Камера сгорания поршневого двигателя
Владельцы патента RU 2441991:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого (RU)
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к камерам сгорания (КС), разделенным на две или более частей, а также к КС, имеющим особую форму для улучшения рабочего процесса. Камера сгорания поршневого двигателя, образованная поверхностями головки блока, днища поршня и цилиндра, при этом в головке цилиндра установлена вставка из тонкостенной трубки, проходящая диаметрально в плоскости свечи зажигания со стороны вытеснителя через центр цилиндра и выходящая из головки параллельно оси цилиндра, причем по трубке протекает охлаждающая жидкость. Вставка из тонкостенной трубки установлена под клапанную крышку или в полость рубашки охлаждения. Изобретение обеспечивает температурный режим, исключая перегревы и прогары в камере сгорания. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к камерам сгорания (КС), разделенным на две или более частей, а также к камерам сгорания, имеющим особую форму для улучшения рабочего процесса.
Известны камеры сгорания двигателей с искровым зажиганием, имеющие особую форму для улучшения рабочего процесса (патент РФ №2187004, F02B 23/08, опубл. 10.08.2002; патент РФ №2231656, F02B 23/08, опубл. 27.06.2004; патент РФ №2254486, F02B 23/08, опубл. 20.06.2005).
К недостаткам этих КС следует отнести более сложную конструкцию по сравнению с традиционными камерами сгорания. Модернизации серийных двигателей под такие камеры сгорания потребует дополнительных затрат на изменение технологического процесса изготовления головок блока и поршней.
Наиболее близкой по техническому решению, принятому за прототип, является КС, образованная поверхностями головки блока, днища поршня и цилиндра, разделенная ребром на две полости (патент РФ №2164301, F02B 23/00, опубл. 20.03.2001).
В этой камере сгорания трудно обеспечить требуемый температурный режим ребра в широком диапазоне режимов работы двигателя. Возможны его перегревы и прогары, возникает опасность калильного зажигания, что является недостатками данной КС.
Задачей изобретения является разработка камеры сгорания поршневого двигателя, которая потребовала бы минимальных изменений в технологии изготовления головок цилиндров и поршней при модернизации серийных образцов двигателей внутреннего сгорания с минимальными затратами. Вместе с тем предлагаемая КС должна сохранить преимущества геометрических форм камер сгорания, приведенных в качестве аналогов и прототипа.
Для решения данной задачи предложена камера сгорания поршневого двигателя, образованная поверхностями головки блока, днища поршня и цилиндра, отличающаяся тем, что в головке цилиндра установлена трубчатая вставка, проходящая диаметрально в плоскости свечи зажигания со стороны вытеснителя через центр цилиндра и выходящая из головки параллельно оси цилиндра, по которой протекает охлаждающая жидкость. Такая вставка-трубка может или выходить из головки под клапанную крышку и далее соединяться с трубопроводом от жидкостного насоса (фиг.3), или выходить в полость рубашки охлаждения (фиг.4), откуда в нее будет затекать охлаждающая жидкость.
Предлагаемое изобретение позволяет снизить требования двигателя к октановому числу топлива.
Для пояснения предлагаемого изобретения представлены чертежи.
На фиг.1 представлена плоскоовальная камера сгорания серийного двигателя с диаметром цилиндра 92 мм. КС образована поверхностями днища поршня 1, головки цилиндра 3 и гильзы цилиндра 2 (дополнительно см. фиг.3, фиг.4). В плоскости оси свечи зажигания 4 со стороны вытеснителя в камеру сгорания установлена вставка, выполненная из тонкостенной трубки диаметром 5 мм, которая проходит диаметрально между впускным 6 и выпускным 7 клапанами (см. фиг.2), пересекает центр и выходит параллельно оси цилиндра на расстоянии примерно 1/3 части радиуса цилиндра от центра под клапанную крышку (см. фиг.3). В вертикальной плоскости трубка расположена примерно по средине высоты камеры сгорания.
По трубке можно пропускать охлаждающую жидкость от насоса со сливом в радиатор системы охлаждения.
Вставку-трубку можно вывести в полость рубашки охлаждения (фиг.4), и из системы охлаждения в нее будет поступать охлаждающая жидкость.
Для обеспечения герметичности трубки в материале головки служат уплотнения 8, представленные схематично (фиг.3). Считаем, что современные технологии позволят герметично заделать трубку в головку цилиндров при ее отливке.
Антидетонационный эффект от такой вставки в камеру сгорания можно объяснить исходя из волновой природы возникновения детонации, согласно которой ударная волна зарождается в результате аккумулирования элементарных волн давления. Элементарные волны давления возникают в результате возмущений от фронта пламени, распространяющегося с ускорением. Поэтому любые препятствия аккумулированию (наложению и суммированию) элементарных волн будут мешать зарождению ударной волны. Возможно поэтому такие конструктивные приемы как выступы или ребра в КС, ступеньки на поршне снижают требования двигателя к октановому числу топлива.
Для подтверждения этих теоретических предположений были проведены опыты на выделенном цилиндре 4-цилиндрового двигателя с плоскоовальной камерой сгорания и диаметром 92 мм. Трубка была вставлена так, как показано на фиг.1. Расстояние от края вытеснителя до вертикальной оси трубки равнялось примерно 55 мм. Места входа и выхода трубки заделаны высокотемпературным клеем. Для уверенности, чтобы охлаждающая жидкость не попала в камеру сгорания, испытания проводились кратковременно без жидкости в системе охлаждения. Определялся угол зажигания по началу слышимой детонации исходной (серийной) КС и модифицированной КС с вставкой-трубкой. Опыты показали, что модифицированная КС позволила увеличить угол опережения зажигания по началу слышимой детонации на 14° поворота коленчатого вала.
1. Камера сгорания поршневого двигателя, образованная поверхностями головки блока, днища поршня и цилиндра, отличающаяся тем, что в головке цилиндра установлена вставка из тонкостенной трубки, проходящая диаметрально в плоскости свечи зажигания со стороны вытеснителя через центр цилиндра и выходящая из головки параллельно оси цилиндра, причем по трубке протекает охлаждающая жидкость.
2. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что вставка из тонкостенной трубки установлена под клапанную крышку.
3. Камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что вставка из тонкостенной трубки установлена в полость рубашки охлаждения.
