Способ смесеобразования в камере сгорания и двигатель внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения заключается в следующем: в днище поршня выполнена вставка, рабочая поверхность которой позволяет осуществить программирование перераспределение концентрации топлива и дополнительное дробление капель топлива термомеханическим способом. Рабочая поверхность описана последовательным рядом линий уровней на основе двух дифференциальных уравнений. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 10 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!!) (я)5 F 02 В 23/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГоспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2 "). (i) бХ я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4855938/06 (22) 08,08.90 (46) 23.1)4.93. Бюл.№ 15 (75) !О.В.Захребетков (56) Патент Ф P Г ¹ 3327998, кл. F 02 В 23/06, 1985. (54) СПОСОБ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ И ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в дизелях, преимущественно в дизелях легковых автомобилей, мотоблоков и мотоциклов.

Целью изобретения является повышение мощности, КПД и снижение токсичности выпускных газов путем сокращения продолжительности сгорания топлива, увеличения номинальной частоты вращения и обеспечения полноты сгорания топлива.

Поставленная цель достигается тем, что в способе смесеобразования дизеля с непосредственным вбрыском топлива, состоящем из процессов образования вихрей в камере сгорания, подачи топлива насосом высокого давления к распылителю форсунки, процесса впрыска топлива, включающе го процессы распада и дробления струи на мелкие капельки под действием аэродинамических сил собразованием фак,ела распыленного жидкого топлива с крайне неравномерной концентрацией топлива по поперечному сечению факела, нагрева движущихся капелек топлива от раскаленного воздуха и частичного их испарения, удара капелек топлива о горячую рабочую поверхность вставки, полного испарения топлива, и процесса перемешивания паров топлива с (57) Сущность изобретения заключается в следующем: в днище поршня выполнена вставка, рабочая поверхность которой позволяет осуществить программирование перераспределение концентрации топлива и дополнительное дробление кай()ль топлива термомеханическим способом. Рабочая поверхность описана поСледовательным рядом линий уровней на основе двух дифференциальных уравнений. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 10 ил, движущимся воздухом, а также воспламенения и сгорания топлива, согласно изобретению, удар капелек топлива о рабочую поверхность вставки производят под углом от 0,05 до 0,8 рад, в процессе впрыска топлива производят программированное перераспределение концентрации топлива на основе закона зеркального отражения света и дополнительное дробление крупных капелек топлива термомеханическим способом.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для осуществления предлагаемого способа смесеобразования в виде вставки, в камере сгорания, состоя.щее из тела вставки, элементов крепления вставки к головке цилиндра или к поршню и рабочей поверхности вставки-с большей кривизной располагают на участках поперечного сечения факела с наибольшей концентрацией топлива, вогнутые — на участках с меньшей концентрацией топлива и рабочая поверхность вставки в целом образована последовательными рядами линий уровней в двух плоскостях и описана двумя уравнениями

1810594

®- —, (2) arctgLt — = tg

Ох

z = z(x,у), (а) 30

f(x,у) — + g(x,у) — = О.

Bz (б) cl2 — =тд оу (3) где х, у, г — координаты рабочей поверхности вставки; р1, ф — углы, определяющие положение линии 1; pz, Q — углы, определяющие положение линии 2; линия 1 соединяет центр соплового отверстия распылителя с какой-то точкой рабочей поверхности вставки; линия 2 соединяет ту же точку рабочей поверхности вставки с точкой на орошаемой поверхности камеры сгорания при условии зеркального расположения линий 1 и 2; л = 3,14159, и величинами геометриче- "5 ских и гидродинамических граничных условий. Для регулирования температуры вставки элементы ее крепления имеют теплоиэолирующую прокладку;

20. Обоснование уравнений (1) и (2)

Известно, что в прямоугольных координатах х-у-z уравнение какой-либо поверхности имеет вид в явной форме или в дифференциальной форме где коэффициенты f(x,у), g(x,ó) определены и непрерывны.

Дифференциальное уравнение в част- 35 ных производных первого порядка (б) можно заменить системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Для данного случая более удобно использовать кривые, называемые линиями уровней, для описания формы поверхности вставки.

Основой уравнений (1) и (2) является закон зеркального отражения света. угол отражения равен углу падения.

На фиг,1 изображен общий случай отра- " жения луча света (капель топлива) от зеркальной криволинейной поверхности в плоскости у-О-х, где ses — зеркальная криволинейная поверхность; е — точка отражения; nem — касательная к криволинейной поверхности; 1 — линия падения; 2 — линия отражения.

Согласно закону зеркального отражения угол 1еп равен углу 2ее, следовательно, угол 1ед равен углу 2ед, отсюда

Так как касательная к зеркальной поверхности перпендикулярна к биссектрисе ед, то очевидно

Иэ геометрического понятия производной получают выражение у = т9farctg(tg p>) + arctg(ig д ) + л /2. (1) На фиг.2 изображен общий случай отражения луча света капельки топлива от зеркальной поверхности в пространстве, где 1, 2 — линии падения и отражения; 1х, 1у, 1z— проекция линии падения на плоскости z-0 — у, z-0-х и у-0-х; 2х, 2у, 2z — проекция линии отражения на плоскости z— - 0 — у, z-0 — х и у — О-х.

Уравнения (1) и (2) можно представить следующим образом. Уравнение (1) определяет для фиксированной точки z = 0 касательную, прямую, перпендикулярную к биссектрисе линий 1z и 2z. Уравнение 2 определяет для той же точки у = 0 касательную, прямую, перпендикулярную к биссектирисе линий 1у и 2у. Две линии, проходящие через одну точку х0, y>, zo, образуют плоскость, которая будет перпендикулярна к биссектрисе линий 1 и 2, т.е. плоскость, касательную к криволинейной поверхности.

Следует иметь в виду, что уравнения (1) и (2) не являются системой дифференциальных уравнений, т.к. совместное их решениеопределяет кривую линию в пространстве, а не поверхность.

Вместо уравнения (2) или вместо уравнения (1) можно применять уравнение

Дифференциальные уравнения (1) и (2) в полных квадратурах не интегрируются, поэ-, тому решение их возможно только численным способом; методом Эйлера, методом

Рунге-Кутта и др. Метод Эйлера или метод касательных определяет приращение функции по приращению аргумента.

Для решения уравнения (1) и (2) необходимо предварительно определить величины граничных условий.

Геометрические граничные условия состоят из координат соплового отверстия распылителя, координат поверхности камеры сгорания, орошаемой топливом, координат характерной точки рабочей поверхности вставки.

Гидродинамические граничные условия состоят из величины угла при вершине фа1810594

30

35 кела распыленного жидкого топлива и характера распределения концентрации топлива по поперечному сечению факела, проходящему через характерную точку рабочей поверхности вставки, Уравнения (1) и (2) определяют-форму рабочей поверхности вставки для различных конструкций камер сгорания, разных расположений распылителя форсунки и различных вариантов впрыска топлива.

В качестве примера рассмотрим определение формы рабочей поверхности вставки нескольких вариантов.

В а р и а н т 1. Цилиндрическая камера сгорания и односопловой распылитель. Ось камеры сгорания и ось соплового отверстия совпадают с осью цилиндра, На фиг. 3 изображен схематически разрез цилиндра дизеля. Цилиндр 1 закрыт головкой цилиндра 2. В цилиндре 1 располо>кен поршень 3 с цилиндрической камерой сгорания. Тело вставки 4 установлено в камере сгорания на теплоизолирующей прокладке 5 и крепится к поршню 3 при помощи элементов крепления 6. Односопловой распылитель форсунки 7 при впрыске направляет топливо на рабочую поверхность вставки

8. Ось камеры сгорания, ось соплового отверстия 7 и ось рабочей поверхности вставки 8 находятся на оси цилиндра 1, Величина гидродинамических граничных условий определяются для давления впрыска 40 МПа. диаметра соплового отверстия 0,6 мм, противодавления среды 6 МПа, плотности воздуха 26,5 кгlм, плотность дизельного топлива 860 кг/м, По этим пара-. метрам с учетом физических свойств дизельного топлива определяют величину критериев подобия процесса распыливания

We, M, р, Э, по которым находят угол при вершине факела и распределение концентрации топлива по поперечному сечению факела.

Так, при длине факела 26 мм наибольший радиус поперечного сечения факела 7,03 мм, концентрация топлива на оси факела gm =

=27,5 гlсм,с радиус факела, где концентрация топлива 0,5gm, гс = 3,32 мм.

На фиг.4 приведена кривая распределения концентрации топлива по поперечному сечению факела.

На фиг,5 изображена схема программированного перераспределения концентрации топлива в процессе BllpblcKB. Так как ось соплового отверстия распылителя совпадает с осью камеры сгорания и осью вставки, то профиль рабочей поверхности будет осесимметричным и определен вращением образующей у = f(x) относительно оси 0-у. Ось

0-у совпадает с осью соплового отверстия, точка "С" — центр соплового отверстия, точ45

55 ка "О" — характерная точка рабочей поверхности вставки, начало координат, радиус камеры сгорания RK.с.= 25 мм, высота площади орошения боковой поверхности камеры сгорания hK. =- 15 мм.

Условие равномерного распределения топлива на орошаемой поверхности камеры сгорания определяет постоянную величину концентрации топлива. як.с. = 5 Р— „— — 0 557 г/см .с.

G ga+ к.с. пK которая в 15,2 раза меньше средней концентрации топлива по поперечному сечению факела цф при гф = 7,03 мм.

Учитывая среднеарифметическую концентрацию топлива для кольцевого участка факела шириной Ь!, получаютэависимость

gl l +gi 2п — l +A1

М =йп — — — — ——

На фиг.4 приведена кривая h = f(ri), обеспечивающая равномерное распределение топлива на орошаемой поверхности камеры сгорания.

Для программированного перераспределения концентрации топлива следует предсарительно определить величины гь дь рп и Ы, задаваясь последовательно приращением радиуса поперечного сечения факела

Ь.ь После этого, последовательно-построчно определяют следующие величины.

Приращение аргумента

Ьсу — . (г) Ь l + yi — фдд — tg4 — 1) 1 — gl — 1

Приращение функции byi по формуле ,Эйлера (в).

Угол между осью 0-х и линией 2

pal = агстц((а + hl-у )/(йк.,.-xl)). (д) Величину производной у по уравнению (1), В табл.1 приведены результаты программирования перераспределения концентрации топлива в процессе впрыска с величинами предварительных вычислений и формой образующей.

На фиг.6 показан профиль образующей у = fx в виде "я"-образной кривой. Кривая отклонений образующей у = f(x) от прямой линии у = kx. —, ey и кривая первой разницы отклонения образующей от прямой h(ey) - °

1810594 фщ = erctg((zj — zi)/(xj — xi)), pz(I) = arctg((yj — y;)/(xj — х ), xj = od, у = Ym + ht, - eyl — eyl-1 показывают высокую точность вычислений при шаге br = 0,5 мм.

В а р и а н т 2. Цилиндрическая камера сгорания-и трехсопловой распылитель форсунки, расположенный нецентрально и под углом к оси камеры сгорания. Ось среднего соплового отверстия совпадает с осью распылителя.

На фиг.7 схематично изображен цилиндр дизеля, разрез, Между цилиндром 1, головкой цилиндра 2 и поршнем 3 с цилиндрической камерой сгорания установлены три вставки, в том числе вставки 4 на теплоизолирующей прокладке 5 при помощи элементов крепления G. На фиг.7 показана только средняя вставка для среднего соплового отверстия распылителя 7. Форма рабочей поверхности средней вставки имеет характерные особенности, Величины геометрических граничных условий. Радиус камеры сгорания 50 мм, угол наклона оси распылителя 60О, коорди- . наты центра среднего соплового отверстия х = 12,5 мм, yc = 21,65 мм, zc = О, величина

oc = 25 мм, og = 10 мм, координаты средней точки площади орошения xm = 10 мм, ym =

= — 19 мм, zm = О. Высота площади орошения щ = 32,88 мм, длина дуги площади орошения st< = 98,64 мм.

Величины гидродинамических граничных условий определены тем же способом, что и для варианта 1. Для длины факела . ос = 25 мм радиус поперечного сечения факела г ь = 5,6 мм, распределение концентрации топлива по поперечному сечению факела. аналогично варианту 1.

На фиг.8 изображена схема программированного перераспределения концентрации топлива в плоскости у-Π— х.

Предварительно вычисленные величины гь дь р () =,6 +. д; и hi приведены в табл.2, Величины, определяемые последовательно-построчно.

Приращение аргумента

Л х = (hrj + у -t(tg д — т9 д - ))/(1 — у -1 ).

Приращение функции по формуле Эйлера.

Угол между осью О-х и линией 2

Вблизи производной у1 по уравнению (1).

В табл.2 приведены результаты программированного перераспределения концентрации топлива в плоскости у-О-х для z=0, На фиг.9 изображена схема программированного перераспределения концентра5 ции топлива в плоскости z — О-х, Так как плоскость z — О-х является плоскостью симметрии для факела топлива будет так же симметрично относительно плоскости у-Ох.

10 Предварительно вычисленные величины rj,дь Qq(r) =д и s> — длина дуги радиусом .

Вк.с. приведена в табл.3.

Последовательно-построчно определяются следующие величины.

Приращение аргумента

Ьсi = Ь.1(1 + х -t/xi)/(z è -tg Qq(>)). I

Приращение функции по формуле Эйлера.

Угол между осью Π— х и линией 2

zj = RK.c. sjn Я

xj = RK.c. cos Я (RK.c. od).

Угол между осью Π— х и радиусом камеры

30 сгорания я = siИк.с.

Величина производной zi по уравнению (2), В табл.3 приведены результаты программированного перераспределения концентрации топлива в плоскости z — О-х при

y= 0.

Таким образом, для варианта 2 получены двелинии уровня по программированному перераспределению концентрации топлива: линия у = f(x) при z = О и линия

z = /(х) при у=О. б

Полная рабочая поверхность вставки программированного перераспределения концентрации топлива определяется путем получения последовательного ряда линий уровней у = f(x) при других величинах zi или последовательного ряда линий уров50 неи z = фх) при других

B а р и а н т 3. Цилиндрическая камера сгорания и четырехсопловой распылитель форсунки, ось которого совпадает с осью камеры сгорания. Оси сопловых отверстий расположены под углом к оси распылителя и равномерно по окружности, На фиг.10 схематично изображен цилиндр дизеля, разрез. Между цилиндром 1, головкой цилиндра 2 и поршнем 3 е цилин1810594

10 дрической камерой сгорания установлена общая вставка 4, которая имеет четыре одинаков-»ix рабочих поверхностей 8 для четырех сопловых отверстий распылителя.

Элементы крепления вставки к головка цилиндра и теплоизолирующая прокладка на фиг.10 не показаны, Альтернативой варианта 3 является распылитель форсунки с тремя или с пятью сопловыми отверстиями, расположенными равномерно по окружности и под одним и тем же углом к оси распылителя.

Рассмотренные три варианта показали большую, практически неограниченную, возможность определения формы рабочей поверхности вставки при различных положениях распылителя относительно камеры сгорания. Очевидно, что кроме цилиндрической, можно использовать предлагаемый способ и для других конфигураций камеры сгорания, например торообразной. Это подтверждает табл,3, в которой равномерное распределение концентрации топлива произведено на криволинейной поверхности с различным расстоянием от вставки.

Анализ фарм рабочих поверхностей определил, что наибольшая кривизна выпуклой части рабочей поверхности приходится на ядро факела, которое имеет наибольшую концентрацию топлива, Вогнутая часть рабочей поверхности вставки приходится на периферию, где концентрация топлива сни» жается до нуля, Учитывая, что выпуклое зеркало рассеивает лучи света, а вогнутое собирает их, форма рабочей поверхности вставки полностью соответствует закону зеркального отражения, Соответствие отскока капелек топлива от рабочей поверхности закону зеркального отражения света было определено экспериментально. Так, для дизельного топлива температура вставки должна быть не менее

400 С, а угол падения не более 40.

Наибольшая температура вставки определяется из сопоставления с тепловым состоянием выпускного клапана, наибольшая температура которого 600-700 С. Наиболь.шая температура рабочей поверхности, на которую производился впрыск дизельного топлива, была в экспериментах 7000С. Наименьший угол падения капелектоплива приходится на вогнутый участок ра6очей поверхности вставки, Анализ угла падения на вогнутом участке вставки определил, что при приближении к периферии величины угла падения увеличивается на 2-4, 0

Следовательно, если угол падения на периферии будет 2 — 4, то в средней части вогну10 верхности. Расчетная поверхность располагается внутри камеры сгорания на расчетном расстоянии от поверхности камеры сгораний.

15 Расчетное расстояние определяется скоростью движения капелек топлива в конце csa. его пути и условием чтобы пламя сгораю цей

30

55 той поверхности он будет равен нулю, что невозможно. Поэтому угол падения не может быть меньше 2 или 0,05 рад. Отсюда получают пределы угла падения капелек топлива на рабочую поверхность вставки от

0,05 до 0,8 рад.

Следует отметить, что кроме пленочного (пристеночного) смесеобразования, данный способ можно применять и для объемного смесеобразования. В этом.случае площадь орошения рассматривают на расчетной покапельки не касалось стенок камеры сгорания.

Доказательство наличия существенных отличий.

Именно заявленное расположение выпуклыхх и вогнутых частей рабочей поверхности вставки по отношению к величине концентрации топлива по поперечному сечению факела и образование всей рабочей поверхности рядом последовательных линий уровня, описанных уравнениями(1) и(2) и величинами граничных условий, обеспечивает, согласно способу, при ударе капелек тойлива о рабочую поверхность под углом

0,05 до 0,8 рад, программное перераспределение концентрации топлива на основе закона зеркального отражения света, и дополнительное дробление крупных капелек топлива термомеханическим способом и этим достигается цель изобретения. Это позволяет сделать вывод, — заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретател ьским замыслом.

Перечень фигур. На фиг.1 и 2 изображены схемы отражения капельки топлива от рабочей поверхности в плоскости и в пространстве; на фиг.3 схематично показан разрез по цилиндру дизеля; на фиг,4 — зэвисимость концентрации топлива по поперечному сечению факеладля варианта; нэ фиг.S — схема программированного перераспределения концентрации топлива; на фиг.6— форма образующей рабочей поверхности вставки этого же варианта; на фиг.7 схематично показан разрез по цилиндру дизеля второго варианта; на фиг.8 и 9 — схемы программированного перераспределения концентрации топлива в двух плоскостях для второго варианта; нэ фиг.10 схематично показан разрез по цилиндру дизеля третьего варианта, 1810594

Пример осуществления общеизвестного способа смесеобразования.

В процессе наполнения организуют тангенциальный, а в процессе сжатия — радиальный вихри. В конце процессе сжатия, эа 30-35 угла поворота кривошипа до в.м,т., топливный насос высокого давления подает топливо к распылителю форсунки.

Впрыск топлива в камеру сгорания, состоящий из процессов распада струи дизельного топлива под воздействием аэродинамических сил и образования факела распыленного жидкого топлива, нагрев капелек топлива от раскаленного воздуха и частичного испарения топлива, удара факела о стенку камеры сгорания и растекания топлива от середины к периферии, начинают за 12 — 18 и заканчивают через 20 — 25 угла поворота кривошипа. Процесс пристеночного смесеобраэования, состоящий иэ процесса нагрева, испарения топлива и перемешивания паров топлива с движущимся воздухом, производят от момента удара первых капелек топлива о поверхность камеры сгорания и до момента воспламенения топлива от сжатия и до момента окончания горения топлива.

Пример осуществления известного способа прототипа смесеобразования. В процессах наполнения и сжатия организуют тангенциальный и радиальный вихри. В процессе сжатия за 60 — 80 угла поворота кривошипа до в.м.т. топливный насос высокого давления подает легкое топливо к распылителю форсунки. Впрысклегкоготоплива, состоящего иэ процесса распада струи топлива под действием аэродинамических сил и образования факела распыленного легкого топлива, нагрева капелек топлива от раскаленного воздуха и частично испарения топлива, удара факела о нагретую плоскую поверхность центрального вытеснения, растекания топлива по поверхности и его нагрева, образования парожидкостного тонкого диска топлива на плоской поверхности, производят в течение 25-30 угла поворота кривошипа. Процесс смесеобразования, состоящий из процессов передвижения парожидкостного тонкого диска в камеру сгорания, нагрева парожидкостного тонкого диска топлива от раскаленного воздуха, испарения топлива и перемещение паров топлива с движущимся воздухом, начинают за

50-70 и заканчивают в конце горения, Воспламенение топлива производит от искры.

Пример осуществления предлагаемого способа смесеобразования, В процессах наполнения и сжатия организуют тангенциальный и радиальный вихри.

За 30-35" у,п.к. до в.м,т, топливный насос высокого давления начинает подачу топлива к распылителю форсунки и заканчивает ее через 20 — 25 у.п.к. За 15 — 20 у.п.к. до в.м.т. начинают и через 20 — 25 у,п.к. закан5 чивают впрыск топлива, включающий процессы: — распада струи топлива под действием аэродинамических сил и образование. факела распыленного жидкого топлива с резко

10 неравномерной концентрацией топлива по поперечноМу сечению факела; — движения капелек топлива от распылителя до рабочей поверхности вставки, нагрева капелек и частичного испарения

15 топлива; — удара капелек топлива о горячую поверхность вставки, программированного перераспределения концентрации топлива, нагрева капелек топлива от горячей рабочей поверхноСти вставки и частичного испарения топлива; — движения капелек топлива от рабочей поверхности вставки до поверхности камеры сгорания, нагрева капелек топлива и частичного испарения топлива; — удара капелек топлива о нагретую поверхность камеры сгорания, растекания

35 топлива по поверхности камеры сгорания, нагрева и полного испарения топлива, Процесс перемешивания паров топлива с движущимся воздухом начинают с момента начала испарения топлива, продолжают при воспламенении от сжатия и заканчивают в конце горения, Воспламенение от сжатия производят за 5 — 8 у,п,к. до в.м.т. с дальнейшим процессом сгорания топлива

Устройство для осуществления предлагаемого способа имеет различную форму рабочей поверхности вставки, определяемую уравнениями (1) и (2) и величинами грэничнь х

40 условий, и несколько вариантов крепления вставки к поршню или к головке цилиндра, схематично изображено нэ фиг.3, 7 и 10 и было рассмотрено ранее, Устройство работает следующим образом. Капельки топлива диаметром 10-90 мкм, движущиеся с высокой скорость4 10050 150 м/с, ударяются о горячую поверхность вставки под углом не более 45 и отрэжаются от нее. Причем, угол падения равен углу отражения, При касании кэпельки горячей поверхности соприкосновения часть топлива нагревается и испаряется, образуя паровую подушку между капелькой и рабочей поверхностью, Резкое торможение капельки вызывает значительные силы инерции, которые деформируют капельку в момент дополнительного дробления крупных капе20 лек топлива термомеханическим способом, 13

1810594

5

10 удара. Крупные капельки топлива деформируются настолько значительно, что она распадается на несколько. капелек меньшего размера. Распаду крупных капелек при ударе способствует нагрев капелек, так как при увеличении температуры дизельного топлива уменьшается поверхностное натяжение.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа.

Процесс смесеобразования предлагаемого способа по сравнению с общеизвестным способом улучшает .следующие параметры: — увеличивает путь движения капельки топлива от распылителя до стенок камеры сгорания на 20-25%; — увеличивает площадь орошения поверхности камеры сгорания в 6-8 раз; — распределяет топливо равномерно по поверхности камеры сгорания;

-увеличивает объем воздуха, заключенного в факелах топлива, в 5 — 7 раз; . — увеличивает часть топлива, которая испаряется на пути движения капелек от распылителя до стенок камеры сгорания, на

30-40%; — способствует дроблению крупных капелек топлива; — обеспечивает быстрый прогрев и испарение топлива на поверхности камеры сгорания вследствие меньшей (в 6-8 раз) толщины пленки топлива.

Улучшение процесса смесеобразования в предлагаемом способе определяет улучшение процесса сгорания. Более быстрое испарение топлива увеличивает скорость диффузного сгорания, Равномерное распределение топлива определяет более полное его сгорание.

Расчет технико-экономической эффективности.

Обьект сравнения, — дизель с непосредственным впрыском топлива, имеющий рабочий объем цилиндра 0,866 л, диаметр цилиндрической камеры сгорания 50 мм, че-тырехсопловой распылитель форсунки и четырехклапанную головку цилиндра.

Общеизвестный способ смесеобразования. Площадь орошения четырех факелов

6,2 см, средняя толщина пленки топлива на площади орошения 72 мкм, путь движения капелек топлива от распылителя до поверхности камеры сгорания 26 мм. Двухцилиндровый дизель при 3000 об/мин имеет коэффициент наполнения 0,85, коэффициент избытка воздуха 1,4 и индикаторныйКПД 0,45, развивает мощность 27,6 кВт с удельным расходом топлива 252 г/кВт,ч. Четырехцилиндровый дизель при 3000 об/мин и тех же коэффициентах развивает мощность 55,7 кВт с удельным расходом топлива 250 г/кВт.ч.

Предлагаемый способ смесеобразования. Площадь орошения 47 см, толщина пленки топлива на площади орошения 9,5 мкм, путь движения капелек топлива от распылителя до рабочей поверхности вставки и от вставки до поверхности камеры сгорания

31 мм.

Двухцилиндровый дизель при 3000 об/мин имеет коэффициент. наполнения

0,86. коэффициент. избытка воздуха 1 4 и индикаторный КПД 0,46. Увеличение коэф15 фициента наполнения на 0,01 определяется меньшей величиной тангенциального вихря. Увеличение индикаторного КПД на 0,01 определяется более йолным и быстрым сгоранием топлива. Механические потери при20 няты одинаковыми. При этих параметрах двухцилиндровый дизель с предлагаемым смесеобразованием будет иметь мощность

31,6 кВт или на 14% больше и удельный расход топлива на 12 г/кВт,ч меньше.

25 Двухцилиндровый дизель при .5400 об/мин имеет коэффициент наполнения

0,85, коэффициент избытка воздуха 1,4, индикаторный КПД 0,46 и повышение механических потерь на 0,01 МПа. При повышении

30 частоты вращения с 3000 до 5400 об/мин снижение коэффициент наполнения всего на 0,01 определяется увеличенными фазами газораспределения, увеличение механических потерь всего на 0,01 МПа — конструктивными мероприятиями, неизменность индикаторного КПД вЂ” меньшими потерями теплоты от рабочего тела к стенкам. Для этих параметров двухцилиндровый дизель будет иметь мощность 56 кВт и удельный расходтоплива на 7 г/кВт.ч меньше расхода четырехцилиндрического дизеля.

Формула изобретения

1. Способ смесеобразования в камере

45 сгорания дизеля путем образования воздушных вихрей в камере сгорания при движении поршня к верхней мертвой точке, подачи топлива к распылителю форсунки, непосредственно впрыска струи топлива в

50 камеру сгорания через распылитель, расход и дробления струи топлива на капли с образованием факела распыленного топлива, нагрева последнего от тепла воздушных вихрей и частичного испарения капель топ55 лива, удара факела распыленного топлива о рабочую поверхность вставки с образованием отраженного и перемещения паров испарившегося топлива с воздушными вихрями, отличающийся тем, что, с целью

1810594

16 првышения эффективности удар факела распыленного топлива о поверхность вставки осуществляют под углами в диапазоне

0,05 — 0,8, а в период от удара капель топлива о,поверхность вставки до удара зеркально отраженного факела о стенку камеру.сгорания поддерживают постоянной концентрацию топлива по поперечному сечению факела.

2. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем; в днище которого выполнена выемка со вставкой, головку цилиндра с установленной s ней форсункой с распылителем, имеющим сопловое отверстие, камеру сгорания, образованную головкой цилиндра и выемкой, причем форсунка и вставка расположена соосно, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности, рабочая поверхность вставки выполнена согласно двум уравнениям сщ(с + л)

1 с

5 где X, Y, Z — координаты рабочей поверхности вставки; у — угол между осью О-Х и проекцией линии m на плоскость Y-0-Х; ф — угол между осью О-Z и проекций

10 линии m на плоскость У-О-Z:

pz — угол между осью 0-Х и проекцией линии и на плоскость Y-0-Х; ф — угол между осью 0-Z и проекцией линии и на плоскость Y-О-Z.

15 m — линия, соединяющая центр соплового отверстия распылителя с точкой рабочей поверхности вставки;

n — линия, соединяющая точку рабочей поверхности вставки с точкой на поверхно20 сти камеры сгорания при условии зеркального отражения..

3,Двигатель по п2, отличающийся тем, что вставка выполнена с теплоизолирующей прокладкой, а) dx — =tg

Таблица 1

Програмированное перераспределение концентрации топлива для варианта1. Форка образующей рабочей поверхности вставки . y=f(x) дь град

Мп/и

rl, мм пь мм хь мм уь мм еуь мм г а

r a

1.

3

5

7

9

11

12

13

14

О

0,5

1,0 f,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5 ..

5.0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,0

1,102

2,203

3,302

4,399

5,492

6,582 . 7,667

8,746

9,819

10,686

11,944

12,995

14,036

1 5,069

15,130

9,0,0

91,102

92,203

93,302

94,399

95,492

96,582

97,667

98,746

99,819

100,886

111,944

112,995

104,036

105,069

105,130

О

-0,244

-,0953

-2,063

03,479

-5,095

-6,765

-8,412

-9,939

-11,287

-12 425

-13,346

-14,061

14,596

14,981

-15,00

0,511

1,043

1,597

2,176

2,783

3,419

4,091

4,802

5,557

6,360

7,214 .8,120

9,078

10,085

10,147

О

-0,553

-1,112

-1,689

-2,293

-2,938

-3,419

-4,391

-5,215

-6,109

-7,076

-8,103

-9,186

-10,311

-11,460

-11,528

-4,574

-8,949 .-4,393

-5,794

-7,945

-10,573

-13,374

-16,064

-18,413

-20,263

-21,524

-22,158

-22,160

-21,541

-20,314

-20,226

-1,083

-1,051

-1,039

-1,045

-1,064

-1,093

-1,126

-1,158

-1,185

-1,201

-1,205

-1,196

-1,174

-1,.1 40

-1,096

-1,093

0,0.

0,0270

0,0723

0,1261

0,1792

0,2229

0,2504

0,2571

0,2412

0,2044

0,1522

0,0930

0,0335

0,0180

0,0025

0,0

1810594

Таблица

Програмированное перераспределение концентрации топлива для варианта 2,Первая часть линии уровня y=f(x) при z=O

äi, град рф, yi, мм

Мп/и у! гь мм хь мм пь мм г а г а

61,1458

62,2906

63,4336

64,5739

65,71,06

66,8428

67,9696

69,0903

70,204

71,310

72,407

72,626 и z=0

Вто ая часть линии овня =f x u

+0,0144

+0,0110

-0,0157

-0,624

-0,1232

-0,1906

-0,2574

-0,3180

-0,3693

-0,4094

-0,4377

-0,4410

Таблица

Програмированное перераспределение концентрации топлива для варианта 2.Линия уровня z=tP(x) при y=0 д,. мм

1/> И = дь

r a

zi, мм 1P2(i), град

Ьп/и.xi, мм гь мм

О

-0.0026

-0,0052

-0,0205

-0,0829

-0,3152

-0,7013

-0,2054

-1,8121

-2,5103

-3,2857

-4,1239

-6,3044

-7,3747

-6,8850

-7,0699

-0,05

-0,10

-0,250

-0,503

-1,052

-1,584

-2.193

-2,862

-3,6025

-4,4200

-5,320

-6,3044

-7,3747

- 8,5294

-8,7673

-6,119

-12,150

-28 854

-50,268

-73,857

-86,096

-93,454

-97,975

100,467

-101,593

-101,852

-,101.437

-100.589

-99.453

-99.219

-1,122

-2,244

-5 61

-11,22

-21,54

-30,24

-37,05

-42,00

-45,24

-47,22

-48,40

-48,98

-49,24

-49,31

-49,32

0,229

0,458

1,146

2,291

4,574

6,843

9,090

11,310

13,496

15,642

17,745

19,799

21,801

23,750

24.132

0,05

0,10

0,25

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5.5

5,6

1

3

5

7

9 .10

11 ,12

1

3

5

7

11

0

„. 2

4

6

8 д 0

11

12

13

14

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4;0

4,5

5,0

5,5

5,6

0,5

1,0

1,5

2,0

2.5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

5,6

1,1458

2,2906

3,4336

4,5739

5,7106

6,4287,9696

9,0903

10,204

11,310

12,407

12,626

-1,146

-2,291

-3.434

-4,574

-5,711

-6,843

-7,970

-9,090

-10,20

-11,310

-12,407

-12,626

58,854

57,709

56,566

55,426

54,289

53,157

52<030

50,910

49,796

48,690

47,593

47,374

-3,74

-7,18

-10,08

-12,35

-14,00

-15,08

-15,74

-16,13

-16,33

-16,41

-16,44

-16,44

3,74

7,18

10,08

12,35

14,00

15,08

15,74

16,13

176„33

16,41

16,44

16,44

-0,026

-0,068

-0,124

-0,135

-0,243

-0 288

-0,310

-0,301

-0,251

-0,154

-0,001

+0,040

-1,083

-2,278

-3,596

-5,033

-6,586

-6-8,248

-10,007 . -11,854

-13,774 .

-15,754

-17,775

-18,171

0,990

1,888

3,694

3,423

4;091

4,713

5,304

5,873

6,424

6,861

7,486

7,5901

-62,2415

-65,1575

-67;1585

-68,334

-68,842

-68,804

-68,284

-67,370

-66,132

-64,564

-62,684

-60,479

-60,026

-62,242

-58,430

-53,919

-49,226

-45,029

-41,924

-40,270

-39,859

-40.266

-41,257

-42,532

-43,913

44,191

51,1116

28,545

23,526

23,369

26.836

37,040

79.491

-191,2

-38,72

-20,30

-13,26

-9,572

-9,058

+51,112

-269,86

-30,221

-15,590

-10,991

-9,231

-8,854

-9,380

-10,735

-13,395

-18,591

-31,128

-35,986

19,44

9,767

4,055

2,247

1,447

1,2077

1.1035

1.0600

1,0543

1.0733

1,1085

1.1577

1,2177

1.2868

1.3012

3 810594

1810594 ф

6 за

/О х мм .ф

-0, 2

+A(dg), мм

+004.

QO

-0,04

-д(Юу),к

1810594

1810594

1810594

Корректор А. Мотыль

Редактор Л. Полионова Техред M.Моргентал

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1431 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыл.иям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5