Двигатель по п. I, отличающийся тем, что поверхность теплового концентратора образована вращением гипоциклоиды относительно его продольной оси.

4.Двигатель по пп. 1-3, отличающийся тем, что дополнительный магнитопровод размещен на уровне кольцевой кромки теплового концентратора.

5.Двигатель по пп. 1-3, отличающийся тем, что дополнительней магнитопровод выполнен П-образного профиля, а

тепловой концентратор снабжен двумя остроугольными кольцевыми выступами.

Приоритет по пунктам 17.09.80 по пп. 1, 2, 4. 29.10.80 но пп. 3, 5.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2803482/25-06, кл. F 02В 23/02, 1979.