Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия

Номер патента: 1753759

Авторы: Осауленко, Дорожкин, Викулин, Плющев, Варакин, Волков

Формула

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенными в нем противоположно движущимся поршнями, по меньшей мере одну топливную форсунку с распылительными отверстиями, установленную в цилиндре, камеру сгорания, ограниченную соосными углублениями, выполненными в днищах поршней, и кольцевой сплошной перегородкой, размешенной на днище одного из поршней вокруг его углубления и расположенной в углублении днища другого поршня при положении поршней во внутренней мертвой точке, органы впуска свежего заряда и выпуска отработавших газов, отличающийся тем, что, с целью повышения топливной экономичности и быстроходности, оси распылительных отверстий форсунки направлены на внешнюю поверхность перегородки при положении поршней во внутренней мертвой точке, а внутренние поверхности углублений и перегородки покрыты керамикой.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внешняя поверхность перегородки покрыта керамикой.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что перегородка выполнена двухслойной, причем ее внешний слой выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности, превышающим коэффициент теплопроводности материала внутреннего слоя.
4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что слои перегородки разделены при помощи кольцевого зазора.
5. Двигатель по пп.1 4, отличающийся тем, что орган впуска свежего заряда выполнен в виде центральных тарельчатых клапанов, размещенных в углублениях поршней.
6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что тарелки клапанов покрыты керамическими вставками.

Описание

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройству камер сгорания дизелей с противоположно движущимися поршнями.
Известен ДВС, содержащий цилиндр, размещенные в нем форсунки и противоположно движущиеся поршни (ПДП), на днищах которых размещены гребенчатые выступы, разделяющие камеру сгорания (КС) при положении поршней во внутренней мертвой точке (ВМТ) на две части, причем оси распыливающих отверстий форсунок направлены на боковые поверхности гребенчатых выступов.
Однако известное устройство не способствует сохранению вращательного движения заряда, а следовательно, эффективному испарению топливной пленки и быстрому сгоранию топлива.
Известен двухтактный ДВС с воспламенением от сжатия, содержащий цилиндр, установленные в нем топливные форсунки, оси распыливающих отверстий которых направлены тангенциально в камеру сгорания, ограниченную соосными углублениями, выполненными в днищах противоположно движущихся поршней, и кольцевой перегородкой, выполненной на днище впускного поршня вокруг углубления и расположенной в углублении днища выпускного поршня при положении поршней во внутренней мертвой точке (ВМТ), причем кольцевая перегородка снабжена пазами, соосными с распыливающими отверстиями форсунок.
Однако известное техническое решение не обеспечивает условий для полного испарения топлива на высоких скоростных режимах, когда время перетекания заряда через пазы в КС ограничено, а время испарения топлива относительно велико. По этой причине быстроходность двигателя ограничена.
Известен двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенными в нем противоположно движущимися поршнями, по меньшей мере одну топливную форсунку с распылительными отверстиями, установленную в цилиндре, камеру сгорания, ограниченную соосными углублениями, выполненными в днищах поршней, и кольцевой сплошной перегородкой, размещенной на днище одного из поршней вокруг его углубления и расположенной в углублении днища другого поршня при положении поршней во внутренней мертвой точке.
Однако конструкция камеры сгорания и системы топливоподачи и смесеобразования известного двигателя не обеспечивают быстрого и полного выгорания топлива, что ограничивает быстроходность двигателя и ухудшает топливную экономичность при работе на больших оборотах.
Цель изобретения повышение топливной экономичности и быстроходности двигателя.
Для достижения указанной цели в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащем по меньшей мере один цилиндр с размещенными в нем противоположно движущимися поршнями, по меньшей мере одну топливную форсунку с распылительными отверстиями, установленную в цилиндре, камеру сгорания, ограниченную соосными углублениями, выполненными в днищах поршней, и кольцевой сплошной перегородкой, размещенной на днище одного из поршней вокруг его углубления и расположенной в углублении днища другого поршня при положении поршней во внутренней мертвой точке, оси распылительных отверстий форсунки направлены на внешнюю поверхность перегородки при положении поршней во внутренней мертвой точке, а внутренние поверхности углублений и перегородки покрыты керамикой.
Кольцевая перегородка (КП) и внутренняя поверхность КС, будучи выполненными из керамики с низким значением коэффициента теплопроводности, позволяют достигать и поддерживать на их поверхностях высокую температуру (600-800оС на больших оборотах), что способствует быстрому испарению топлива и сокращению задержек воспламенения. Быстрое испарение в струе свежего заряда и сгорание топлива при высоких температурах в КС способствует повышению топливной экономичности, снижает требования к испаряемости и цетановому числу топлива. Снижается жесткость работы и повышается быстроходность двигателя за счет сокращения задержки воспламенения. Кроме этого, использование керамических вставок значительно уменьшает тепловые нагрузки на поршень, снижает его вес, что весьма существенно для быстроходных ДВС. Выполнение КП двухслойной с воздушным зазором и материалом, имеющим более высокую теплопроводность в наружном слое, позволяет избежать перегрева поверхности, на которую впрыскивается топливо, и, следовательно, преждевременного воспламенения его паров вне КС.
Таким образом обеспечивается достижение положительного эффекта.
Наиболее эффективна предлагаемая керамическая камера сгорания в двигателях с наддувом, посколькунаддув снижает отрицательное влияние горячих вставок на наполнение цилиндра.
На фиг.1 представлен двигатель, разрез по оси цилиндра; на фиг.2 вариант выполнения осевого выступа двухслойным; на фиг.3 сечение А-А на фиг.2.
Двигатель содержит цилиндр 1 с установленными в отверстиях 2 топливными форсунками (не показаны), поршни 3 и 4 с центральными тарельчатыми клапанами 5 и 6 и соосными углублениями 7 и 8 в днищах 9 и 10 этих поршней соответственно. Углубления 7 и 8 окружены керамическими вставками 11 и 12 из горячепрессованного нитрида кремния. Обе вставки имеют поверхность фигуры вращения и содержат конический участок наружной поверхности, по которому осуществляется их контакт с днищем поршня (нержавеющая сталь). Одна из вставок 11 имеет осевой выступ над днищем 9 и образует кольцевую перегородку (КП) 13. Эта перегородка может быть однослойной (только из нитрида кремния) или двухслойной (фиг.2 и 3), где внутренний слой 14 является керамическим, а наружный слой 15 изготавливается из металла (например, выполняется заодно с днищем 9 поршня). Эти два слоя могут находиться в непосредственном контакте друг с другом или разделяются воздушным зазором 16 и контактируют через дистанционирующие (опорные) элементы 17. Эти элементы (выполненные из металла на внутренней поверхности слоя 15) могут быть продольными или поперечными (кольцевыми) ребрами, утолщениями слоя 15 и т.п.
Общая площадь контакта, а следовательно, теплопередачи, через опорные элементы 17 выбирается из конкретных условий охлаждения, режима работы двигателя, коэффициентов температуропроводности контактирующих материалов и соображений прочности и надежности. Дно углублений 7 и 8 образовано тарелками перепускных клапанов 5 и 6, имеющими керамические вставки (нитрид кремния) 18 и 19 соответственно.
На фиг. 1 показаны два варианта выполнения керамических вставок. Таким образом практически вся внутренняя поверхность КС, образующейся углублениями 7 и 8 при подходе поршней к ВМТ, покрыта жаропрочной керамикой с низкой температуропроводностью. В случае выполнения воздушного зазора 16 в двухслойной КП 13 торец перегородки закрывается кольцевой крышкой 20 во избежание попадания топлива в зазор и образования в нем нагара, что неизбежно приводит к ухудшению теплоизоляции.
Двигатель работает следующим образом.
При подходе поршней 3 и 4 к ВМТ воздух из периферии межпоршневого пространства, обтекая наружный слой 15 КП 13, устремляется в КС, образованную углублениями 7 и 8. Во время прохода КП 13 под форсунками, установленными в отверстиях 2, производится впрыск топлива на разогретый от горения топлива в предыдущих циклах слой 15.
Поскольку металлический слой 15 отделен воздушным зазором от керамики, КС имеет высокую теплопроводность и значительную часть цикла омывается свежим зарядом, температура на ее поверхности ниже, чем на керамической вставке в КС.
Таким образом на слое 15 созданы условия для интенсивного испарения топлива, но воспламенение его вне КС (из-за калильного эффекта) не возникает. Контактируя с этой горячей поверхностью, топливо быстро и полностью испаряется, вдувается перетекающим воздухом через щель между двумя керамическими вставками в КС и воспламеняется от сжатия.
Высокая температура керамических вставок 11, 12, 18 и 19 обеспечивает сокращение задержки воспламенения в КС. Теплота сгорания топлива частично поглощается керамикой, причем здесь используется особенность керамик, связанная с тем, что коэффициент температуропроводности заметно уменьшается при их разогреве. В результате этого происходит в основном разогрев внутренних поверхностей КС и отвод тепла в металлические части поршней снижается тем больше, чем выше температура вставок. Далее под действием давления продуктов сгорания поршни расходятся, КС раскрывается и горячие газы выходят в межпоршневое пространство, совершая полезную работу.
Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндр 1 с установленными в отверстиях 2 топливными форсунками (не показаны), поршни 3 и 4 с центральными тарельчатыми клапанами 5 и 6 и соосными углублениями 7 и 8 в днищах 9 и 10 этих поршней соответственно. Углубления 7 и 8 окружены керамическими вставками 11 и 12 из горячепрессованного нитрида кремния. Обе вставки имеют поверхность фигуры вращения и содержат конический участок наружной поверхности, по которому осуществляется их контакт с днищем поршня (нержавеющая сталь). Одна из вставок 11 имеет осевой выступ над днищем 9 и образует кольцевую перегородку 13. Эта перегородка может быть однослойной (только из нитрида кремния) или двухслойной, где внутренний слой является керамическим, а наружный слой изготавливается из металла (например, выполняется заодно с днищем 9 поршня). Эти два слоя могут находиться в непосредственном контакте друг с другом или разделяются воздушным зазором и контактируют через дистанционирующие (опорные) элементы. Эти элементы (выполненные из металла на внутренней поверхности наружного слоя) могут быть продольными или поперечными (кольцевыми) ребрами, утолщениями наружного слоя и т. п. 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

Рисунки

Заявка

4867396/08, 14.09.1990

Обнинское научно-производственное объединение "Технология"

Осауленко В. Н, Волков А. Ю, Плющев В. Г, Варакин С. Л, Дорожкин А. И, Викулин В. В

МПК / Метки

МПК: F02B 25/08, F02B 75/28, F02B 23/02

Метки: воспламенением, двигатель, внутреннего, сгорания, сжатия

Опубликовано: 27.11.1995

Код ссылки

<a href="http://patents.su/0-1753759-dvigatel-vnutrennego-sgoraniya-s-vosplameneniem-ot-szhatiya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия</a>

Похожие патенты