Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Р 3/26 02 В 23/06,НИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Са ратов с к и й и нститут меха н и за циисельского хозяйства им. М.И.Калинина(56) Авторское свидетельство СССРМ 1560758, кл. Р 02 Е 3/12. 1988.(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ (57) Сущность изобретения: двигатель содержит по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем 2, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную головкой и расположенной в днище поршня цилиндрической полостью 1 с горловиной и дном, в отором выполнена выемка 5, и имеющую топливную форсунку с распылителем. Изобретение относится к двигателестроению, в частности к выполнению двигателей внутреннего сгорания с поршнями, имеющими устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре.Известна конструкция двигателя внутреннего сгорания, выбранная в качестве прототипа, содержащая поршень. имеющий корпус и головку с размещенной в ней камерой сгорания, отличающаяся тем, что, с целью улучшения смесеобразования, в головке пбршня выполнена цилиндрическая полость, камера сгорания образована стаканом с винтовыми пазами на его наружной поверхности, установленным в цилиндрической полости с кольцевым зазором и с возможностью поворота относительно оси, закрепленной в днище стакана и корпуса поршня, а в кольцевом зазоре. концентрич.Ж 1740720 и устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре, размещенное в полости 1 с возможностью вращения, и снабженное осью 7, расположенной в выемке 5. Устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре выполнено в виде крыльчатки 8, в периферийной части днища поршня 2 выполнена проточка 19. ось которой тангенциальна окружности полости 1, в которую помещается распылитель форсунки при положении поршня 2 в верхней мертвой точке (ВМТ). Кроме того, крыл ьчатка 8 выполнена из теплоизоляционного материала, например ситалла, а в теле крыльчатки 8 имеются два сквозных отверстия 14 для выравнивания давления на крыльчатку 8, а также для удобства сборки и разборки. Поршень 2 имеет ребра 17 с внутренними каналами 18, для охлаждения и смазки подшипника 4, 5 з.п. ф-лы, 4 ил. но стакану размещен кольцевой груз с выступами, взаимодействующими пазами на наружной поверхности стакана,Главным и существенным недостатком С данного изобретения является слабое вих реобразование. создаваемое камерой сго- Я рания, из-за того, что при движении поршня С) от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки (ВМТ) камерасгорания делает всего один оборот. так как ее движение ограничивают винтовыми пазами. Недоста- - ъ точное вихреобразование ухудшает экономические и экологические показатели двигателя, Другим серьезным недостатком является то, что в камере сгорания создается дополнительная турбулизация рабочего тела, за счет ее периодического изменения направления вращения во время разных ходов поршня. но как показали исследованиямногих авторов, лучшие результаты по экономичности и среднему арифметическому давлению достигаются лишь при впрыске топлива по направлению вращения заряда,Следовательно, для увеличения полноты сгорания топлива и улучшения экономических и экологических показателей двигателя, необходимо создать более интенсивное, постоянно действующее по направлению впрыска топлива вихреобразование.Целью изобретения является снижение токсичности и дымности отработавших газов и повышение топливной экономичности путем уменьшения потерь тепла сгораемого топлива.Указанная цель достигается тем, что ДВС с воспламенением от сжатия содержит по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную головкой и расположенной в днище поршня цилиндрической полостью с горловиной и дном, в котором выполнена выемка, и имеющую топливную форсунку с распылителем, и устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре, размещенное в полости с возможностью вращения и снабженное осью, которая запрессована в шариковый подшипник, установленный в выемке. Устройство для создания вращательного движения заряда выполнено в виде крыльчатки, в периферийной части днища поршня выполнена проточка, ось которой тангенциальна окружности полости, а распылитель форсунки расположен в проточке при положении поршня в верхней мертвой точке, Кроме того, цель достигается тем, что крыльчатка выполнена из теплоизоляционного материала, например ситалла. С целью выравнивания давления на крыль- чатку и облегчения сборки и разборки, подшипник закреплен при помощи гайки. расположенной в выемке и выполненной с двумя отверстиями со стороны крыльчатки, в которой выполнено два сквозных отверстия с возможностью совмещения их осей с осями отверстий гайки, а с целью охлаждения и смазки подшипника, поршень снабжен ребрами с внутренними каналами, по одному из них смазка подводится к подшипнику, а по другому отводится,Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый двигатель отличается тем, что в центре камеры сгорания поршня,.образованной цилиндрической полостью с горловиной и дном, имеется устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре, размещенное в полости с возможностьюКроме того, в центре цилиндрической поло 40 сти 1 помещен шариковый подшипник 4,4550 55 5 10 15 20 25 30 35 вращения и снабженное осью, которая запрессована в шариковый подшипник, установленный в выемки дна полости поршня. Причем. устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре выполнено в виде крыльчатки, изготовленной из теплоизоляционного материала (например, ситалла), в периферийной части днища поршня выполнена проточка, ось которой тангенциальна окружности полости, и распылитель форсунки расположен в проточке при положении поршня в верхней мертвой точке, Крыльчатка раскручивается за счет кинетической энергии впрыскиваемого топлива, набрав обороты, она своими лопастями создает активную, постоянно действующую турбулизацию в цилиндре, что способствует лучшему сгоранию топлива, улучшению экономических и экологических параметров двигателя, Кроме того, тело крыльчатки выполнено из теплоизоляционного материала и представляет собой тепловой концентратор, воспламенение вблизи которого происходит в результате прогрессивного самоускорения предпламенных реакций, что приводит к интенсификации процесса горения.На фиг,1 показан в разрезе описываемый двигатель с устройством для создания вращательного движения заряда в цилиндре; на фиг.2 - поршень предлагаемого двигателя в изометрии; на фиг.3 - крепление крыльчатки в поршне; на фиг.4 - вид сверху на устройство для создания вращательного движения заряда в цилиндре,Предлагаемое устройство содержит цилиндрическую полость 1, размещенную. в днище поршня 2, топливную форсунку 3 утопленный в выемку 5, Внешняя обойма подшипника 4 фиксируется гайкой 6. В подшипник 4 запрессована ось 7, на которой с помощью резьбового соединения крепится крыльчатка 8 с изогнутыми лопастями 9, На оси 7 имеется ободок 10, тыльная сторона которого имеет проточку 11, а гайка 6 - выступ 12, входящий в проточку 11 и создающий лабиринтное уплотнение, Подшипник 4 снабжен обтюратором 13, Обтюратор 13 и лабиринтное уплотнение не допускают проникновения горячих газов. В теле крыльчатки 8 выполнено два сквозных отверстия 14, служащих для выравнивания давления на крыльчатку 8, а также, - при их совмещении с отверстиями 15 в гайке 6 можно производить сборку и разборку устройства, Такое же назначение и у шестигранного отверстия 16 в торце оси 7. Поршень 2 имеет ребра 17 с внутренними каналами 18 для подвода иотвода смазки подшипника. В периферийной части днища поршня 2 выполнена проточка 19, в которую помещается распылитель 20 форсунки 3 при положении поршня 2 в верхнеймертвой точке,Устройство работает следующим образом.При запуске двигателя начинается впрыск топлива из распылителя 20 топлИвной форсунки 3 при движении поршня 2 к ВМТ (за 18 - 34 до ВМТ), Топливная струя попадает на лопасти 9 крыльчатки 8, которая начинает вращаться, смешивая топливо с воздухом, Крыльчатка 8 за несколько оборотов коленчатого вала двигателя набирает 18000 оборотов в минуту. Интенсивное завихрение заряда приводит к сокращению длительности горения, а также к увеличению полноты сгорания топлива, что улучшает экономические и экологические характеристики двигателя. Кроме того, интенсификация вихревого движения в камере сгорания способствует повышению давления в цилиндре, что приводит к увеличению мощности двигателя. По мере работы двигателя тело крыльчатки разогревается до высокой температуры, и топливо, попадая на лопасти 9, интенсивно испаряется и смешивается с воздухом, причем фронт пламени, возникающий от накаленной поверхности крыльчатки 8, распространяется по подготовленной к воспламенению смеси намного быстрее. Ускорение предпламенных реакций в объеме нагретой сжатием смеси в предлагаемом двигателе существенно облегчается нагретым телом крыльчатки 8 за счет снижения температур поджигания.Во время вращения крыльчатки 8 по одному из каналов 18 подводится смазка, а по другому отводится, тем самым обеспечивается нормальная работа подшипника 4 и его охлаждение, Во время работы двигателя в цилиндре поддерживаются достагочно большие температуры и давления газов, Лабиринтное уплотнение, создаваемое проточкой 11 на ободке 10 и выступом 12 на гайке 6, а также обтюратор 13 практически не допускают попадания горючих газов на трущиеся детали подшипника 4, а отверстия 14 в теле крыльчатки 8 разгружают подшипник 4, так как давление газов на крыльчатку 8 как сверху,так и снизу становится одинаковым,Вращение крыльчатки 8 поддерживается кинетической энергией впрыскиваемого топлива, а также энергией расширяющихся газов, движущихся по направлению впрыска топлива, способствуя увеличению угловой скорости крыльчатки 8. поэтому 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вращение будет непрерывным и относител ь но постоя нн ым. Таким образом, высокая температурарабочего тела крыльчатки 8, стабилизирующая температурное поле в зоне активногогорения, интенсивная турбулизация топливовоздушной смеси в период диффузионного догорания, а также впрыск топлива понаправлению вихреобразования позволяютвыполнить поставленную цель изобретения,Формула изобретения1. Двигатель внутреннего сгорания своспламенением от сжатия, содержащий поменьшей мере один цилиндр с. размещенным в нем поршнем, гОловку цилиндра, камеру сгорания, образованную головкой ирасположенной в днище поршня цилиндрической полостью с горловиной и дном, вкотором выполнена выемка, и имеющая топливную форсунку с распылителем, и устройство для создания вращательного движениязаряда в цилиндре, размещенное в полостис возможностью вращения и снабженноеосью, расположенной в выемке, о т л и ч аа щ и й с я, тем, что, с целью снижениятоксичности и дымности отработавших газов и повышения топливной экономичностипутем уменьшения потерь тепла сгораемоготоплива, устройство для создания вращательного движения заряда выполнено в виде крыльчатки, в периферийной частиднища поршня выполнена проточка, ось которой тангенциальна окружности полости, ираспылитель форсунки расположен в проточке при положении поршня в верхнеймертвой точке,2. Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в выемке дна полости установлен шариковый поДшипник, и ось запрессована в последний.3, Двигатель по пп.1,2, отл и ч а ющ и й с я тем, что крыльчатка выполнена изтеплоизоляционного материала.4,Двигатель поп 3, отл ича ю щи йс я тем, что в качестве теплоизоляционногоматериала использован ситалл,5, Двигатель по пп.1 - 4, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью выравниваниядавления на крыльчатку и облегчения сборки и разборки, подшипник закреплен припомощи гайки, расположенной в выемке ивыполненной с двумя отверстиями со стороны крыльчатки, в которой выполнено двасквозных отверстия с возможностью совмещения их осей с осями отверстий гайки.6. Двигатель по пп.1 - 5. о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью охлаждения исмазки подшипника, поршень снабжен ребрами с внутренними каналами,аз 2066 Тираж.ВНИИПИ Государственного комитета по изобрете113035. Москва, Ж. Раушск Подписноеям и открытиям при ГКНТ Снаб 4/5