CS229862B1 - Spalovací prostor vznětových motorů - Google Patents

Abstract

Účelem vynálezu je spalovací prostor vznětových motorů, vytvořený v pistu motoru pro přímý vstřik paliva z centrický nebo z excentricky umístěné vstřikovací trysky. Podstata vynálezu spočlyév tom, Se spalovací prostor je vytvarován do stejných rotačních válců vícebunkového prostoru, propojeného jednaje mezi první buňkou a druhou buňkou dvoubunkového prostoru štěrbino^ a jednak mezi.první bundou, druhou buňkou a třetí buňkou tříbunkového prostoru štěrbinami. Štěrbina při použiti excentricky umístěné vstřikovací trysky je opatřena do svojí poloviny délky od hlavy pístu zkosením. U dvoubunkového prostoru je zkosení zhotoveno vždy ne jednom výběžku, ke kterému je vyosenevvstřikovecí tryska. U tříbunkového prostoru je zkogení zhotoveno na-všech výběžcích. Dvoubugkový prostor gé umístěnou osu první buňky a osu druhé buňky od středu pistu v takové vzdálenosti, které průnikem r.otace tvořivá čáry,,první buňky a rotace tvořivá čáry druhá buňky tvgří štěrbinu spalovacího motoru. Tříbugkový prostor má ^místěnou osu první buňky, osu druhá buňky .a oau třetí buňky od středu píptu V taková vzdálenosti, která tvgří průnikem rotace tvořivý čáry první buňky i tvořivá čáry druhá buňky a tvořivá čáry třetí buňky stejná štěrbiny,.

Description

Podstata vynálezu spočlyév tom, Se spalovací prostor je vytvarován do stejných rotačních válců vícebunkového prostoru, propojeného jednaje mezi první buňkou a druhou buňkou dvoubunkového prostoru štěrbino^ a jednak mezi.první bundou, druhou buňkou a třetí buňkou tříbunkového prostoru štěrbinami.

Štěrbina při použiti excentricky umístěné vstřikovací trysky je opatřena do svojí poloviny délky od hlavy pístu zkosením.

U dvoubunkového prostoru je zkosení zhotoveno vždy ne jednom výběžku, ke kterému je vyosene_vvstřikovecí tryska.

U tříbunkového prostoru je zkogení zhotoveno na-všech výběžcích. Dvoubugkový prostor gé umístěnou osu první buňky a osu druhé buňky od středu pistu v takové vzdálenosti, které průnikem r.otace tvořivá čáry,, první buňky a rotace tvořivá čáry druhá buňky tvgří štěrbinu spalovacího motoru.

Tříbugkový prostor má ^místěnou osu první buňky, osu druhá buňky .a oau třetí buňky od středu píp tu V taková vzdálenosti, která tvgří průnikem rotace tvořivý čáry první buňky i tvořivá čáry druhá buňky a tvořivá čáry třetí buňky stejná štěrbiny,.

Vynález se týká spalovacího prostora vznětových motorů, umístěného v pístu motoru s přímým vstřikem paliva ze vstřikovací trysky do tohoto spalovacího prostoru.

Uspořádání přímého vstřiku paliva ze vstřikovací trysky do spalovacího prostoru se Všeobecně označuje názvem Přímý vstřik. Litrový výkon vznětového motoru e měrné spotřeba paliva závisí hlavní na stupni využití vzduchové náplně válce při rychlém smísení se vzduchem a kvalitě spálení vstřiknutého paliva do spalovacího prostoru při dodržení požadavků na hodnoty kouře a exhalací, které jsou vymezeny národními i mezinárodními předpisy.

Tvořeni směsi paliva se vzduchem obyčejně při současném hoření, jak je známo, probíhá u vznětového motoru dvojím způsobem. První způsob spočívá v tom, že pelivo vstřiknuté do spalovacího prostoru se přímo misí s pohybujícím se vzduchem. Druhý způsob spočívá v tom, že palivo je nestříknuto na horkou stěnu spalovacího prostoru, dojde k jeho odpaření a smísení s pohybujícím se vzduchem. Obyčejně se při tvoření směsi uplatňují oba uvedené způsoby současně, přičemž u některých motorů převládá první způsob vstřikování paliva větěím počtem výstřikových otvorů trysky do stlačeného vzduchu ve spalovacím prostoru. U jiných motorů převládě druhý způsob při tangenciálním nástřiku peliva ne stěnu spalovacího prostoru z bezprostřední blízkosti, a to obyčejně jedním otvorem.

Spalovací prostor mé obvykle tvar rotačního válce s obecným tverem točivé čáry, popři« pádě má jiný tvar jednobuňkového prostoru. Hlavním problémem tohoto způsobu tvoření směsi je rychlé odpaření peliva a dokonalé smísení se vzduchem. Poněvadž palivo nestříknuté na stěnu spalovacího prostoru obvykle jedním otvorem trysky pokryje poměrně malou čést povrchu spalovacího prostoru, je zapotřebí pro tvorbu směsi velmi rychlého pohybu vzduchu vzhledem ke stěně spalovacího prostoru. Vír vzduchu ve spalovacím prostoru je vyvolán pomocí Šroubového nebo tangenciálního kanálu, přičemž urychlení vstupu náplně do válce mé za následek snížení množství nesátého vzduchu a stupeň využití vzduchu pro spálení paliva je snížen.

Výěe uvedená nedostatky jsou odstraněny spalovacím prostorem vznětových motorů podle vynálezu, vytvořeném v pístu motoru pro přímý vstřik paliVe z centricky nebo z excentricky umístěné vstřikovací trysky. Podstata vynálezu spočívá v tom, že spalovací prostor je vytvarován do stejných rotačních válců vícebuňkového prostoru, propojeného jednak mezi prvni buňkou a druhou buňkou dvoubuňkového prostoru štěrbinou a jednak mezi první buňkou, druhou buňkou a třetí buňkou tříhuňkového prostoru štěrbinami, štěrbina při použití excentricky umístěné vstřikovací trysky je opatřena do svojí poloviny délky od hlavy pístu zkosením.

U dvoubuňkového prostoru je zkoseni zhotoveno vždy na jednom výběžku, ke kterému je vyosene vstřikovací tryska. U tříbuňkového prostoru je zkosení zhotoveno na věech výběžcích. Dvoubuňkový prostor má umístěnou osu první buňky a osu druhé buňky od středu pistu v takové vzdálenosti, které průnikem rotace tvořivé čáry první buňky a rotace tvořivé čáry druhé buňky tvoři štěrbinu spalovacího prostoru. Tříbuňkový prostor mé umístěnou osu prvni buňky, osu druhé buňky a osu třetí buňky od středu pistu v takové vzdálenosti, které tvoří průnikem rotace tvořivé čáry první buňky, tvořivé čáry druhé buňky a tvořivé čáry třetí buňky stejné štěrbiny.

Výhodou uspořádání spalovacího prostoru vznětových motorů podle vynálezu je, že do jeho vytvarovaného vícebuňkového prostoru, propojeného po celé jeho hloubce rozměrem štěrbiny nebo rozměry;:štěrbin, je tangenciálně zaváděn paprsek paliva ne jednotlivé stěny bunfik, kde palivo se prostřednictvím uvedených paprsků paliva rozprostře ne větší ploše, čímž dojde k jeho rychlejšímu odpaření i k promísení se vzduchem a k rychlému shoření. Přitom úměrně k větší ploše spalovacího prostoru pokryté palivem nejsou kladeny tak velké néroky na rychlý pohyb vzduchu, zlepší se smísení paliva se vzduchem při větším množství nasátého vzduchu, tj. při vyšší dopravní činnosti. Při nástřiku paliva jedním nebo více paprsky paliva do jedné nebo části počtu buněk vznikne tzv. dvojstupňové spalování, které probíhá tak, že část paliva shoří v buňce nebo buňkách, do nichž je vstřik proveden, a zbývající část paliva je vypuzena do-další buňky nebo buněk, kde toto palivo shoří.

Tentó způsob spalování mé význam pro snížení obsahu kysličníků dusíku ve výfukových plynech.

Další výhodou vicebuňkového spalovacího prostoru je možnost použití převážně druhého způsobu tvorby směsi pro větěí objemy válců motoru než u známého jednobuňkového prostoru. Tedy vícebuňkové spalovací prostory zajistí hlavně dosažení vyěěího litrového výkonu, nižší měrné spotřeby paliva a nižSl hodnoty kouřivosti vznětových motorů.

Na jednotlivých připojených vyobrazeních jsou znázorněna jednotlivá provedení spalovacího prostoru vznětových motorů podle vynálezu, kde jsou vyznačeny na obr. 1 boční řez dvou buňkovým prostorem, na obr. 2 dvoubuňkový prostor s excentricky umístěnou vstřikovací tryskou se dvěma paprsky paliva, na obr. 3 dvoubuňkový prostor s centricky umístěnou vstřikovací tryskou se čtyřmi paprsky paliva, na obr. 4 boční řez tříbuňkovým prostorem, na obr. 5 tříbuňkový prostor s excentricky umístěnou vstřikovací tryskou se třemi paprsky paliva a na obr. 6 tříbuňkový prostor s centricky umístěnou vstřikovací tryskou se čtyřmi paprsky paliva.

Jako první příklad vícebunkového prostoru 8 jsou uvedeny první buňka 2 a druhé buňka 2 dvoubuňkového prostoru. První buňka 2 a druhé buňka 2 dvoubuňkového prostoru jsou umístěny v pístu £. První buňka 2 a druhá buňka 2 dvoubuňkového prostoru jsou vytvořeny do tvaru dvou rotačních válců, jejichž povrch stěn je například vytvořen rotací tvořivé čáry ± pevní buňky 2 a tvořivé čáry R druhé buňky 2 kolem osy 6 první buňky 2 a osy 2 druhé buňky 2· Obvykle jednotlivé buňky vicebuňkového prostoru 8 mají stejný tvar. Vícebuňkový prostor 8 může být s výhodou umístěn souměrně ke středu pístu 1, přičemž příčné osa 2 pistu i představuje osu pístního čepp a podélné osa motoru IR je na ni kolmé. Průsečík obou uvedených os je středem pístu X, kterým je též vedena svislá osa 11 pístu X, které je totožná a válcem 12. V tomto příkladu průměr buňky 13 je stejný jako vzdálenost osy 6 první buňky 2 a osy 2 druhá buňky 2· První buňka 2 a druhá buňka 2 dvoubuňkového prostoru jsou propojeny Štěrbinou 49 po celé hloubce těchto buněk.

Plochy dvou výběžků 16 dvoubuňkového prostoru jsou nejteplejSí místa vicebuňkového prostoru 8. Vozidlové motory mají pro jeden válec 12 obvykle pouze po jednom sacím a jednom výfukovém ventilu, což si vynucuje excentrické uložení vstřikovací trysky 17 tak, že průsečík osy 18 vstřikovací trysky 17 s rovinou hlavy 19 ve vícebuňkovém prostoru 8 leží mimo průsečík roviny hlavy 19 s válcem 12. Proto pro umožnění tangenciálního nestříknutí paprsku paliva 21 na stěnu první buňky 2 a druhé buňky 2 dvoubuňkového prostoru je jen v necelé hloubce výběžku X£ dvoubuňkového prostoru provedeno zkosení 20.

Před tangenciálním nástřikem paprsku paliva na stěny první buňky 2 a druhé buňky 2 dvoubuňkového prostoru je veden vzduch ve vícebuňkovém prostoru 8 ve směru rotačního víru 23 kolem válce 12 a ve směru dílčích rotačních vírů 24 a 25 dvoubuňkového prostoru při kompresi v jednotlivých buňkách a ve směru radiálního proudění 26, které vzniká při dobíhání pístu X do horní ávratl.

Při použití dvou sacích a dvou výfukových ventilů pro jeden válec 12 vznikne předpoklad pro centrické umístění vstřikovací trysky 17 ve středícím průsečíku válce 12. Delší paprsek paliva 22 do první buňky 2 nebo do první buňky 2 a druhé buňky 2 dvoubuňkového prostoru umožňuje tvoření směsi přímým smísením paliva se vzduchem a paprsek paliva 21 le nasměrován tangenciálně na stěny obou buněk 2 a 2 dvoubuňkového prostoru.

Další paprsky paliva 22 mají hlavně význam pro usnadnění startu motoru přímým nástřikem paliva do stlačeného horkého vzduchu a podílí se ne přímém míšení paliva se vzduchem.

Jako alternativní příklad vicebuňkového prostoru 8 jsou uvedeny první buňka XX, druhá buňka X2 a třetí buňka 43 tříbuňkového prostoru a platí pro ně analogický popis jako u první buňky 2 a druhé buňky 2 dvoubuňkového prostoru, takže v další stati budou hlavně uvedeny odlišnosti.

První buňka 41. druhé buňka 42 a třetí buňka 43 tříbuňkového prostoru jsou rovněž vytvořeny ve tvaru tři rotačních válců rotací tvořivé čáry 44 druhé buňky 42. tvořivé čáry 45 první buňky 4) β tvořivé čáry 50 třetí buňky 43 kolem osy 46 první buňky 41. osy 47 druhá buňky 42 a osy 48 třetí buňky 43. První buňka 41. druhé buňka 42 a třetí buňka 43 tříbuňkového prostoru mohou být výhodně umístěny souměrně ke svislé ose 1I pístu 1< Jednotlivé buňky jsou propojeny Štěrbinou 49 po celé hloubce první buňky 41. druhé buňky 42 e třetí buňky 43 tříbuňkového prostoru. Při excentricky uspořádané vstřikovací trysce 17 průměrné volná délka paprsků paliva 21 naatřikovaných na stěny první buňky 41> druhé buňky 42 a třetí buňky 43 tříbuňkového prostoru je větší než v případě první buňky 2 1 druhé buňky J dvoubuňkového prostoru.

V závislosti na různé délce paprsku paliva 21 je odliSný způsob tvorby směsi tak, že u delšího paprsku paliva 21 vzniká větěí podíl přímé tvorby směsi paliva se vzduchem než u paprsku paliva 21 kratšího.

U první buňky 41> druhé buňky 42. třetí buňky 43 tříbuňkového prostoru vznikají jednak rotační vír 23 kolem svislé osy 11 pístu i, jednak v buňkách dílčí rotační víry 53. 54, Sg, tříbuňkového prostoru a jednak při kompresi radiální proudění 26 v jednotlivých buňkách.

Při centrickém umístěni vstřikovecí trysky 17 ve válci 12 se zkrátí průměrná volné délka paprsků paliva 21, přičemž lze např. uspořádat další, paprsek paliva 22 pro přímé míšení paliva se vzduchem, a tím usnadnění startu motoru.

Další variantní provedení mé do první buňky 2 a druhé buňky J dvoubuňkového prostoru usměrněny dve paprsky paliva 21 ve smyslu souhlasném a dva paprsky paliva 21 ve smyslu protichůdném dílčímu rotačnímu víru 24. 25 dvoubuňkového prostoru.

Jiné variantní provedení mé umístěnou vstřikovací trysku 17 v druhé buňce 5 dvoubunkového prostoru a dve paprsky paliva 21 tangenciálně usměrněny ns stěnu druhé buňky J dvoubuňkového prostoru ve smyslu souhlasném i protichůdném vzhledem k rotačnímu viru 25 ve druhé buňce 5 dvoubuňkového prostoru.

Podle předešlého variantního provedení usměrněním dvou paprsků paliva 21 ^do druhé buňky 5 dvoubuňkového prostoru je vytvořeno další variantní provedení, pouze je změněna poloha vstřikovací trysky U daná polohou osy 18 vstřikovecí trysky 12 až u konce tvořivé čáry 5 druhé buňky 2 naproti štěrbině 49. Analogickým způsobem mohou týt usměrněny dalěí paprsky paliva 21 ve smyslu souhlasném nebo opačném tangenciálně na stěnu nebo do volného prostoru vícebuňkového prostoru 8 do jedné, všech, nebo do části několika buněk vícebuňkového prostoru 8. Plochy tří výběžků- 51 tříbuňkového prostoru jsou nejteplejěí místa vícebuňkového prostoru 8.

Pracovní proces ve vícebuňkovém prostoru 8 vznětových motorů podle vynálezu probíhá tímto způsobem; Vzduch je naséván do válce 12 tak, že známým způsobem bu8 prostřednictvím tangenciálního, nebo šroubového sacího kanálu vznikne rotační vír 23 vzduchu kolem válce 12. Rotační vír 23 se během kompresního zdvihu pístu 1 přenáší do vícebuňkového prostoru 8, k němuž se ke konci kompresního zdvihu přidává ještě intenzívní radiální proudění £6.

Tímto způsobem vzniká v relativně malých buňkách vícebuňkového prostoru 8 velmi intenzivní vířeni. Paprsky paliva 21 jsou nastřikovány z jedné vstřikovací trysky 12 tangenciálně ve směru souhlasném s vířením v buňkách na teplé plochy výběžků 15 dvoubuňkového prostoru a výběžků 51 tříbuňkového prostoru, a to do každé buňky nejméně jeden paprsek paliva 21» čímž se rozprostře palivo na poměrně velké ploše, rychle se odpaří, smísí se vzduchem a shoří s vysokou účinnosti, přičemž ještě další paprsek paliva 22 »ůže být vstřikován přímo do vířícího vzduchu.

Spalovací prostor vznětových motorů podle vynálezu lze využívat i při dalším variantním uspořádání, kdy smysl dílčího rotačního víru 53. 54. 55 tříbuňkového prostoru vícebuňko váho prostoru 8 může být i protichůdný smyslu výstřiku paliva na stěnu buněk vícebunkověho prostoru 8.

Jiné alternativní řešení je vytvořeno tak, že u vícebuňkového prostoru 8 je do téže buňky nastřikován jeden paprsek paliva 21 tangenciálně na stěnu buňky souhlasně a druhý paprsek paliva 21. tangenciálně na stěnu buňky proti smyslu dílčích rotačních vírů 24. 25 dvoubuňkového prostoru i dílčích rotačních vírů 24. 25 dvoubuňkového prostoru i dílčích rotačních vírů 5J, 54, 51 tříbuňkového prostoru.

Při nástřiku paliva do první buňky 2 a druhé buňky J dvoubuňkového prostoru současně jedním paprskem pálivé 21 souhlasně a druhým paprskem paliva 21 v protisměru oproti dílčímu rotačnímu víru 24. 25 dvoubuňkového prostoru se těchto zvětší plocha pokryté palivem, a tím se urychlí jeho odpaření a shoření.

Ve variantním řešení dochází k nástřiku pálivé pouze do druhé buňky j dvoubuňkového prostoru paprskem paliva 21 jak ve směru souhlasném, tak ve směru protichůdném oproti dílčímu rotačnímu víru 25· část paliva shoří v prostoru druhá buňky dvoubuňkového prostoru, přičemž druhé část paliva je expanzí, z tohoto prostoru vytlačena do prostoru první buňky 2 dvoubuňkového prostoru, kde hoření pokračuje. Vynález se vztahuje též na další různé kombinace vícebuňkových prostorů 8 a další usměrnění paprsků paliva 21 do jedné nebo více buněk vícebuňkových prostorů 8 ve směru souhlasném nebo protichůdném tangenciál-* ně na stěnu buněk vícebuňkových prostorů 8 nebo volně do těchto prostorů.

Claims (3)

1. Spelovecí prostor vznětových motorů, vytvořený v pístu motoru pro přímý vstřik, paliva z centricky i z excentricky umístěné vstřikovací trysky, vyznačený tím, že je vytvarován do stejných rotačních válců vícebuňkového prostoru (8), propojeného mezi jednotlivými buňkami štěrbinou (49), které navíc při excentricky umístěné vstřikovací trysce (17) je opatřena od hlavy pístu (1) do poloviny délky štěrbiny (49) zkosením (20), zhotoveným ne jednom výběžku (16) dvoubuňkového prostoru a na všech výběžcích (51) tříbuňkového prostoru.

2. Spalovací prostor vznětových motorů podle bodu 1, vyznačený tím, že vícebuňkový prostor (8), vytvarovaný do první buňky (2) a druhé buňky (3) dvoubuňkového prostoru, mé od středu pístu (1) umístěnou osu (6) první buňky (2) a osu (7) druhé buňky (3) v takové vzdálenosti, která vytvoří průnikem rotace tvořivé čáry (4) první buňky (2) a tvořivé čáry (5) druhé buňky (3) štěrbinu (49).

3. Spalovací prostor vznětových motorů podle bodu 1, vyznačený tím, Ze vícebuňkový prostor (8), vytvarovaný do první buňky (41), druhá buňky (42) a třetí buňky (43) tříbuňkového prostoru, má od středu pístu (1) umístěnou osu (46) první buňky (41), osu (47) druhé buňky (42) a osu (48) třetí buňky (43) v taková vzdálenosti, které tvoří průnikem rotace tvořivé čáry (45) první buňky (41), tvořivé čáry (44) druhé buňky (42) a tvořivé čáry (50) třetí buňky (43) stejné štěrbiny (49).