Спосіб пневмопресингу робочої суміші дизельного двигуна

Реферат: Спосіб пневмопресингу робочої суміші дизельного двигуна, який полягає в перетворенні енергії палива розігрітим стиснутим повітрям у механічну роботу двигуна. В поршні двигуна виконано всмоктувальні та ініціюючий клапани, при цьому всмоктувальні клапани створюють ініціюючим клапаном зону пнемопресингу в камері згоряння двигуна. UA 109754 U (12) UA 109754 U UA 109754 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонований спосіб належить до двигунобудування, зокрема до конструкції камер згоряння, утворених поршнем та циліндром, що використовуються в двигунах внутрішнього згорання. Відомий спосіб перетворенні енергії палива розігрітим стиснутим повітрям у механічну роботу двигуна, в якому класична конструкція камери згорання ДВЗ, що утворена днищем поршня та головкою циліндра, має цільний об'єм, в якому відбувається розгінний процес горіння паливно-повітряної суміші по всьому об'єму камери згорання [1]. Підвищення потужності двигунів з такою камерою згорання можливе лише завдяки застосуванню палива з високим октановим числом, тоді як спроби максимального збільшення ступеня стиску паливноповітряної суміші, від якого напряму залежить потужність, викликають підвищення детонаційних процесів, так як порушується однорідність і рівномірність розподілу тиску згоряння газів, внаслідок чого виникає дуже швидкий рух маси газу у вигляді ударних хвиль стиснення і розширення. Відомо, що максимально допустимий ступінь стиснення залежить не тільки від антидетонаційних властивостей палива, але також і від конфігурації камери згоряння. З рівня техніки відомі рішення, в яких застосовані фігурні камери згорання, утворені поглибленнями на головці циліндра і днищі поршня, в яких зосереджується частина об'єму заряду. З а.с. SU 266453 від 17.03.1970 відома камера згорання, робочий простір якої утворений виїмками у центральній частині торцевого кінця поршня та, відповідної форми, виступами у центральній частині головки циліндра. При підході поршня у верхню мертву точку, він повністю відсікає залишки паливно-повітряної суміші, розташованої в просторі між циліндром і поршнем, що підвищує ступінь стиснення та сприяє завихренню суміші, для кращого її згорання. Недоліком є те, що частина паливно-повітряної суміші, що міститься в примежових шарах, не згорає за рахунок того, що робочий простір камери знаходиться в обмеженій частині проміжку між головкою та поршнем, а не по всьому об'єму камери згорання. Для запобігання цьому камера має бути забезпечена додатковими каналами для відводу, розподілення та випару залишків паливно-повітряної суміші, що ускладнює конструкцію камери та не дозволяє вирішити проблему зменшення детонації та підвищення потужності двигуна. Відомий спосіб перетворення енергії палива розігрітим стиснутим повітрям у механічну роботу двигуна, в якому кільцеві стінки камери згоряння газотурбінного двигуна [2], яка містить холодну і гарячу сторону. Стінка забезпечена безліччю отворів, розрідження для забезпечення проникнення повітря, що рухається з холодної сторони стінки, на гарячу сторону для забезпечення згоряння і розрідження суміші палива з повітрям, і безліччю отворів охолодження, призначених для забезпечення проникнення повітря, що рухається з холодної сторони стінки, на її гарячу сторону для формування плівки охолоджуючого повітря уздовж згаданої стінки. В цьому способі первинні отвори і отвори розрідження розподілені уздовж окружних рядів. Отвори охолодження розподілені уздовж безлічі окружних рядів, віддалених один від іншого в осьовому напрямку на певну відстань, і кількість цих отворів охолодження є однаковим у кожному з наведених рядів. Кільцева стінка додатково містить безліч отворів перфорації, розташованих безпосередньо позаду по потоку від первинних отворів і отворів розрідження і розподілених вздовж безлічі окружних рядів. Отвори перфорації, які належать одному й тому ж ряду, мають, по суті, однаковий діаметр, відстоять один від одного на деякий постійний крок і мають характеристики, що відрізняються від відповідних характеристик згаданих отворів охолодження, розташованих у суміжних рядах. Такий винахід спрямовано на зниження вартості і часу виготовлення кільцевої стінки камери згоряння. Недоліком такого способу є те, що виконання камери згорання дуже складно та потребує складних технологічних операцій, що зводить нанівець усі переваги такої камери. Відомий спосіб перетворення енергії палива розігрітим стиснутим повітрям у механічну роботу двигуна, в якому двигун внутрішнього згоряння [3], що містить принаймні один циліндр з розміщеним у ньому поршнем, кінематично пов'язаних з колінчастим валом, головку циліндра з встановленими в ній впускним і випускним клапанами, камеру згоряння на днищі поршня, виконану у вигляді виїмки від тіла обертання, вісь якого збігається з віссю циліндра або розташовується поблизу неї, завихрювачі заряду у вигляді торцевих виступів з тангенціальними каналами розташовуються навколо камери згоряння на днище поршня і примикають до виїмки на головці циліндра при положенні поршня у ВМТ, клапани розташовуються на виїмках в головці циліндра, глибина яких відповідає глибині виїмки головки циліндра і висоті торцевих виступів на днище поршня, джерело займання - форсунка, встановлена у виїмці головки циліндрів, причому камера згоряння і торцеві виступи на днище поршня виконані з чавуну або сталі з низькою теплопровідністю і влиті або закріплені в днищі поршня з алюмінієвого сплаву. 1 UA 109754 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Такий спосіб є удосконаленням двигуна внутрішнього згоряння за патентом № 2309271. Задачею корисної моделі є підвищення ККД і працездатності двигуна. Зазначена задача вирішується тим, що в двигуні камера згоряння і торцеві виступи на днище поршня, виконані з чавуну або сталі з низькою теплопровідністю і влиті або закріплені в днище з алюмінієвого сплаву, додатково забезпечені плоскою частиною по всій поверхні днища поршня. Це дозволяє підвищити ККД двигуна за рахунок зменшення відведення тепла від камери згоряння і підвищити працездатність поршня двигуна за рахунок зменшення підведення тепла до поршня. Крім того, камера згоряння оснащена круговим виступом на зовнішній поверхні дна камери, у поперечному перерізі кругової виступ виконаний у формі ластівчина хвоста. Це дозволяє забезпечити надійність кріплення сталевий камери до алюмінієвого поршня. Круговий виступ складається з двох частин або половин, забезпечуючи відсутність у цій зоні раковин або пор при виливку алюмінієвого поршня. Недоліком такого способу є те, що дуже важко підібрати розмір щілини для впуску паливної суміші, та випуску відпрацьованих газів, а це знижує показники працездатності такого двигуна. Відомий спосіб перетворення енергії палива розігрітим стиснутим повітрям у механічну роботу двигуна, в якому дизельний двигун внутрішнього згоряння з камерами згорання для високих тисків запалення [4], при цьому кожна камера згорання складається з розташованого в картері двигуна отвори для циліндра або розташованої в отворі гільзи циліндра, переміщуваного в отворі для циліндра або в гільзі циліндра, поршня і розташованої навпроти головки поршня циліндра, і при цьому в картері розташовані напрямні охолоджуюча речовина так, що частини стінки отвору для циліндра або гільзи циліндра на зверненій від камери згоряння стороні омиваються охолодною речовиною, головка циліндра узгоджена з однією або декількома камерами згоряння і також має отвори для охолоджуючої речовини, через які вона проходить, в головці циліндра розташовані для кожної камери згоряння газообмінні канали, щонайменше одна форсунка, а також напрямні, принаймні для одного впускного клапана і щонайменше одного випускного клапана, між камерою згорання і головкою циліндра розташована здійснююча закривання поверхні камери згоряння, окрема, поєднана з геометричним замиканням і герметично, з картером і/або гільзою циліндра охолоджувана плита, в якій розташовані клапанні сідла, щонайменше одного впускного клапана і щонайменше одного випускного клапана, і через яку проходить щонайменше одна клапанна форсунка. Недоліком такого способу є те, що виконання операцій по перетворенню енергії палива в механічну роботу поєднано з закриванням поверхні камери згоряння, поєднано з геометричним замиканням, герметично з картером, що є дуже складно. Відомий спосіб перетворення енергії палива у механічну роботу двигуна, в якому камера згоряння поршневого двигуна внутрішнього згоряння утворена зовнішньою плоскою поверхнею днища поршня і поглибленням в головці у вигляді сегментів пересічних сферичних поверхонь і поверхні конічного отвору в зоні електрода свічки запалювання [5]. Сегменти сферичних поверхонь розташовані таким чином, що мають центри, що знаходяться на продовженні осей клапанів. В зоні електрода свічки запалювання є додатковий сегмент сферичної поверхні. Корисна модель забезпечує високу ефективність робочого процесу двигуна за рахунок доброго очищення циліндра від вихлопних газів, турбулізації заряду свіжої паливо-повітряної суміші і оптимізації умов її займання і згорання. Ефективність робочого процесу поршневого двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ) значною мірою визначається формою його камери згорання. Недоліком такого способу є те, що сегменти поверхонь дуже складно поєднати з продовженням осей клапанів. Спосіб "пневмопресингу" робочої суміші дизельного двигуна відбувається наступним чином, фіг. 1. На такті впуску (фіг. 1, а) впускна і паливна системи забезпечують утворення паливоповітряної суміші. При відкриванні впускних клапанів механізму газорозподілу повітря або паливо-повітряна суміш за рахунок розрідження, що утворюється при русі поршня вниз, подається у камеру згоряння. При цьому кривошип 5 за допомогою шатуна 4 переміщує поршень 2 у циліндрі 1 вниз, створюючи розрідження в робочій порожнині 8. При цьому відкривається впускний клапан 6 і повітря надходить до робочої порожнини 8. На такті стискання (фіг. 1, б) впускні клапани закриваються, і робоча суміш стискається у циліндрах двигуна при русі поршня вгору. При закриванні впускних клапанів 6 кривошип 5 за допомогою шатуна 4 переміщує поршень 2 уверх, стискаючи повітря у робочій порожнині 8. Стиснуте повітря відкриває всмоктувальні клапани 10 і частка цього повітря під тиском надходить до технологічної порожнини 9. При цьому в кінці такту стиснення повітря в технологічній порожнині 9 від буфера розгону 12 спрямовується на ініціюючий клапан 11 та відкриває його. Одночасно розігнане і підігріте при проходженні через отвір ініціюючого клапана 2 UA 109754 U 5 10 15 20 25 11 повітря, зустрічається з впорскнутим паливом. Розігріте повітря піднімає додатково у робочій порожнині 8 температуру та створює найбільш сприятливі умови, завдяки турбулізації впускного заряду, для згорання палива й перетворення його у роботу та підвищуючи цим ККД циклу. Після такту стиснення (фіг. 1, в) при досягненні максимального тиску відбувається запалювання робочої суміші у циліндрі 1, поршень 2 під силою тиску, що утворився внаслідок горіння робочої суміші, рухається вниз, обертаючи колінчастий вал 3. Всмоктувальні клапани 11 при цьому відкриті, а ініціюючий клапан 12 під дією перепаду тиску в робочій 8 та технологічній 9 порожнинах підпадає під дію вібраційного руху вверх та вниз, завдяки цьому запалена робоча суміш з технологічної порожнини 9 потрапляє в робочу порожнину 9 створюючи додатковий тиск в робочій порожнині 9, що додає динаміки процесу роботи двигуна. Під час такту випуску (фіг. 1, г), випускний клапан 7 відкритий, в циліндрі 1 поршень 2 рухається до верхньої мертвої точки створюючи невисокий надлишковий тиск і виштовхує відпрацьовані гази в отвір випускного клапана 7. Всмоктувальні 11 і ініціюючий 12 клапани за рахунок невисокого надлишкового тиску не повністю відкриті, через отвори цих клапанів гази, що були в технологічній порожнині 9, частково виходять з циліндра 1 в атмосферу та одночасно відбувається продувка технологічної порожнини, що забезпечує повне звільнення робочої 8 та технологічної 9 порожнин від відпрацьованих газів. Джерела інформації: 1. Патент № 104093 Камера згорання двигуна внутрішнього згоряння, Бюл. № 24 від 25.12.2013 р. 2. http://www.freepatent.ru/patents/2413134 "Камера згорання з мультиперфорованими стінками". 3. http://www.findpatent.ru/patent/241/2411374 "Двигун з особливою камерою згорання". 4. http://www.findpatent.ru/patent/240/2405949 "Двигун з камерами згорання для високих тисків запалення". 5. http://www.findpatent.ru/patent/218/2187004 "Камера згоряння поршневого двигуна внутрішнього згоряння утворена зовнішньої плоскою поверхнею днища поршня і поглибленням в голівці". 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб пневмопресингу робочої суміші дизельного двигуна, який полягає в перетворенні енергії палива розігрітим стиснутим повітрям у механічну роботу двигуна, який відрізняється тим, що в поршні двигуна виконано всмоктувальні та ініціюючий клапани, при цьому всмоктувальні клапани створюють ініціюючим клапаном зону пнемопресингу в камері згоряння двигуна. 3 UA 109754 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4