Вихревая камера сгорания дизеля

 

Использование: в машиностроении, в двигателях с воспламенением от сжатия с вихревыми камерами сгорания. Цель: повышение топливной экономичности. Сущность изобретения: камера образована металлической оболочкой, установленной в головке цилиндра, и металлокерамической вставкой, которая выполнена заодно со сферическим экраном. Сферический экран представляет собой выпуклое усеченное тело вращения высотой равной 0,7 - 0,75 диаметра камеры, причем экран образует с внутренней поверхностью камеры воздушный зазор. Соединительный канал соосен с внешней образующей сферического экрана. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть применено в двигателях с воспламенением от сжатия.

Известны вихревые камеры сгорания овального поперечного сечения, размещенные в головке цилиндра и соединенные профилированным каналом с полостью цилиндра. Соединительный канал направлен на свечу, расположенную, как и форсунка, в полости вихревой камеры. Форсунка расположена на удаленном от канала конце, а свеча, служащая для обеспечения пусковых качеств, расположена между каналом и форсункой. Объем вихревой камеры такой конструкции составляет 90% от объема сжатия.

В таких камерах сгорания обеспечивается более полное сгорание топлива и более низкие выбросы окислов азота по сравнению с вихрекамерами сферической формы.

Известны также вихревые камеры сгорания, разделенные на два объема при помощи кольцевого участка, выполненного на внутренней стенке, объемы в которых расположены последовательно вдоль оси вихревой камеры, а их суммарный объем достигает 80% от объема сжатия. Вихревая камера соединена с полостью цилиндра каналом, расположенным по касательной к внутренней стенке ближайшего объема вихревой камеры, а на удаленной от канала стороне первого от него объема размещена свеча зажигания, искровой промежуток которой находится в углублении первого объема, соединенном с полостью цилиндра дополнительным каналом. Во втором объеме установлена форсунка.

В таких камерах сгорания за счет местного обогащения заряда перераспределение скоростей распространения пламени при взаимодействии вихрей в двух объемах вихревой камеры, турбулизации заряда за счет соединительных каналов с пересекающимися осями и разными площадями сечений, создаются условия для качественного сгорания.

Известны, кроме того, вихревые камеры сгорания дизеля, содержащие установленную в головке цилиндра металлическую оболочку с отверстием и внутренней сферической поверхностью, закрепленную в головке и примыкающую к оболочке вставку из жаростойкого материала с внутренней сферической поверхностью, соответствующей внутренней поверхности оболочки, соединительный канал, выполненный в нижней части вставки тангенциально ее внутренней поверхности и сообщающий полости камеры и цилиндра, и топливную форсунку, расположенную в отверстии оболочки.

В таких вихревых камерах сгорания топливная экономичность обеспечивается за счет снижения потерь тепла в стенке.

Вместе с тем в таких конструкциях требуется продолжительный период на прогрев стенок вихревых камер сгорания до температур, обеспечивающих пусковые качества и протекание процессов испарения топлива. Поэтому не реализуются возможности дальнейшего увеличения топливной экономичности дизелей с вихревыми камерами сгорания.

Последняя конструкция принята за прототип, так как она наиболее близка по технической сущности.

Целью изобретения является повышение топливной экономичности дизелей с вихревыми камерами сгорания.

Это достигается тем, что в вихревой камере сгорания дизеля, содержащей установленную в головке цилиндра металлокерамическую оболочку с отверстием и внутренней сферической поверхностью, закрепленную в головке и примыкающую к оболочке вставку из жаростойкого материала с внутренней сферической поверхностью, соответствующей внутренней поверхности оболочки, соединительный канал, выполненный в нижней части тангенциально ее внутренней поверхности, сообщающей полости камеры сгорания и цилиндра, и топливную форсунку, расположенную в отверстии оболочки, в полости камеры расположен усеченный со стороны форсунки и соединительного канала сферический экран, выполненный заодно со вставкой из металлокерамики высотой, равной 0,70. . . 0,75 диаметра камеры, и образующий с внутренней поверхностью последний зазор, а соединительный канал соосен с внешней образующей сферического экрана.

На фиг. 1 изображен поперечный вертикальный разрез вихревой камеры по оси соединительного канала; на фиг. 2 - поперечный горизонтальный разрез металлокерамической вставки по оси стоек, удерживающих сферический экран.

Предлагаемая вихревая камера сгорания образована металлической оболочкой 1, установленной в головке 2 цилиндра, и металлокерамической вставкой 3. Вставка 3 выполнена заодно со сферическим экраном 4, причем установлена на стойках 5, сферический экран 4 представляет собой выпуклое усеченное тело вращения высотой равной 0,70. . . 0,75 диаметра вихрекамеры. Металлокерамическая вставка 3 со сферическим экраном 4 изготовлена спеканием из жаростойкого материала Si₃N₄, имеющего малый коэффициент теплового расширения, и запрессована в головке 2 цилиндра. Сферический экран 4 образует с внутренней поверхностью вихрекамеры, состоящей из поверхности оболочки 1 и вставки 3, воздушный зазор 6. Внешняя образующая сферического экрана 4 соосна с соединительным каналом 7, расположенным в нижней части вставки 3 и направленным тангенциально внутренней поверхности вихpекамеры. В головке 2 цилиндра через отверстие 8 в оболочке 1 в вихрекамеру установлена топливная форсунка 9, шатер 10 распыливаемого топлива направлен на внутреннюю поверхность сферического экрана 4.

Объем вихревой камеры сгорания достигает для дизелей диаметром цилиндра D_ц = (80. . . 100)мм 90% от объема сжатия, а для дизелей диаметром цилиндра D_ц = = (105. . . 120)мм - 80. . . 85% от объема сжатия. Минимальная площадь соединительного канала 7 достигает 10% от площади поршня F для дизелей с D_ц = (80. . . 100)мм и 8. . . 9% для дизелей с D_ц = (105. . . 120) мм. Характерные размеры по результатам расчетно-экспериментального анализа приведены в таблице. Степень сжатия расчетного = 18,35 для дизелей с D_ц = (80. . . 100) мм и = 17,5 с D_ц = = (105. . . 120) мм.

Работа заявляемой конструкции осуществляется следующим образом. На такте сжатия воздушный зазор из надпоршневого пространства через соединительный канал 7 вытесняется в объем вихрекамеры. При этом поток воздуха разбивается о тупые кромки каплеобразного в сечении сферического экрана на две составляющие, одна из которых направляется по зазору 6 вдоль стенок внутренней поверхности вихревой камеры сгорания, а другая - в полость, ограниченную внутренней поверхностью сферического экрана 4. Топливо впрыскивается на внутреннюю поверхность экрана 4, перемешивается с потоком воздуха и в конце сжатия воспламеняется. Сгорание топлива поддерживается короткий промежуток, в зазоре 6 будут присутствовать горячие газы, но не будет температур, приближающихся к температурам пламени. Движущийся в зазоре воздушный заряд будет подпитывать очаги горения окислителем. В процессе расширения наблюдается обычное для подобных истечение горячих газов в полость надпоршневого пространства через соединительный канал 7 и догорание в надпоршневом пространстве.

Улучшение топливной экономичности объясняется тем, что предложенная конструкция обеспечивает торможение отвода тепла в основной период сгорания топлива, когда интенсивность первого достигает максимальных значений.

По сравнению с прототипом-дизелем 4Ч 9,5/11 Рижского дизелестроительного завода достижение более высокой топливной экономичности объясняется снижением теплоотвода в стенки камеры сгорания. Применение сферического экрана позволяет улучшить пусковые качества вихрекамерных дизелей без установки свечи накаливания. (56) Патент США N 2065025, кл. F 02 B 19/08.

Формула изобретения

ВИХРЕВАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ ДИЗЕЛЯ, содержащая установленную в головке цилиндра металлическую оболочку с отверстием и внутренней сферической поверхностью, закрепленную в головке и примыкающую к оболочке вставку из жаростойкого материала с внутренней сферической поверхностью, соответствующей внутренней поверхности оболочки, соединенный канал, выполненный в нижней части вставки тангенциально ее внутренней поверхности и сообщающий полости камеры сгорания и цилиндра, и топливную форсунку, расположенную в отверстии оболочки, отличающаяся тем, что, с целью повышения топливной экономичности, в полости камеры расположен усеченный со стороны форсунки и соединительного канала сферический экран, выполненный заодно со вставкой из металлокерамики с высотой, равной 0,70 - 0,75 диаметра камеры и образующий с внутренней поверхностью последней зазор, а соединительный канал соосен внешней образующей сферического экрана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4