Двигун внутрішнього згорання з іскровим запаленням

Реферат: Винахід належить до двигунів з іскровим запаленням та безпосереднім впорскуванням палива в циліндр. В головці кожного циліндра знаходиться камера згорання, яка відділена від надпоршневої порожнини циліндра плоскою жароміцною вставкою зі сполучним отвором у формі сегмента кола. В стінці циліндра двигуна встановлена форсунка, що спрямовує паливо на поверхню головки циліндра. Зона осідання плями палива знаходиться у направляючому каналі, що веде до сполучного отвору. Ширина каналу відповідає діаметру самої плями і ширині сполучного каналу в жароміцній вставці, глибина направляючого каналу складає 1-1,5 мм. Під час руху плями палива по каналу вона не розтікається за його межі і спрямовується до сполучного отвору з камерою згорання. Більш важкі фракції палива потрапляють у камеру згорання у крапельному стані і швидко випаровуються завдяки інтенсивній теплопередачі від розігрітої стінки вставки у камері згорання. Пари більш легких фракцій, що випаровуються під час впорскування і розпилювання, входять у камеру згорання і згорають у ній разом з парами більш важких фракцій. Винахід сприяє підвищенню повноти згорання палив, в т. ч. й низькосортних. UA 102014 C2 (12) UA 102014 C2 UA 102014 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі машинобудування, а саме до конструкції двигунів з іскровим запаленням і може бути використаний при конструюванні камер згоряння дво- та чотиритактних двигунів з безпосереднім впорскуванням палива. Разом з пошуком альтернативних джерел енергії та розробкою нових типів двигунів поліпшення еколого-економічних показників сучасних ДВЗ залишається актуальною задачею. Перспективним та цілком реальним напрямком досліджень є створення поршневого двигуна з іскровим запаленням, здатного ефективно працювати на різних сортах бензину, незалежно від його октанового числа. Відома конструкція двигуна з іскровим запаленням [1], у якому паливо форсункою, встановленою в стінці циліндра, подається на гарячу поверхню головки циліндра, що забезпечує одночасне випаровування усіх паливних фракцій, формування однорідної паливоповітряної суміші в камері згоряння в процесі сумішоутворення і усуває, таким чином, причину виникнення детонації в двигунах з іскровим запаленням. Але ця конструкція двигуна має принциповий характер і в дійсності має істотний недолік - погіршення еколого-економічних показників двигуна внаслідок розтікання палива по поверхні головки циліндра під впливом повітря, що стискається у циліндрі, при цьому паливо розподіляється тонкою плівкою у всіх напрямках по поверхні головки і тільки частково потрапляє в камеру згоряння. За прототип прийнята конструкція двотактного двигуна з іскровим запалюванням [2], у якому в основу камери згоряння встановлена вставка в горловину розточення головки циліндра, при цьому поверхні вставки і розточення утворюють постійний об'єм камери згоряння у формі тіла обертання, при цьому вставка має сполучний канал, який з’єднує надпоршневу порожнину і камеру згоряння, площа прохідного перерізу якого становить 0,2-0,4 від площі горловини розточення, при цьому подачу палива здійснюють на поверхню витискувача головки циліндра форсункою, встановленою в стінці циліндра. Подібній конструкції притаманний недолік погіршення еколого-економічних показників двигуна внаслідок розтікання плями палива після подавання форсункою по всій поверхні головки циліндра тонкою плівкою під впливом повітря, що стискається у циліндрі, що супроводжується тільки частковим потраплянням палива в об'єм камери згоряння. Задача винаходу - підвищення еколого-економічних показників двигуна внутрішнього згоряння з іскровим запаленням шляхом збільшення кількості палива, що потрапляє з надпоршневої порожнини в об'єм камери згоряння у такті стискання та поліпшення умов його випаровування. Поставлена задача вирішується так. У двигуні внутрішнього згоряння з іскровим запаленням, що містить паливну форсунку, встановлену в стінці циліндра, що забезпечує подавання палива на поверхню головки циліндра, жароміцну вставку в основі камери згоряння зі сполучним каналом, що з’єднує надпоршневу порожнину з об'ємом камери згоряння, згідно з винаходом на поверхні головки циліндра від зони осідання плями палива до входу в камеру згоряння виконують направляючий канал, ширина якого з одного боку відповідає діаметру паливної плями на поверхні головки циліндра, а з іншого боку - ширині сполучного каналу в жароміцній вставці, при цьому сполучний канал виконують у формі сегмента кола, а поверхню жароміцної вставки з боку камери згоряння виконують плоскою. Глибина направляючого каналу складає 1-1,5мм. Функціональне призначення сукупності заявлених ознак унеможливлює розтікання палива у вигляді плівки по поверхні головки циліндра, дозволяє сконцентрувати і направити усю циклову порцію палива в камеру згоряння, причому плоска поверхня жароміцної вставки з боку камери згоряння забезпечує при русі паливо-повітряної суміші в об'ємі камери згоряння осідання часток палива під дією сил інерції на поверхню жароміцної вставки та їх повне випаровування на її гарячій поверхні, при цьому в об’ємі камери згоряння утворюється повітряний потік, напрямок руху якого не перешкоджає входженню в об'єм камери часток палива або паливної плівки з надпоршневої порожнини, чому також сприяє форма сполучного каналу, виконаного у вигляді сегмента кола, шириною, яка відповідає ширині направляючого каналу. На фіг. 1 - загальний вигляд циліндра двигуна з іскровим запаленням. На фіг. 2 - вигляд зверху (у плані) циліндра двигуна з іскровим запаленням. Двигун включає - камеру згоряння 3, розміщену в головці 1 циліндра 2, в якій закінчується випаровування палива і процес сумішоутворення, забезпечується запалення отриманої гомогенної паливо-повітряної суміші свічкою запалення, встановленою при вершині камери згоряння 3, в основі камери згоряння 3 встановлена жароміцна вставка 4 з плоскою поверхнею з боку камери згоряння 3 та сполучним каналом 5, що забезпечує сполучення об'єму камери згоряння 3 з надпоршневою порожниною 6, причому зона осідання плями палива 9 на поверхні 8 головки 1 циліндра 2, поданого форсункою 7 встановленою в стінці циліндра 2, з’єднана 1 UA 102014 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 направляючим каналом 10, виконаним на поверхні 8 головки 1 циліндра 2 глибиною 1-1,5мм зі сполучним каналом 5 в жароміцний вставці 4, при цьому направляючий канал 10 має ширину, яка з одного боку дорівнює діаметру паливної плями 9 на поверхні 8 головки 1 циліндра 2, а з іншого боку має ширину сполучного каналу 5 в жароміцній вставці 4, який для збільшення прохідного перерізу заради зменшення гідравлічних втрат при перетіканні паливо-повітряної суміші виконаний у формі сегмента кола, ширина якого співпадає з шириною направляючого каналу 10. Двигун працює так. На середині такту стиску форсункою 7, встановленою в стінці циліндра 2, для забезпечення одночасного випаровування всіх вуглеводневих фракцій, що входять до складу циклової подачі, паливо подають на гарячу поверхню 8 головки 1 циліндра 2, температура якої залежить від режиму роботи та складає не менше 250-350 град., на якій, з метою виключення розтікання палива по поверхні 8 головки 1 внаслідок виняткової здатності палива змочувати усю надану поверхню, у напрямі сполучного каналу 5 в жароміцній вставці 4 від зони осідання плями палива 9 до сполучного каналу 5 в камеру згоряння 3, з метою уникнення розтікання палива по поверхні 8 головки 1 циліндра 2, виконують направляючий канал 10 глибиною 1-1,5мм, який не дозволяє паливу розподіляться по поверхні 8 головки 1 циліндра 2 плівкою та концентрує його на шляху від зони осідання плями палива 9 до сполучного каналу 5 в жароміцній вставці 4 та забезпечує його входження в повному обсязі з надпоршневої порожнини 6 в об'єм камери згоряння 3. Паливо-повітряна суміш та частки палива, що не випарувалися, при входженні в об'єм камери згоряння 3 формують повітряний потік усередині камери 3 у вигляді "підкови", одна ніжка якої є висхідним потоком, що прямує уздовж стінки камери згоряння 3 над вхідним отвором сполучного каналу 5, а друга є низхідним потоком, який прямує уздовж протилежної стінки, і при зіткненні з плоскою поверхнею жароміцної вставки 4, встановленої в основі камери згоряння 3, супроводжується різким гальмуванням повітряного потоку та осіданням часток палива на гарячій поверхні вставки 4, що забезпечує повне й одночасне випаровування усіх вуглеводневих фракцій, що входять до складу циклової порції палива, та забезпечує, таким чином, повне використання енергії палива при подальшому згорянні та високий рівень еколого-економічних показників двигуна внутрішнього згоряння з іскровим запаленням та безпосереднім впорскуванням палива. Використання винаходу дозволить створити двигун внутрішнього згоряння з іскровим запаленням з еколого-економічними показниками, кращими, ніж у сучасних дизельних двигунів. Підтвердженням цьому є перші результати експериментальних досліджень дослідного зразка двигуна, у якому цілком втілені всі запропоновані рішення. При цьому здатність двигуна ефективно працювати на низькооктановому бензині дозволить заощаджувати не тільки при експлуатації подібних двигунів, але й на етапі його виробництва - за рахунок переходу в нафтопереробній промисловості до розширення випуску більш дешевшого при отриманні низькооктанового бензину який, при цьому, є і більш екологічним паливом - за рахунок відсутності у його складі шкідливих для здоров'я людини антидетонаторів, у порівнянні з сучасними високооктановими паливами. Джерела інформації: 1. Патент України №83354, "Спосіб сумішоутворювання в двигуні внутрішнього згоряння", кл. F02B23/10, заявл. 13.06.2005. 2. Патент України №81832. "Двотактний двигун з іскровим запалюванням", кл. F02B23/00, заявл. 20.03.2006. (прототип). 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 1. Двигун внутрішнього згорання з іскровим запаленням, що містить головку циліндра з камерою згорання, в основі якої встановлена жароміцна вставка зі сполучним каналом, що з'єднує об'єм камери згорання з надпоршневою порожниною, паливну форсунку, встановлену у стінці циліндра, яка забезпечує подавання палива на поверхню головки циліндра у вигляді плями, який відрізняється тим, що на поверхні головки циліндра є направляючий канал, ширина якого з одного боку відповідає діаметру паливної плями, а з іншого боку ширині сполучного каналу в жароміцній вставці, при цьому сполучний канал виконаний у формі сегмента кола, а поверхня жароміцної вставки з боку камери згорання є плоскою. 2. Двигун за п. 1, який відрізняється тим, що глибина направляючого каналу складає 1-1,5 мм. 2 UA 102014 C2 Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3