CS200906B1 - Spalovací prostor motoru - Google Patents

Description

Vynález se týká spalovacího prostoru motoru s vložkou. Ókolem vynálezu je zlepšit průběh hoření paliva, zkrátit průtah vznícení a snížit přestup tepla do pistu motoru.

Píst vznětového motoru je jedním z nejvíce tepelně a mechanicky namáhaných dílů motoru. Tepelné namáhání pístu souvisí s vysokými rychlostmi pohybu horkých zplodin hořeni ve spalovacím prostoru a nad čelem pístu. Chlazení pístu je dobře proveditelné u větších motorů, např. ostřikem oleje, zalitým chladicím vedením oleje v tělese pístu. Nejvíce tepelně je namáhána hrana spalovacího prostoru, kde teploty přesahují 300°CC Proto se provádí např. povrchová ochrana pístu eloxováním pro snížení součinitele přestupu tepla, hrana pístu se provádí z jiného materiálu, např. z mědi nebo jejích slitin, a je difuzně nebo třením svařena s tělesem pístu, spalovací prostor je jako olejem chlazená vložka ze slitiny barevných kovů demontovatelně spojen s pístem atd. Tvar a provedení spalovacího prostoru rozhodujícím způsobem ovlivňuje přípravu a hoření směsi. Dobré hoření směsi je podmíněno vysokými rychlostmi proudění, jichž se dosahuje zejména geometrickými úpravami spalovacího prostoru. Přesto není všechen vzduch využit v reakci. Pro zlepšeni^hoření se proto navrhuje udělit náplni ve spalovacím prostoru ještě dodatečný pohyb např. v tangenciálním směru, popřípadě se v pístu provádějí dutiny, jež mají fungovat jako zásobníky čistého vzduchu pro konec hoření atd. Uvedená opatření jsou náročná a většinou nesledují současně otázku tepelné ochrany pístu a zlepšení hoření směsi.

200 906

200 000

Ekonomická hlediska a zpřísňující se hygienické předpisy vyžaduji komplexní řešení problematiky hořeni směsi i tepelné ochrany pístu. Mezi opatření, která zlepšují průběh boření a současná omezuji špičková tlaky hoření a výsledná složení exhalací ve výfukových plynech, zejména hladinu Ν0_χ, patří konstrukční zásahy do geometrie spalovacího prostoru při snižování stupně stlačení ve válci. Snížení stupně stlačení je však spojeno s prodloužením průtahu vznícení, špatnou startovatelností, nestabilitou ohodu při nižších zatíženích a volnoběhu. Je prokázáno, že průtah vznícení lze zkrátit zejména zvýšením intenzity rotačního pohybu vzdušiny ve spalovacím prostoru a vyšší teplotou stěny spalovacího prosto ru při uspořádaném nástřiku paliva do spalovacího prostoru. Vyšší rychlosti proudění se do sáhne zmenšením rozměru vstupního hrdla spalovacího prostoru a zmenšením vzdálenosti mezi hlavou plstem v horní úvrati pístu. Teplota stěny, jež by přinesla podstatné zkrácení průtahu vzníceni, je však blízká 600 °C, což je hodnota pro materiál pístu příliš vysoká.

Na přiloženém výkresu je znázorněn spalovací prostor s vložkou, jež řeší současně otázku tepelné ochrany stěny spalovacího prostoru při vyšších teplotách stěny, na niž se palivo nástřikuje a při vyšších rychlostech proudění dosažitelných díky tepelné ochraně pístu. Pokrok dosažený vynálezem spočívá ve zlepšení procesu tvorby a hoření směsi, zkrácení průtahu vznícení a zlepěeni tepelné ochrany tím, že ve spalovacím prostoru v pístu 2 je vložka 1, jež je od pístu 2 oddělena mezerou £. Vložka £ s pístem 2 je ve styku pouze v několika bodech či plochách. Palivo se nastřikuje tryskou 3 na vnitřní stranu vložky £ paprsky £. Není podmínkou, aby tryska 3 byla souosá se spalovacím prostorem nebo válcem.

Vfe spalovacím prostoru se vzdušina pohybuje ve vírovém prstenci b. Nad středem dna se udržuje relativně nehybný kuželový útvar vzdušiny c, který se nezúčastňuje rotace ve virovém prstenci b, a který není zasažen paprsky a nastřikovaného paliva. Vzdušina z kuželového útvaru £ vstupuje do mezery £ v blízkosti bodu A u dna, prochází mezerou £ a vystupuje z ní v bodě B v blízkosti ústí spalovacího prostoru. Vzdušina odvádí při svém proudění teplo pístu 2 a vložky X, chrání ústí spalovacího prostoru před přímým účinkem plamene a vstupuje do procesu hoření ve vírovém prstonci b, kam přináší pro hoření potřebný kyslík, čímž zlepšuje jeho průběh. Pohyb vzdušiny v mezeře s Je vyvolán rozdílem tlaku 4 p mezi bodem £ a bodem B. Rychlost pohybu vzdušiny w vypuzované z objemu nad čelem pístu 2 do spalovacího prostoru Je nad ústím spalovacího prostoru v každém okamžiku nejvyšši a js přibližně rovna hodnotě určené vztahem _2 2

R - r (1 ZK^á + V/Jt

).

Přitom je £ okamžitá odlehlost čela pístu 2 od hlavy motoru, V, je objem spalovacího prosto^ru» £p J® okamžitá rychlost pístu., r je poloměr vstupního hrdla a R je poloměr válce motoru

Na dně uprostřed spalovacího prostoru v blízkosti bodu A je rychlost proudění zanedbatelná. VýstupníVwezery £, označené bodem B je v blízkosti ústí spalovacího prostoru, takže rychlost vzdušiny w₂ vystupujíc! z mezery s je blízká okamžité rychlosti w nad ústím spalovacího prostoru. V mezeře £ mezi bodem £ a bodem B vzniká tlakový spád Δ p, když pro

200 >0« myšlené proudové vlákno v mezeře £ mezi bodem A ^a bodem B platí přibližné vztah • w, přičemž Wj je okamžitá hodnota rychlosti v bodě A a w.₂ J· okamžitá hodnota rychlosti v bá> dě B a ψ je okamžitá hodnota měrné hmotnosti vzdušiny ve válci motoru.

Za chodu motoru prouděni v blízkosti ústí spalovacího prostoru neustává, takže bod B je místem relativně nízkého tlaku a proudí z něj vzdušina jímaná v oblasti kuželového útvaru c. Současně se zlepšováním hořeni ve vírovém útvaru b chrání vzdušina proudící mezerou s tepelně nejvíce namáhanou část pístu 2, ústí spalovacího prostoru, před přímým účinkem plamene. Proto může ústí spalovacího prostoru vybíhat v ostrou hranu tak, aby za ním při oboustranném obtékání z prostoru nad čelem pístu 2 a vírového útvaru b nevznikal úplav ve vírovém útvaru b, jak je s ohledem na intenzitu víření nutné. Volba velikosti rozměru vstupního hrdla £. pak není omezena hledisky tepelného namáhání a je možno pouze s ohledem ke ztrátám škrcením udržet nebo zvýšit rychlost proudění w změnou rozměru vstupního hrdla r i při zvětšení objemu V spalovacího prostoru. Vyšší teplota vložky 1. zkracuje průtah vzníceni, což je výhodné zejména u motorů s poměrem stlačení ve válci nižším než 13 a zlepšuje startovatelnost motoru. Příznivě je ovlivněn provoz při částečných zatížéních a volnoběhu. Snížení teploty pístu 2. znamená nižší nároky na účinnost chlazení, vyšší spolehlivost pístové skupiny a možnost užiti levnějších olejů při prodloužení lhůty jejich výměny. Příprava a hoření směsi je příznivě ovlivněna vyšší rychlosti proudění a dokonalejším využitím vzdušiny. Zlepšení hoření při použiti vložky i se projeví zlepšení kvality plynných exhalací, poklemem hlučnosti a snížením spotřeby paliva.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU * ,·

   1. Spalovací prostor motoru, vytvořený v tělese pístu a opatřený vložkou pro tepelnou ochranu pistu a zlepšení hořeni paliva, vyznačený tím, že mezi vložkou (1) a tělesem pístu (2) je vytvořena mezera (s).
2. 2. Spalovací prostor podle bodu 1, vyznačený tím, že vložka (1) je opatřena nejméně jedním otvorem na dně, ústícím do mezery (s) mezi vložkou (1) a p ístem (2), přičemž nejméně jeden otvor ústí v blízkosti čela pístu (2).