Газовий двигун внутрішнього згоряння, конвертований з дизеля

Реферат: Газовий двигун внутрішнього згоряння, конвертований з дизеля, містить робочі циліндри, в яких розташовано поршні з камерами згоряння, а над циліндрами встановлено головку з клапанами, які забезпечують регулювання потоків газоповітряної суміші та відпрацьованих газів. В головці поршня виконано камеру згоряння у вигляді зрізаного конуса, і лінія зрізу та його бічна поверхня стикуються з округленими поверхнями, верхня частина головки поршня також виготовлена у вигляді зрізаного конуса. При цьому стик бічних поверхонь обох зрізаних конусів має округлену форму. UA 81552 U (12) UA 81552 U UA 81552 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі машинобудування, а саме до двигунобудування, і може бути використана при виробництві та переобладнанні автотракторних двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), а також на газових двигунах. Відомий спосіб конвертування дизельного двигуна внутрішнього згоряння в газовий двигун з іскровим запалюванням [1], при якому оптимізується ступінь стиску. Суть винаходу полягає в тому що замість дизельної паливної форсунки встановлюється форкамера зі свічками запалювання. Газоповітряна суміш потрапляє крізь впускний клапан, а її займання здійснюється потужним факелом, який виходить з форкамери. Оптимізація ступеня стиску здійснюється за рахунок збільшення об'єму камери згоряння (КЗ), який забезпечується встановленням форкамери. Основною перевагою такого способу конвертування є можливість переобладнання дизеля в газовий двигун з мінімальними матеріальними витратами, які забезпечені зберіганням конструкції двигуна. Недоліком переобладнання за таким принципом є те, що зростають теплові навантаження на деталі КЗ та цилціндро-поршневої групи (ЦПГ), а також погіршується процес згоряння внаслідок незмінної форми КЗ під новий робочий процес для газового ДВЗ. Відомий також спосіб конвертації дизеля у газовий ДВЗ [2] з іскровим запалюванням, який дозволяє отримати новий технічний результат, що полягає у спрощенні технологічного процесу конвертації шляхом монтажу конструктивно змінених прокладок головки циліндрів. Поставлена задача вирішується таким чином. У відомому способі конвертації дизеля у газовий ДВЗ з іскровим запалюванням, що включає зниження ступеня стиску у кожній КЗ шляхом збільшення її розмірів. Збільшення розмірів КЗ здійснюють встановленням щонайменш однієї потовщеної одношарової або багатошарової прокладки, при цьому її шари складаються з двох стандартних прокладок та металевого прошарку між ними. Ця багатошарова прокладка встановлюється між гільзою та головкою циліндра. При цьому форма КЗ, яка виконана у поршні, залишається незмінною. Товщину прокладки як одношарової, так і багатошарової визначають розрахунком для кожної конкретної марки ДВЗ, з врахуванням його ступеня стиску. Спосіб реалізують таким чином. Перед початком конвертації розраховують потрібний об'єм КЗ газового ДВЗ, виходячи із запланованого значення ступеня стиску. Демонтують стандартну прокладку головки циліндрів і встановлюють замість неї багатошарову прокладку, яка складається з двох стандартних прокладок головки циліндрів і заново виготовленої між ними металевої прокладки розрахункової товщини. Або ж встановлюють одну суцільнометалеву прокладку, яку виготовляють з м'якого металу високої теплопровідності такої ж товщини, як сумарна товщина багатошарової прокладки. Першим суттєвим недоліком такого способу конвертування є те, що при встановленні металевої прокладки між блоком та головкою циліндрів можуть з'явитися певні труднощі, пов'язані з виготовленням каналів сорочки системи охолодження та системи змащування. Виготовлення таких каналів потребує проведення додаткової механічної обробки. Другим недоліком такого способу конвертування є те, що металеві прокладки з високою теплопровідністю будуть створювати додаткові труднощі та погіршуватимуть робочий процес ДВЗ при згорянні паливо-повітряної суміші. Підвищені втрати тепла в сорочку охолодження та погіршення робочого процесу приведуть до зниження техніко-економічних показників ДВЗ. При проведенні досліджень з газовими ДВЗ, з достатньо високим ступенем стиску, близьким до 12 та вище, була експериментально встановлена більш висока температура продуктів горіння (в порівнянні з дизельними двигунами) в процесі згоряння, що приводить до збільшення температур як стінки нижньої плити головки циліндрів [3], так і кромок камер згоряння, розташованих у поршнях [4]. В процесі тривалих випробувань газових ДВЗ, кромки поршнів починають тріскатись, внаслідок чого можливе руйнування поршнів, що приведе до виходу зі строю двигуна у цілому. Описані варіанти конвертації ДВЗ [1, 2] не вирішують проблеми надійності роботи елементів головок та поршнів. Найбільш близьким за технічною суттю до заявлюваного, є газовий ДВЗ [5] з іскровим запалюванням конвертований з дизеля, що включає виконання поршня дизельного двигуна з виїмкою, утвореною шляхом сполучення між собою сферичної поверхні та циліндра або зрізного конуса, діаметр якого перебільшує діаметр сфери. Запропонована конструкція призначена для створення газоповітряного потоку, спрямованого навколо осі циліндрів. Недоліками такої конструкції є, те що, по-перше, така конфігурація днища поршню не забезпечує достатньо ефективного примусового процесу сумішоутворення газоповітряної суміші у середній та нижній зонах КЗ; по-друге, наявність гострих кромок в КЗ приведе до збільшення теплових навантажень на поршень, що може викликати як руйнування поршня, так і 1 UA 81552 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 виникнення жарового запалювання; по-третє, виготовлення фігурної виїмки у дизельному поршні є технологічно складною операцією, здійснення якої потребує висококваліфікованої праці та точного обладнання для виготовлення такої конфігурації КЗ. Додатково для проектування КЗ, що заявляється, використовувався досвід провідних конструкторів-дослідників з розробки КЗ фірми Daimler-Benz для дизелів зі струминним сумішоутворенням та фірми Audi для бензинових ДВЗ з високими ступенями стиску [6], а також досвід вітчизняних спеціалістів [7-9]. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення конструкції газового двигуна внутрішнього згоряння конвертованого з дизеля, шляхом переорієнтації потоків робочого тіла (газоповітряної суміші), для забезпечення більш ефективного сумішоутворення (в об'ємі КЗ) та згоряння робочого тіла в циліндрах ДВЗ, а також підвищення його надійності за рахунок зниження теплових навантажень деталей ДВЗ, що контактують з відпрацьованими газами (ВГ). Тому авторами пропонується наступна конструктивна модифікація КЗ поршня (креслення). Запропонована конструкція камери згоряння у поршні, для газового ДВЗ, має форму "перевернутої шляпи". Поставлена задача вирішується тим, що газовий ДВЗ. конвертований з дизеля, що містить робочі циліндри, в яких розташовані поршні з камерами згоряння, а над циліндрами встановлено головку з клапанами, які забезпечують регулювання потоків газоповітряної суміші та відпрацьованих газів, згідно з корисною моделлю, в головці поршня виконано камеру згоряння у вигляді зрізаного конуса, і лінія зрізу та його бічна поверхня стикується з округленими поверхнями, верхня частина головки поршня також виготовлена у вигляді зрізаного конусу, причому стик бічних поверхонь обох зрізаних конусів має округлену форму. Верхня поверхня головки поршня виконана з незначним кутом нахилу (α=1,52°) від периферії до центру деталі, а кут твірної зрізаного конуса (Q), визначається залежністю tgQ=(Dd)/2h. Діаметр нижньої основи конуса (D) складає 0,750,77 від діаметра поршня (Dn), а діаметр верхньої основи конуса (d) складає (0,490,508)Dn. Висота зрізаного конуса (h) складає (0,150,19)Dn. Радіус сполучення верхньої основи конуса (r) з твірною зрізаного конуса складає (0,0750,08)Dn, а радіус сполучення нижньої основи конуса (R) з твірною зрізаного конуса складає (0,0220,038)Dn. Радіуси округлень (R) та (r) забезпечують зниження теплових навантажень на поршень, та ефективне змішування суміші у верхній, середній та нижній зонах КЗ. ДВЗ з такою запропонованою конфігурацією КЗ в поршні працює за таким принципом. В кінці процесу стиску (коли поршень с запропонованою КЗ наближається до зони, близької до ВМТ) робоче тіло, яке знаходиться в циліндрі двигуна (між поршнем та головкою циліндрів) інтенсивно стискається і примусово рухається (за допомогою похилих поверхонь головки поршня та КЗ) від периферії до центру камери згоряння у середню та нижню зони останньої. При русі шарів робочого тіла вони постійно перемішуються, стискаються і наближаються до центру КЗ, а головка поршню з виконаною в ній камерою згоряння теж рухається перпендикулярно шарам робочого тіла. Сукупна взаємодія руху шарів робочого тіла та похилих поверхонь головки циліндрів і КЗ створюють сприятливі умови для ефективного стискання, примусового сумішоутворення та згоряння газоповітряної суміші у циліндрах двигуна, що в свою чергу, відбивається на покращенні техніко-економічних показників ДВЗ та підвищенні надійності роботи двигуна. Перелік посилань 1. А.с. 767380 СССР, МПК5 F02B69/04. Дизельно-газовый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания / И.А. Трегубов, Ю.Н. Васильев, В.П. Фомин, В.Н. Федоткин (СССР). - № 2607556/25-06: заявл. 27.04.78; опубл. 30.09.80, Бюл. № 36. 2. Пат. 24970 Україна, МПК F02B11/00. Спосіб конвертації дизеля в газовий двигун внутрішнього згоряння з іскровим запалюванням / В.І. Захарчук, В.П. Матейчик, О.В. Захарчук, І.С. Козачук.; заявник та патентовласник Луцький державний технічний університет. - № 200800805; заявл. 23.01.2008; опубл. 12.05.2008, Бюл. № 9. 3. Абрамчук Ф.И. Экспериментальная оценка теплового состояния элементов головки цилиндров газового двигателя 6Ч 13/14 / Ф.І. Абрамчук, В.М. Манойло, B.C. Червяк, В.И. Рубцов, Ю.С. Богданов, С.В. Салдаев, А.Н. Кабанов, Г.В. Майстренко // Автомобильный транспорт.-2008. - № 23. - С. 120-124. 4. Шибанов А.В. Влияние конструктивных и регулировочных факторов на образование вредных веществ в быстроходном дизеле, конвертированного на природный газ: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук: спец. 05.04.02 "Тепловые двигатели" / А.В. Шибанов. – М.: 2007.-18 с. 2 UA 81552 U 7 5 10 15 5. Пат. 2176737, МПК F02B11/02, F02B69/04, F02B23/06. Газовый двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, конвертированный из дизеля / Багдасаров И.Г., Бакиров Ю.А., Брагин А.В., Савельев Г.С.; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ"; патентообладатель ОАО "Газпром"; Общество с ограниченной ответственностью "Научноисследовательский институт природных газов и газовых технологий. - № 99106114/06; заявл. 26.03.1999; опубл. 10.12.2001. 6. Н. Horst. Probleme bei der Entwicklung hochverdichteter. / H. Horst, D. Helmut // Ottomotoren. Automobiltechn.-1973. - № 12. - P. 447-453. 7. Кабанов А.Н. Снижение выбросов вредных веществ с отработавшими газами транспортних дизелів путем конвертирования их в газовые двигатели: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук: спец. 05.05.03 "Двигатели и энергетические установки" / А.Н. Кабанов. - Харьков, 2008.-20 с. 8. Теоретичні основи конвертування дизеля у двигун, працюючий на природному газі: Звіт про НДР/ХНАДУ. - Проміжний звіт за темою № 06-53-04, - Харків, 2005.-36 с. 9. Теоретичні основи конвертування дизеля у двигун, працюючий на природному газі: Звіт про НДР/ХНАДУ. - Заключний звіт за темою № 06-53-04, - Харків, 2006.-138 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Газовий двигун внутрішнього згоряння, конвертований з дизеля, що містить робочі циліндри, в яких розташовано поршні з камерами згоряння, а над циліндрами встановлено головку з клапанами, які забезпечують регулювання потоків газоповітряної суміші та відпрацьованих газів, який відрізняється тим, що в головці поршня виконано камеру згоряння у вигляді зрізаного конуса, і лінія зрізу та його бічна поверхня стикуються з округленими поверхнями, верхня частина головки поршня також виготовлена у вигляді зрізаного конуса, причому стик бічних поверхонь обох зрізаних конусів має округлену форму. 3 UA 81552 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 4