способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания
Классы МПК: | F02B23/06 с камерой сгорания, расположенной в поршне |
Патентообладатель(и): | Захребетков Юрий Васильевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1988-09-19 публикация патента:
30.01.1994 |
Сущность изобретения: в днище поршня выполнена вставка, позволяющая осуществлять программированное перераспределение концентрации топлива и дополнительное дробление капелек топлива на основе закона зеркального отражения света. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
1. Способ смесеобразования в камере сгорания дизеля путем образования воздушных вихрей в камере сгорания при движении поршня к верхней мертвой точке, подачи топлива к распылителю форсунки, непосредственного впрыска струи топлива в камеру сгорания через распылитель, распада и дробления струи топлива на капли с образованием факела распыленного топлива, нагрева последнего от тепла раскаленных воздушных вихрей и частичного испарения капель топлива, удара факела распыленного топлива о рабочую поверхность вставки с образованием отраженного факела и перемешивания паров испарившегося топлива с воздушными вихрями, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, в период от удара капель топлива о поверхность вставки до удара зеркально отраженного факела о стенку камеры сгорания концентрацию отраженного факела изменяют от неравномерной к равномерной. 2. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, в днище которого выполнена выемка со вставкой, головку цилиндра с установленной в ней форсункой с распылителем, имеющим сопловое отверстие, и камеру сгорания, образованную головкой цилиндра и выемкой, причем форсунка и вставка расположены соосно, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, рабочая поверхность вставки выполнена согласно уравнениям![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605-10t.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605-11t.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605-12t.gif)
где X, Y, Z - координаты рабочей поверхности вставки;
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006044/981.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006560/977.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006044/981.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006560/977.gif)
линия m - линия, соединяющая центр соплового отверстия распылителя с точкой рабочей поверхности вставки;
линия n - линия, соединяющая точку рабочей поверхности вставки с точкой на поверхности камеры сгорания при условии зеркального отражения. 3. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что вставка выполнена из жаростойкого материала. 4. Двигатель по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что вставка выполнена из титана. 5. Двигатель по пп. 2 - 4, отличающийся тем, что вставка выполнена с теплоизоляционной прокладкой.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в дизелях с непосредственным впрыском топлива, преимущественно в высокооборотных малоразмерных дизелях легковых автомобилей, мотоциклов и мотоблоков. Традиционный процесс смесеобразования в дизелях с непосредственным впрыском топлива состоит, как известно, из процессов образования тангенциального и радиального вихрей в камере сгорания за счет формы впускного канала и при движении поршня к верхней мертвой точке, подачи топлива к распылителю форсунки, впрыска топлива в камеру сгорания через сопловое отверстие распылителя, распада и дробления струи топлива на мелкие капельки с образованием факела распыленного жидкого топлива, нагрева капелек топлива от раскаленного движущегося воздуха и частичного испарения топлива, удара факела о поверхность камеры сгорания, испарения топлива и перемешивания паров топлива с движущимся воздухом. Органическим недостатком традиционного процесса смесеобразования является крайняя неравномерность концентрации топлива по поперечному сечению факела от максимальной в середине факела до нулевой на периферии его. Другим органическим недостатком традиционного процесса смесеобразования является резкая неравномерность распределения топлива по поверхности камеры сгорания. Так, площадь орошаемой топливом поверхности камеры сгорания составляет всего 15-20% от поверхности камеры сгорания. Органические недостатки приводят к образованию застойных зон воздуха и зон чрезмерного переобогащения топливом. Это увеличивает время смесеобразования, что снижает скорость сгорания, и увеличивает токсичность продуктов сгорания. Для частичного устранения последствий органических недостатков смесеобразования используют большой коэффициент избытка воздуха и высокую скорость воздушных вихрей, которые уменьшают мощность дизеля и увеличивают потери на газообмен. Известен прототип способа смесеобразования (см. патент ФРГ N 3327998, М. кл. F 02 B 23/06, опубл. 1985 г. ), который состоит из процессов образования радиальных вихрей в камере сгорания при движении поршня к верхней мертвой точке, подачи топлива к распылителю форсунки, непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания через распылитель, распада и дробления струи топлива на мелкие капельки с образованием факела распыленного жидлкого топлива, нагрева последнего от горячего движущегося воздуха и частичного испарения топлива, удара факела о рабочую поверхность вставки с образованием отраженного факела и перемешивания паров испарившегося топлива с воздушными вихрями. Для реализации этого способа предложено устройство в виде вставки (выступа) в середине камеры сгорания, рабочая поверхность которой выполнена в виде тарелки. Форма тарелки предусмотрена плоской, вогнутой и выпуклой. Односопловая форсунка с распылителем, вставка с рабочей поверхностью и камера сгорания расположены соосно. Впрыск топлива производят фронтально к рабочей поверхности вставки. Отраженный факел образуется вдоль рабочей поверхности. Описанное устройство (патент ФРГ N 3327998) было использовано в способе OSKA ("SAE Techn. Pap. Ser", 1987 г. , N 871699) для двигателей легкого топлива с воспламенением от искры. Фронтальный удар факела распыленного жидкого топлива о плоскую рабочую поверхность вставки вызывает: растекание топлива по рабочей поверхности от середины к ее периферии, нагрев топлива и образование тонкого парожидкостного диска легкого топлива, движущегося от середины к периферии и далее в камеру сгорания, последующий нагрев топлива от горячего воздуха, испарение топлива, перемешивание паров топлива с движущимся воздухом, воспламенение от искры сгорания. Однако рассмотренный способ смесеобразования и его осуществленная модель OSKA имеют следующие недостатки:- тонкий парожидкостный слой топлива по своему поперечному сечению имеет аналогичную неравномерность концентрации топлива;
- при фронтальном ударе факела о рабочую поверхность, отраженный факел движется вдоль рабочей поверхности медленно;
- медленное движение отраженного факела требует большое время для образования смеси топлива с воздухом. Так, при впрыске легкового топлива при 2500 об/мин необходимо 50-60 градусов угла поворота кривошипа, т. е. в 5-6 раз больше, чем у дизеля;
- дизельное топливо имеет более высокую температуру испарения по сравнению с легким топливом, поэтому потребует большее время для образования смеси топлива с воздухом. Целью изобретения является сокращение продолжительности смесеобразования, увеличение скорости сгорания топлива, увеличение номинальной частоты вращения, увеличение мощности дизеля и снижение токсичности отработавших газов. Цель достигается равномерным распределением топлива на поверхности камеры сгорания. Для этого в известном способе смесеобразования, включающем процессы образования воздушных вихрей в камере сгорания при движении поршня к верхней мертвой точке, подачи топлива к распылителю форсунки, непосредственного впрыска струи топлива в камеру сгорания через распылитель, распада и дробления струи топлива на капельки с образованием факела распыленного жидкого топлива, нагрева последнего от раскаленных воздушных вихрей и частичного испарения топлива, удара факела расgыленного жидкого топлива о рабочую поверхность вставки с образованием отраженного факела и перемешивания паров испарившегося топлива с воздушными вихрями, в период от удара капелек топлива о рабочую поверхность вставки до удара зеркально отраженного факела о стенку камеры сгорания изменяют концентрацию топлива по поперечному сечению отраженного факела от резко неравномерной к равномерной. Для этого в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащем цилиндр с размещенным в нем поршнем, в днище которого выполнена выемка со вставкой, головку цилиндра с установленной в ней форсункой с распылителем, имеющим сопловое отверстие, и камеру сгорания, образованную головкой цилиндра и выемкой, причем форсунка с распылителем и вставка расположены соосно, рабочая поверхность вставки выполнена согласно двум уравнениям:
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605t.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605-2t.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605-3t.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006044/981.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006560/977.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006044/981.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006560/977.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006044/981.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006298/949.gif)
F(x, y)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605-4t.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605-5t.gif)
E(x, y, z)= 0 (в)
Сечение поверхности плоскостью, параллельной y-o-x, т. е. z= c1, определяет линию уровня y= f1(x), а для другой плоскости z= c2 получают другую линию уровня y= f2(x). Изменяя последовательно значения z= a, получают искомую поверхность E(x, y, z)= 0. Можно получить иную линию уровня в плоскости, параллельной z-o-x, т. е. y= b1, как z=
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006560/977.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006560/977.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006049/946.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006044/981.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006044/981.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605-6t.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605-7t.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605-8t.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006605/2006605-9t.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006036/697.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006038/215.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
В качестве примера рассмотрено использование предлагаемого способа смесеобразования в цилиндрической камере сгорания диаметром 50 мм и глубиной 25 мм, соосно которой расположены односопловой распылитель с диаметром соплового отверстия 0,6 мм и вставка с рабочей поверхностью в виде тела вращения. Для определения формы образующей рабочей поверхности вставки по уравнению (1), которая обеспечивает равномерное распределение топлива на орошаемой поверхности камеры сгорания высотой 15 мм, необходимо определить величины гидродинамических и геометрических граничных условий. К гидродинамическим граничным условиям относятся угол при вершине факела и распределение концентрации топлива по поперечному сечению факела на расстоянии 26 мм от соплового отверстия, которые можно замерить при испытаниях или вычислить по величинам критерия подобия We, M,
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006011/961.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/945.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006072/948.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006044/981.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006072/948.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006072/948.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006036/697.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006072/948.gif)
xi+1= xi+
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006036/697.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006006/183.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
yi+1= yi+
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006003/916.gif)
![способ смесеобразования и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2006605](/images/patents/467/2006044/981.gif)
Класс F02B23/06 с камерой сгорания, расположенной в поршне