Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ(71) Заявитель Гомельский завод пусковых двигателей(73) Патентообладатель Гомельский завод пусковых двигателей(57) Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра с расположенными в ней впускным и выпускным клапанами, камеру сгорания цилиндрической формы, центрально расположенную в выемке днища поршня с выступом в виде усеченного конуса в центре камеры сгорания, установленную в головке наклонно к оси цилиндра форсунку с многосопловым распылителем, носок которого смещен относительно оси цилиндра, причем вертикальные углы осей передних и задних сопловых 3000 1 отверстий имеют различные величины, а точка их пересечения с боковой поверхностью камеры сгорания лежат в плоскости, перпендикулярной оси камеры сгорания, и равномерно распределены по периметру последней, отличающийся тем, что ось одного переднего соплового отверстия направлена под тарелку выпускного клапана, смещение носка распылителя относительно оси цилиндра составляет 0,04 - 0,05 диаметра поршня, а угол наклона оси форсунки к оси цилиндра составляет 5,3 - 5,9 величины смещения носка распылителя.(56) 1. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. - М. Машиностроение. - 1977. - 277 с. 2. Хачиян Л.С., Гальговский В.Р., Никитин С.Е. Доводка рабочего процесса автомобильных дизелей.М. Машиностроение.1976.104 с. 3. АТ 384078 В, МКИ 02 23/06, 1987. Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, имеющим камеру сгорания в поршне. Область применения силовые установки для транспортных средств и других видов техники. Известны двигатели с камерой сгорания в поршне, обладающие устройством, обеспечивающим вихревое движение воздушного заряда вокруг оси камеры сгорания, например двигатели ЯМЗ 1. Дизель снабжен головкой цилиндров с устройством для завихрения воздушного заряда, вертикально установленной форсункой. Ось форсунки совпадает с осью камеры сгорания. Причем камера сгорания смещена относительно оси цилиндра. Форсунка имеет многосопловой распылитель, оси сопловых отверстий пересекаются с боковой поверхностью камеры сгорания при положении поршня вблизи верхней мертвой точки. Смещение камеры вызывает нарушение организации вихревого движения воздушного заряда, что ведет к ухудшению экономических и мощностных характеристик. Известно, что наилучшие показатели имеют двигатели, у которых форсунка установлена вертикально и ее ось совпадает с осью центрально расположенной камеры сгорания 2. У малогабаритных дизелей практически невозможно установить форсунку в вертикальном положении так, чтобы ось форсунки и ось камеры сгорания совпадали. Поэтому приходится смещать и наклонять форсунку относительно оси поршня, причем смещение определяется конструктивными особенностями клапанного механизма. Значительные углы наклона оси форсунки относительно оси камеры, вызванные малыми смещениями носка распылителя, дают следующие отрицательные моменты вертикальные углы задних сопловых отверстий принимают значения больше 90, что вызывает трудности изготовления распылителя разность в расходах топлива через задние и передние сопловые отверстия, что ведет к неравномерности распределения топлива по объему камеры сгорания. Смещение носка распылителя вызывает перераспределение локальных объемов камеры сгорания перед передними и задними сопловыми отверстиями. Для организации благоприятного протекания процесса сгорания необходимо обеспечить истечение топлива из сопловых отверстий в количествах, обеспечивающих равный коэффициент избытка воздуха по всему объему камеры сгорания. Существуют двигатели, в которых подача необходимого количества топлива в зоны секторов камеры сгорания каждого из сопловых отверстий обеспечивается за счет подбора диаметров соответствующих сопловых отверстий. Недостатком такого решения является, в первую очередь, высокая стоимость изготовления распылителя. Имеются двигатели, в которых неравномерность истечения топлива обеспечивается наклоном оси форсунки к оси поршня. А под эти расходы топлива подбираются необходимые локальные объемы камеры сгорания за счет изменений углового расположения осей сопловых отверстий, величины и направления смещения носка распылителя. Недостатком такой конструкции является то, что не эффективно используется в процессе пленочного смесеобразования боковая поверхность камеры сгорания из-за неравномерного распределения по периметру камеры сгорания точек пересечения осей сопловых отверстий и боковой поверхности камеры сгорания. Прототипом данного изобретения является дизельный двигатель 3, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра с расположенными в ней впускным и выпускным клапанами с соответствующими впускным и выпускным каналами, камеру сгорания в виде тела вращения, с непосредственным впрыскиванием топлива, форсунку, имеющую минимум три впрыскивающих отверстия, оси которых образуют с осью камеры сгорания острый угол. Каждому топливному факелу соответствует такая часть объема камеры сгорания, что локальные коэффициенты избытка воздуха по всей камере сгорания равны между собой. Точки пересечения осей сопловых отверстий со стенкой камеры сгорания находятся в одной плоскости, нормальной к оси камеры сгорания. Существенным недостатком такого расположения осей сопловых отверстий является неравномерное распределение по периметру камеры сгорания точек пересечения осей сопловых отверстий с боковой поверхностью камеры. В этом случае возможно существование двух негативных явлений 2 3000 1 перезавихрение, в результате наложения друг на друга следов топливных факелов, что ведет к увеличению периода догорания топлива и, как следствие, ухудшению технико-экономических показателей недозакрутка, которая приведет к снижению эффективности использования воздушного заряда, что ухудшит технико-экономические показатели двигателя. Общим недостатком рассмотренных конструкций является то, что не была исследована возможность рационального использования горячих участков поверхности, образующей объем сгорания. Из всех поверхностей деталей, образующих объем сгорания, поверхность тарелки выпускного клапана имеет наиболее высокую температуру. Поэтому целесообразно сориентировать ось одного переднего соплового отверстия под тарелку клапана, тем самым создать возможность развития топливного под тарелкой клапана, что значительно улучшает условия испарения топлива, уменьшает период задержки воспламенения. В этом случае обеспечивается рабочий процесс с управляемым началом воспламенения, что значительно уменьшает жесткость процесса сгорания двигателя, улучшает качество протекания рабочего цикла на частичных режимах работы дизеля и пусковые качества. Задача изобретения - создание двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия с улучшенными технико-экономическими показателями. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра с расположенными в ней впускным и выпускным клапанами с соответствующими впускным и выпускным каналами, камеру сгорания цилиндрической формы, центрально расположенную в выемке днища поршня с выступом в виде усеченного конуса в центре камеры сгорания, установленную в головке наклонно к оси цилиндра форсунку с многосопловым распылителем, носок которого смещен относительно оси цилиндра, причем вертикальные углы осей передних и задних сопловых отверстий имеют разные величины, а точки их пересечения с боковой поверхностью камеры сгорания лежат в плоскости, перпендикулярной оси камеры сгорания, и равномерно распределены по периметру последней. Ось одного переднего соплового отверстия направлена под тарелку клапана, смещение носка распылителя относительно оси цилиндра равно величине (0,04 - 0,05) диаметра поршня, а угол наклона оси форсунки к оси цилиндра составляет 5,3 - 5,9 величины смещения носка распылителя. Для иллюстрации изобретения представлены следующие фигуры чертежей на фиг. 1 - продольный разрез двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия на фиг. 2 - поперечный разрез двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия на фиг. 3 - схема расположения осей сопловых отверстий в камере сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия имеет в поршне 1 камеру сгорания 2, центрально расположенную и выполненную в виде тела вращения, форсунку 3, многосопловой распылитель 4, головку 5 цилиндра 6, которая обладает устройством для организации вихревого движения воздушного заряда вокруг оси 7 камеры сгорания 2, состоящим из впускного канала 8 и впускного клапана 9. Форсунка 3 установлена наклонно к оси 7 камеры сгорания 2, носок 10 распылителя 4 смещен относительно оси 7 поршня 1. Оси 11 и 12 сопловых отверстий пересекают боковую поверхность камеры сгорания 2 при нахождении поршня 1 вблизи верхней мертвой точки. Точкипересечения осей 11 и 12 сопловых отверстий с боковой поверхностью камеры сгорания 2 лежат в плоскости 13, перпендикулярной оси 7 поршня 1, и делят окружность камеры сгорания 2 на равные между собой дуги 14. Смещениеноска 10 распылителя 4 составляет (0,04 - 0,05)диаметра поршня. А уголнаклона оси 15 форсунки 3 к оси поршня 1 находится в определенной зависимости от смещения носка 10 распылителя 4 и составляет 5,3 - 5,9 величины смещения носка распылителя. Ось 11 одного переднего соплового отверстия направлена под тарелку впускного клапана 16. В такте впуска посредством впускного клапана и впускного канала формируется вихревое движение поступающего в цилиндр воздуха. Это движение сохраняется и в такте сжатия. В конце такта сжатия, вблизи верхней мертвой точки, топливо подается в камеру сгорания через многосопловой распылитель. Носок распылителя смещен относительно оси цилиндра. Минимальное смещение, равное 0,04 диаметра поршня, определяется особенностями конструкции головки цилиндра и расположения в ней клапанного механизма. При смещениях после распылителя 0,05 диаметра поршня топливная экономичность двигателя ухудшается вследствие увеличения дифференциации локальных коэффициентов избытка воздуха по объему камеры сгорания. Следствием смещения носка распылителя и наклона форсунки является различное угловое расположение передних и задних сопловых отверстий, что приводит к различному истечению топлива через сопловые отверстия при равном диаметре. Сопловым отверстиям, имеющим меньший расход топлива, соответствуют большие углы наклона осей этих отверстий к оси форсунки, а сопловым отверстиям с большими расходами топлива соответствуют меньшие углы наклона осей этих отверстий к оси форсунки. Таким образом,через передние сопловые отверстия, перед которыми находится большая часть объема камеры сгорания, вытекает больше топлива, а через задние сопловые отверстия, перед которыми находится меньшая часть объема камеры сгорания, вытекает меньше топлива. Различие расходов таково, что в каждой из частей камеры сгорания имеют место примерно равные коэффициенты избытка воздуха. Это обеспечивается углом наклона форсунки в пределах 5,3 - 5,9 величины смещения носка распылителя. Выбранное расположение носка распылителя и оси форсунки позволяет 3000 1 улучшить эффективность использования воздушного заряда, что ведет к улучшению экономических и мощностных показателей. Ориентация одного соплового отверстия под тарелку выпускного клапана способствует развитию топливного факела под сильно нагретой поверхностью клапана, что позволяет значительно улучшить условия смесеобразования, тем самым уменьшается период задержки воспламенения. Такая организация процесса сгорания оказывает благоприятное воздействие на динамику тепловыделения, что способствует снижению жесткости процесса сгорания, улучшается качество протекания рабочего цикла и пусковые качества. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.