Способ обработки поверхности камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: в двигателестроении, в частности в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: способ заключается в том, что поверхности днища поршня и головки цилиндра выполняют полусферическими, а углубления на днище поршня, поверхности головки цилиндра клапанов - также полусферическими, после чего на полученные поверхности наносят слой алюминия или кремния. Такое выполнение позволит ускорить испарение капель топлива, турбулентность смешения паров топлива с воздухом, увеличить давление продуктов сгорания на головку цилиндра, поршня, клапанов, что приводит к повышению мощности двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Известны способы изго- товления деталей камеры сгорания двигателей внутреннего сгорания VII класса шероховатости путем их механической и других видов обработки. (Двигатели внутреннего сгорания. Под редакцией д.т.н. В.Н. Луканина. М. Высшая школа, 1985).

Известны: 1). Способ ускорения испарения капель и пленок топлива путем турбулизации топливно-воздушной смеси в камере сгорания. (Двигатели внутреннего сгорания. / Под редакцией д.т.н. проф. В.Н.Луканина. М. Высшая школа, 1985, стр. 65 66, 74 75. О.Н.Лебедев, В.А.Сомов, С.А.Калашников. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М. Транспорт, 1990, стр. 101 116, 130 132, 105. Ав- торское свидетельство СССР N1280151, кл. F 02 B 17/00, опубл. 1986).

Недостатки указанных способов заключаются в том, что для испарения капель топлива, попадающего на стенки камеры сгорания, и турбулизации смеси паров топлива и воздуха, камера сгорания имеет недостаточную по- верхность и малую шероховатость. При пульсации движения топливно-воздуш- ной смеси испарение капель топлива ускоряется, и пары топлива более рав- номерно смешиваются с воздухом. Однако в двигателях внутреннего сгорания условия для такой пульсации не созданы.

2) В заявке ФРГ N3705047, F 02 F 3/38, опубл. 1988 для увеличения поверхности камеры сгорания ДВС головка поршня и днище цилиндра изготовлены сферической формы. Однако в данной заявке не решена проблема ускорения испарения ка- пель и пленок топлива путем турбулизации смеси воздуха и топлива.

3) Из патента США N4976248, F 02 B 23/00, опубл. 1990 (прототип) из- вестен способ обработки поверхности камеры сгорания ДВС, ограниченной цилиндром, его головкой с клапанами и днищем поршня, заключающийся в том, что по меньшей мере на одной из поверхностей головке цилиндра клапанов, днище поршня пластическим деформированием выполняют углубле- ния.

В патенте США N4976248 нет решения проблемы увеличения преимущественного давления продуктов горения на головку цилиндра, поршня, клапанов. В патенте США N4976248 не ставится задача повышения поверхности камеры сгорания. Поверхность камеры сгорания ограничена лишь потребностями турбулизации.

Задачей изобретения является ускорение испарения капель топлива, турбулентности смешения паров топлива с воздухом, а также увеличение преимущественного давления продуктов горения на головку цилиндра, поршня, клапанов для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что днище поршня, поверхность головки цилиндра выполняют полусферическими, а углубления на днище поршня, поверхности головки цилиндра и клапанов полусферическими, после чего на полученную поверхность наносят слой алюминия или кремния, повторяющий профиль упомянутой поверхности.

Камера сгорания имеет шероховатую поверхность (за исключением стенок цилиндра).

"Шероховатость поверхности совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами на базовой длине" (Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. Киев: Наукова Думка, 1990, Академия наук Украинской ССР, стр. 244). "Под шероховатостью поверхности понимают совокупность неровностей с относительно малым шагом", стр. 16. "К неровностям поверхностей относят выпуклость, вогнутость, конусность и т.д. а также совокупность периодических, регулярно повторяющихся, близких по размерам выступов и впадин." (Справочник. Трение, изнашивание и смазка. Книга 1. М. Машиностроение, 1978, стр. 16).

Шероховатости делятся на 14 классов, с конкретными параметрами неровностей (высота и шаг неровностей), каждый класс имеет 3 разряда (Справочник. Трение, изнашивание, смазка. Книга 1. М. Машиностроение, 1978, стр. 17).

При распространении пламени после воспламенения паровоздушной смеси происходит повышение давления в камере сгорания, которое оказывает давление как на головку цилиндра и поршня, так и на стенки цилиндра. Аэродинамические силы газа, оказывающие давление на стенки камеры сгорания, равны , где Cx коэффициент сопротивления стенок камеры сгорания, - плотность воздуха, V скорость движения продуктов горения в сторону стенок камеры сгорания, S общая площадь камеры сгорания.

(Феодосьев В. И. Основы техники ракетного полета. М. Наука, 1981, стр. 256 259). Величина Cx зависит от формы стенок камеры сгорания и ориентации потока продуктов горения к стенкам и равна Cx Cx тр. Cx_Д, где Cx тр. коэффициент трения, а Cx_Д коэффициент давления на стенки камеры сгорания. Величина Cx тр. растет с увеличением шероховатости поверхности камеры сгорания. Поэтому с увеличением общей поверхности (S) камеры сгорания и их шероховатости растут аэродинамические силы (F), оказывающие давление на стенки камеры сгорания, и тем самым повышается мощность двигателей внутреннего сгорания.

Предлагаемый способ отличается от известных тем, что, с целью повышения мощности двигателя внутреннего сгорания путем ускорения испарения топлива, турбулентности смеси, преимущественного давления продуктов горения на головку цилиндра, поршня и клапанов повышают их поверхность и шероховатость с последующим покрытием тонким слоем алюминия или кремния.

Пример. Двигатель внутреннего сгорания Ф-412 автомобиля "Москвич" при числе оборотов вала 5800 об/мин имел эффективную мощность Ne 73,5 лс. Поршень диаметром 82 мм изготовлен из сплава ЖЛС-3 с головкой сферической формы диаметром 76 мм и площадью 155,1 см². Цилиндр изготовлен из сплава Ал-4 со сферической головкой площадью 157,5 см². На головку цилиндра, поршня, клапанов, классом шероховатости 1^oC14 пластическим деформированием (накатом) выполнены углубления сферической формы диаметром 1 мм и глубиной 0,5 мм. На 1 см² поверхности находится 25 углублений. Это привело к увеличению площади головки поршня до 267 см², а головки цилиндра до 271 см². Таким образом, площадь головок цилиндра, поршня, клапанов возросла в 1,72 раза.

Испытание такого двигателя Ф-412 после увеличения поверхности камеры сгорания с последующим покрытием тонким слоем алюминия или кремния показало, что эффективная мощность двигателя (Ne) возросла до 77,2 лс.

Формула изобретения

Способ обработки поверхности камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, ограниченной цилиндром, его головкой с клапанами и днищем поршня, заключающийся в том, что по меньшей мере на одной из поверхностей классом шероховатости 1- 14 головки цилиндра, клапанов, днища поршня пластическим деформированием выполняют углубления, отличающийся тем, что днище поршня и поверхность головки цилиндра выполняют полусферическими, а углубления на днище поршня, поверхности головки цилиндра и клапанов полусферическими, после чего на полученную поверхность наносят слой алюминия или кремния, повторяющий профиль упомянутой поверхности.