способ работы судового малооборотного дизеля и устройство камеры сгорания для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ работы судового малооборотного дизеля с прямоточно-клапанной схемой газообмена и устройство камеры сгорания для его осуществления, включающий наполнение и сжатие свежего заряда воздуха, впрыск топлива двумя форсунками, смесеобразование, сгорание, рабочий ход, выпуск отработавших газов, отличающийся тем, что впрыск топлива осуществляют по двум диаметрально противоположным направлениям и факелы распыла перпендикулярны оси цилиндра, а выпуск отработавших газов начинают при угле поворота коленчатого вала не более 55° до НМТ и заканчивают при угле поворота не более 55° после НМТ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что за счет увеличения диаметра и проходного сечения выпускного клапана до 0,8 диаметра цилиндра осуществляется более позднее начало его открытия, в результате чего увеличивается индикаторная работа газов за цикл и индикаторный КПД двигателя.

3. Устройство камеры сгорания судового малооборотного дизеля с прямоточно-клапанной схемой газообмена, включающее полуколпачкового типа крышку цилиндров с выпускным клапаном в центре, две форсунки для впрыска топлива, поршень, отличающееся тем, что форсунки расположены на диаметрально противоположных сторонах цилиндрической части крышки перпендикулярно оси цилиндра, при этом увеличен диаметр и проходное сечение выпускного клапана до 0,8 диаметра цилиндра, а днище поршня выполнено плоским.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что факелы распыла топлива от двух форсунок направлены навстречу друг другу, а длина факела должна быть не более радиуса цилиндра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу работы судовых дизелей, в частности к организации процесса газовыпуска и устройству камеры сгорания малооборотного двухтактного дизеля с прямоточно-клапанной схемой газообмена, и может быть использовано для повышения индикаторного коэффициента полезного действия дизеля (КПД).

Известен способ работы судового дизеля, включающий сжатие свежего заряда воздуха, впрыск топлива в камеру сгорания двумя форсунками, расположенными под углом к оси цилиндра, смесеобразование, сгорание топлива, рабочий ход, газовыпуск и наполнение, состоящих из фаз свободного и принудительного выпуска отработанных газов, фазы продувки и наполнения цилиндра свежим зарядом воздуха. Для осуществления выпуска отработавших газов выпускной клапан открывают за 75 градусов поворота коленчатого вала (град. п.к.в.) до прихода поршня в нижнюю мертвую точку (НМТ), а закрывают - при 75 град. п.к.в. за НМТ (см. стр. 14, Фомин Ю.Я., Горбань А.И., Добровольский В.В., Лукин А.И. и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания. - Л.: Судостроение, 1989. - 344 с.).

Фазу продувки и наполнения свежим зарядом воздуха обеспечивают путем открытия продувочных окон поршнем, что соответствует углу 41 град. п.к.в. до НМТ, а конец этой фазы соответствует моменту закрытия продувочных окон - 41 град. п.к.в. за НМТ.

Недостатком такого способа работы и устройства камеры сгорания является слишком большой угол начала открытия и конец закрытия выпускного клапана (75 град. п.к.в. до НМТ и 75 град. п.к.в. за НМТ) из-за его ограниченного проходного сечения, что приводит к снижению индикаторной работы газов за цикл и, соответственно, снижению индикаторного КПД дизеля. По совокупности признаков данный способ работы и устройство камеры сгорания приняты за прототип заявляемых способа и устройства для его осуществления.

Описанный способ работы и устройство камеры сгорания реализованы в двухтактных дизелях с прямоточно-клапанной схемой газообмена типов LMC, SMC и SMC-C фирмы МАН - Бурмейстер и Вайн и типа RTA фирмы "Зульцер" (см. стр. 10, Камкин С.В., Лемещенко А.Л., Пунда А.С. Повышение экономичности судовых дизелей. СПб.: Судостроение, 1992. 171 с.).

В указанных типах дизелей сверху крышки цилиндров устанавливается выпускной клапан с корпусом, две форсунки, расположенные под углом к оси цилиндра. При такой традиционной компоновке диаметр выпускного клапана d ограничен из-за размещения двух форсунок и обычно составляет:

d=(0,42...0,49)·D,

где D - диаметр цилиндра.

Из-за такого конструктивного ограничения диаметра выпускного клапана и его проходного сечения для обеспечения качественного выпуска отработавших газов, чтобы не было заброса газов в ресивер в начале фазы продувки, необходимо увеличивать угол начала открытия выпускного клапана до 75 град. п.к.в. до НМТ и отводить на фазу свободного выпуска не менее 34 градуса (75-41=34).

Эта причина препятствует достижению указанного ниже технического результата.

К недостаткам описанной конструкции камеры сгорания следует отнести расположение двух форсунок сверху крышки цилиндра под углом к оси. При таком расположении форсунок ограничивается диаметр и проходное сечение выпускного клапана, а для обеспечения объемного способа смесеобразования днище поршня имеет вогнутую (специальную) форму, что усложняет его конструкцию и технологию изготовления.

Описанная конструкция камеры сгорания принята за прототип предлагаемого устройства камеры сгорания.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является изменение устройства камеры сгорания для оптимизации фаз газовыпуска, улучшение качества смесеобразования, увеличение индикаторного КПД и уменьшение расхода топлива двухтактного дизеля с прямоточно-клапанной схемой газообмена.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, - это увеличение индикаторной работы газов за цикл за счет уменьшения угла начала открытия и соответственно конца закрытия выпускного клапана (отсчет углов относительно НМТ), улучшение качества смесеобразования за счет изменения формы камеры сгорания, а также увеличение индикаторного КПД дизеля.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе работы судового малооборотного дизеля с прямоточно-клапанной схемой газообмена, включающем наполнение и сжатие свежего заряда воздуха, впрыск топлива двумя форсунками, смесеобразование, сгорание, рабочий ход, выпуск отработавших газов, согласно изобретению впрыск топлива осуществляют по двум диаметрально противоположным направлениям и факелы распыла перпендикулярны оси цилиндра, а за счет увеличения диаметра и проходного сечения выпускного клапана осуществляется более позднее начало его открытия, в результате чего увеличивается индикаторная работа газов за цикл и индикаторный КПД дизеля. Согласно изобретению выпуск отработавших газов начинают при угле поворота коленчатого вала не более 55 град. до НМТ и заканчивают при угле поворота не более 55 град. после НМТ.

Это достигается изменением конструкции камеры сгорания, отличительной особенностью которой является то, что две форсунки расположены не сверху крышки цилиндра под углом к оси, а на ее цилиндрической части - на диаметрально противоположных сторонах перпендикулярно к оси цилиндра.

Основными отличиями предлагаемого способа работы судового малооборотного дизеля является то, что впрыск топлива осуществляют в направлении, перпендикулярном оси цилиндра, а не под углом, и при увеличенном диаметре выпускного клапана (проходном сечении) выпуск отработанных газов начинают при угле п.к.в. не более 55 град., а не при 75 град. до НМТ и закрывают выпускной клапан при угле п.к. в. не более 55 град., а не при 75 град. за НМТ.

Открытие выпускного клапана при угле п.к. в. не более 55 град. до НМТ, а закрытие - при угле п.к.в. не более 55 град. после НМТ, обеспечивают условия для увеличения индикаторной работы расширения газов за цикл и индикаторного КПД дизеля.

Для достижения названного выше технического результата в предлагаемом устройстве камеры сгорания судового малооборотного дизеля с прямоточно-клапанной схемой газообмена, включающем полуколпачкового типа крышку цилиндра с выпускным клапаном в центре, две форсунки для впрыска топлива, поршень, согласно изобретению форсунки расположены на диаметрально противоположных сторонах цилиндрической части крышки цилиндра перпендикулярно оси, при этом увеличен диаметр и проходное сечение выпускного клапана, а днище поршня выполнено плоским. Кроме того, согласно изобретению факелы распыла топлива от двух форсунок направлены навстречу друг другу, а длина факела должна быть не более радиуса цилиндра.

Основное отличие предлагаемого изобретения заключается в том, что форсунки расположены не сверху на крышке цилиндра под углом к оси, а на диаметрально противоположных сторонах цилиндрической части крышки перпендикулярно к оси цилиндра, а днище поршня выполнено не вогнутым (специальной формы), а плоским.

Расположение форсунок на цилиндрической части крышки дает конструктивную возможность увеличения диаметра и соответственно проходного сечения выпускного клапана. Это позволяет организовать начало выпуска при 55 град. (а не при 75 град.) до НМТ, что при продолжительности фазы свободного выпуска около 14 град. (55-41=14) обеспечивает качественную очистку цилиндра, увеличиваются работа расширения газов за цикл и индикаторный КПД дизеля. Закрытие выпускного клапана при 55 град. (а не при 75 град.) за НМТ позволяет также уменьшить фазу потери свежего заряда.

Расположение форсунок на цилиндрической части крышки перпендикулярно оси цилиндра в комбинации с плоским днищем поршня обеспечивают оптимальную форму камеры сгорания, что повышает качество смесеобразования и сгорания топлива.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены:

- на фиг.1 - устройство камеры сгорания судового малооборотного двухтактного дизеля с прямоточно-клапанной схемой газообмена для осуществления предложенного способа работы (поперечный разрез);

- на фиг.2 - схема распыла топлива;

- на фиг.3 - диаграмма угол-сечение двухтактного дизеля с прямоточно-клапанной схемой газообмена;

- на фиг.4 - схема индикаторной диаграммы дизеля.

На фиг.1 и 2 обозначены следующие позиции:

1 - крышка цилиндров, 2 - плоское днище поршня, 3 - форсунка (две на цилиндр), 4 - факел распыла топлива, 5 - втулка цилиндра.

Камера сгорания состоит из полуколпачкового типа крышки цилиндра 1, в центре которой выпускной клапан в корпусе, поршня с плоским днищем 2. На диаметрально противоположных сторонах цилиндрической части крышки цилиндра расположены две форсунки 3. Такое расположение форсунок позволяет освободить верхнюю часть крышки цилиндра 1 и увеличить диаметр выпускного клапана d до 0,8·D и соответственно увеличить проходное сечение выпускного клапана. Это позволяет для достижения цели изобретения уменьшить угол начала открытия выпускного клапана с 75 град. п.к.в. до 55 град. п.к.в. до НМТ и соответственно увеличить индикаторную работу газов за цикл.

Предлагаемый способ работы судового малооборотного дизеля осуществляется следующим образом. При работе двигателя в конце такта сжатия в камеру сгорания двумя форсунками 3 впрыскивается топливо, причем факелы распыла 4 перпендикулярны оси втулки цилиндра 5. Длина каждого факела 4 равна не более радиуса втулки цилиндра 5. После смесеобразования и сгорания топлива поршень 2 под действием давления газов движется вниз. В конце такта расширения открывается выпускной клапан за 55 град. до НМТ и начинается фаза свободного выпуска. При дальнейшем движении поршня вниз после начала открытия продувочных окон (41 град. до НМТ) начинается фаза принужденного выпуска и продувки. При движении поршня после НМТ вверх процесс сжатия свежего заряда воздуха начинается после закрытия выпускного клапана (55 град. после НМТ).

На фиг.3 представлены традиционная (поз. 2) и предлагаемая (поз. 3) диаграммы угол-сечение выпускного клапана:

1 - изменение сечения продувочных окон, 2 - изменение сечения выпускного клапана, 3 - предлагаемый график изменения сечения выпускного клапана.

Фазы газораспределения выпускного клапана:

b - начало открытия выпускного клапана (75 град. п.к.в. до НМТ),

а - конец закрытия выпускного клапана (75 град. п.к.в. за НМТ);

Предлагаемые фазы газораспределения выпускного клапана:

b₁ - начало открытия выпускного клапана (55 град. п.к.в. до НМТ),

а₁ - конец закрытия выпускного клапана (55 град. п.к.в. за НМТ). На фиг.4 обозначены следующие позиции:

b и а, b₁ и а ₁ - начало открытия и конец закрытия выпускного клапана соответственно до и после оптимизации фаз газораспределения; заштрихованная площадь bb₁mfb на схеме индикаторной диаграммы соответствует доли увеличения работы расширения газов за цикл за счет предлагаемого изобретения.

Расчеты показывают, что за счет более позднего открытия выпускного клапана (55 град., а не 75 град. до НМТ) при увеличенном его диаметре (до 0,8·D) площадь индикаторной диаграммы возрастет на 2...3%. Поэтому при прочих равных условиях индикаторный КПД двигателя также возрастет на 2...3%.