Спосіб сумішоутворення в двигуні внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до області двигунобудування і стосується сумішоутворення в двигунах з іскровим запалюванням і безпосереднім упорскуванням палива. Одним із серйозних і небезпечних порушень нормальної роботи двигуна з іскровим запалюванням є детонація, поява якої зв'язана, в основному, з порушенням однорідності паливоповітряної суміші в процесі сумішоутворення, у результаті чого в циліндри двигуна поряд з парами надходять рідкі частки налива, що невипарувалися. Подальше згоряння неоднорідної суміші супроводжується появою детонації і погіршенням техніко-економічннх показників двигуна, тривала робота на режимі з детонацією приводить до його поломки. Відомий спосіб сумішоутворення [1], реалізований у камері згоряння типу "Xeron", у якій ефективність сумішоутворення і випару палива досягається шляхом турбулізації паливоповітряної суміші при обертальному русі суміші в обсязі камери згоряння, найбільший ефект якого спостерігається на режимах малої потужності, що відповідають змістові невеликої кількості палива в складі паливоповітряної суміші. Недолік описаного способу складається в появі детонації і погіршенні техніко-економічних показників двигуна на режимах середньої і великої потужності при роботі по зовнішній швидкісній характеристиці, робота на які супроводжується збільшенням циклової подачі палива, що свідчить про неможливість повного випару палива зі збільшенням його кількості в складі паливоновітряної суміші при даному способі сумішоутворення. За прототип прийнятий спосіб сумішоутворення реалізований у камері згоряння типу May "Fireball" [2]. Двигун по даному способі працює стабільно на режимах малої і середньої потужності при ступені стиску e=14 на збіднених сумішах, що є результатом якісного випару палива на даних режимах. Однак, па режимах великої потужності, при збільшенні кількості палива в складі паливоповітряної суміші, робота двигуна починає супроводжуватися детонацією, показники роботи погіршуються, що зв'язано з погіршенням випару палива на даних режимах і є недоліком способу — прототипу. Описані способи сумішоутворення є найбільш ефективними з існуючих. Однак і вони забезпечують високий рівень техніко-економічних показників двигуна тільки на часткових режимах - зі збільшенням кількості палива в складі паливоповітряної суміші, що потрібно для роботи на потужних режимах, показники роботи різко знижуються, що зв'язано з погіршенням випару додаткової кількості палива і появою крапель-часток, що не випарувалися, у складі паливоповітряної суміші, що у міру випару утворять в обсязі камери згоряння локальні зони з різними значеннями коефіцієнта надлишку повітря (a) і подальше згоряння подібної суміші відбувається не одночасно при поширенні фронту полум'я, що приводить до утворення вогнищ детонації - обсягів суміші, що згоряють з затримкою, за фронтом полум'я, стосовно згоряння основної маси паливоповітряної суміші, що і пояснює наявність, піків детонаційного підвищення тиску на лінії розширення, після згоряння основної маси суміші і досягнення максимального тиску циклу (Рz) [3|. Згоряння відстаючих обсягів паливоповітряної суміші має вибуховий характер. супроводжується появою могутньої ударної хвилі, що викликає при зустрічі з деталями камери згоряння їхню вібрацію, що зовні виявляється у виникненні різкого металевого стукоту при роботі двигуна, що і прийнято називати детонацією. Задача винаходу полягає у виключенні детонації на всіх експлуатаційних режимах роботи двигуна, шляхом поліпшення випару палива в складі паливноповітряної суміші. Поставлена задача вирішується в такий спосіб. У відомому способі сумішоутворення двигуна внутрішнього згоряння утримуючий блок циліндрів із встановленої в ньому форсункою, голінку циліндрів з камерою згоряння, витискувач, випускний клапан з тарілкою, що полягає в надходженні паливоповітряної суміші в циліндр і випарі палива в складі останньої при контакті суміші, наприкінці такту стиску, і гарячою тарілкою випускного клапана, при цьому, паливоповітряна суміш має обертальний рух відповідно до винаходу винар палива здійснюють у два етапи - спочатку з гарячої поверхні витискувача, після подачі палива форсункою на поверхню останнього, а потім в обсязі камери згоряння після перетікання в останню пар і часток палива, що невипарувалися, з надпоршневої порожнини наприкінці такту стиску, де при обертальному русі паливоповітряної суміші між тарілкою випускного клапана і вставкою, за рахунок теплоти останніх, відбувається повний випар палива в складі паливоповітряної суміші. Здійснення способу, що заявляється, забезпечує також використання в конструкції камери згоряння вставки отделяющей надпоршневу порожнину від обсягу камери згоряння, що містить сполучний канал, по якому здійснюється перетікання паливоповітряної суміші з надпоршневої порожнини в камеру згоряння і виконаному зі зсувом від площини, що проходить через осі циліндра і вставки. Функціональне призначення сукупності ознак, що заявляються, забезпечує бездетонаційну. роботу двигуна на всіх експлуатаційних режимах за рахунок поліпшення якості процесу сумішоутворення, шляхом випару палива в два етапи - спочатку випар з гарячої поверхні витискувача, при подачі палива на поверхню останнього на такті стиску, а потім в обсязі камери згоряння при обертальному русі паливоновітряної суміші між гарячими поверхнями вставки і тарілки випускного клапана наприкінці такту стиску, що забезпечує випар важких нафтових фракцій у складі палива, що при традиційному способі сумішоутворення випаровуються частково й утворюють вогнища наступного детонаційного згоряння паливоповітряної суміші. На фиг. показаний двигун реалізуючий заявлений спосіб. Двигун містить блок циліндрів 1 із встановленої в ньому форсункою 2, голівку 3 блоку циліндрів 1 з камерою згоряння 4, витискувач 5, випускний клапан 6 з тарілкою 7, вставку 8 встановлену в голівці 3 блоку циліндрів 1, що відокремлює надпоршневу порожнину 9 від камери згоряння 4, сполучний канал 10 виконаний у вставці 8 зі зсувом від площини минаючої через осі вставки 8 і циліндра 1. Двигун по заявленому способі працює в такий спосіб - у процесі сумішоутворення в двигуні з іскровим запалюванням для повного випару палива і виключення утворення вогнищ детонації випар палива проводять у два етапи - на першому етапі випар палива відбувається з гарячої поверхні витискувача 5 на яку паливо подають на такті стиску форсункою 2 встановленої в блоці циліндрів 1, а на другому етапі випар відбувається в камері згоряння 4, у яку наприкінці такту стиску пари і частки палива, що невипарувалися на першому етапі, переносяться з надпоршневої порожнини 9 повітряним потоком, де при обертальному русі паливоповітряної суміші між поверхнями тарілки 7 випускного клапана 6 і вставки 8 за рахунок їхньої теплоти забезпечується повний випар палива в складі паливоповітряної суміші, при цьому, перетікання паливоповітряної суміші з надпоршневої порожнини 9 у камеру згоряння 4 відбувається по сполучному каналу 10 виконаному у вставці 8 встановленої в голівці 3 блоку циліндрів 1 і поділяючу надпоршневу порожнину 9 і камеру згоряння 4, причому сполучний канал 10 виконаний зі зсувом від площини минаючої через осі циліндра і вставки, що забезпечує обертальний рух паливоповітряної суміші в обсязі камери згоряння 4. При перетіканні паливоповітряної суміші з надпоршневої порожнини 9 у камеру згоряння 4 по сполучному каналу 10 створюється додаткова турбулізація паливоповітряної суміші, що також сприяє поліпшенню випару палива в обсязі камери згоряння 4. У результаті реалізації способу сумішоутворення, що заявляється, в обсязі камери згоряння 4 до моменту запалення формується однорідна паливо-повітряна суміш, що складається тільки з парів палива. Унаслідок відсутності часток палива в паливоновітряної суміші виключається утворення локальних обсягів суміші при їхньому випарі з різним значенням коефіцієнта надлишку повітря - вогнищ детонації, що забезпечує рівномірний рух фронту полум'я по обсязі камери згоряння й одночасне згоряння всієї маси паливоповітряної суміші, що у свою чергу забезпечує нормальну бездетонаційну роботу двигуна. Також позитивною якістю способу сумішоутворення, що заявляється, є те, що у випадку погіршення дисперсності розпилювання палива (бензину) форсункою великі краплі останнього можуть затримуватися на поверхні витискувача і не брати участь надалі в сумішоутворенні в обсязі камери згоряння, що трохи погіршить економічні показники двигуна, але буде перешкоджати виникненню детонації. Подібний ефект спостерігається і при використанні в двигуні більш важких, чим бензин, палив, наприклад, дизельного або гасу, великі, що невипарувалися краплі яких залишаються на витискувачі, піддаються крекінгові в процесі згоряння й утворять сажистий наліт на його поверхні, що було відзначено після роботи двигуна на даних паливах. Необхідно відзначити, що при традиційному способі сумішоутворення робота двигуна з іскровим запалюванням на дизельному паливі і гасі вважається, у принципі, неможливою, однак при реалізації способу сумішоутворення, що заявляється, двигун стабільно працює на даних сортах палива на потужних режимах без ознак детонації, що підтверджує правомірність зроблених висновків про причини виникнення детонації і способи її усунення. Використання способу сумішоутворення, що заявляється, дозволить виключити появу детонації, підвищить антидетонаційні якості двигунів з іскровим запалюванням і забезпечить можливість подальшого поліпшення техніко-економічних показників даного типу двигунів шляхом збільшення ступеня стиску і застосування наддування. Також підвищення антидетонаційних якостей двигунів дозволить використовувати низькооктанові прямогонні бензини в двигунах з високим ступенем стиску виробництво яких, у порівнянні з високооктановими, супроводжується меншими утратами вихідної сировини при переробці, менш енергоємне і не вимагає використання високотоксичних антидетонаційних присадок шкідливих для здоров'я людини і навколишнього середовища. Джерела інформації: 1. Паливна економічність автомобілів з бензиновими двигунами / Т.У. Асмус, К. Боргнаке, С.К. Кларк і ін.; Під ред. Д. Хиллиарда, Дж. С. Спрингера; Пер. с англ. A.M. Васильєва; Під. ред. А.В. Кострова. - М.: Машинобудування, 198S.-c.299. 2. Паливна економічність автомобілів з бензиновими двигунами / Т.У. Асмус, К. Боргнаке, С.К. Кларк і ін.; Під ред. Д. Хиллиарда, Дж. С. Спрингера; Пер. с англ. A.M. Васильєва; Під. ред. А.В. Кострова. - М.: Машинобудування, 1988. - с. 300 (прототип). 3. Автомобільні двигуни. Під. ред. М.С. Ховаха. М.: Машинобудування, 1977. -с. 119.