PL242677B1 - Komora wstępnego spalania gazowego silnika iskrowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest komora wstępnego spalania gazowego silnika iskrowego składająca się z korpusu, komory głównej, świecy zapłonowej oraz kanału bądź kanałów wylotowych gazów gorących, w której elektroda zapłonowa (8) świecy zapłonowej umieszczonej w osi wzdłużnej komory głównej (2) znajduje się w takiej odległości od dolnej wewnętrznej ściany komory głównej (2), że łuk elektryczny powstały w wyniku doprowadzenia wysokiego napięcia do świecy zapłonowej występuje w obrębie kanału lub kanałów wylotowych (7), korzystnie w odległości mniejszej lub równej średnicy komory głównej (2) od powierzchni wlotu do kanału lub kanałów wylotowych (7), a cylindryczna ściana boczna stanowi elektrodę uziemiającą.

Description

Przedmiotem wynalazku jest komora wstępnego spalania gazowego silnika iskrowego służącej do zapłonu ładunku palnego w komorze spalania iskrowych silników gazowych zasilanych paliwami gazowymi, zwłaszcza spalających mieszanki ubogie.

Wstępna komora spalania służy do wywołania stabilnego i powtarzalnego procesu zapłonu mieszanki palnej w komorze spalania gazowego silnika iskrowego, zwłaszcza silnika spalającego mieszanki ubogie, przez zainicjowanie procesu zapłonu w oparciu o strumień gorących spalin powstałych w komorze wstępnej na wskutek zapłonu mieszanki palnej od iskry elektrycznej.

Znane są urządzenia, wstępne komory spalania do wytwarzania strumienia gorących gazów służących do zapłonu mieszanek ubogich w głównych komorach spalania iskrowych silników gazowych, w których to urządzeniach mieszanka palna jest doprowadzana do komory wstępnej z głównej komory spalania przez otwór wylotowy gazów zapłonowych a zapłon mieszanki odbywa się od łuku elektrycznego wytworzonego przy użyciu wysokiego napięcia powstałego pomiędzy elektrodami zapłonowymi. W urządzeniach takich ilość mieszanki palnej w komorze wstępnej spalania jest ustalana przez ciśnienie wytworzone przez ruch tłoka w cylindrze silnika oraz wielkość pola przekroju wylotowego gorących gazów spalinowych z komory wstępnej. Urządzenia takie wyposażone są w świecę zapłonową umieszczoną w osi komory wstępnej, w których łuk elektryczny generowany przez urządzenia wysokonapięciowe powstaje pomiędzy elektrodą dodatnią i ujemną świecy zapłonowej w górnej części komory wstępnej spalania. Powoduje to, że zapłon mieszanki palnej rozprzestrzenia się od miejsca zapłonu, umieszczonego w górnej części komory spalania wstępnego, w kierunku kanału wylotowego gazów gorących.

W opisie patentowym US00554908A zapłon mieszanki palnej dostarczonej do komory wstępnego spalania w ilości kontrolowanej przez wartość ciśnienia wytworzonego przez tłok silnika gazowego i wielkość otworu wylotowego gazów gorących odbywa się od łuku elektrycznego powstałego pomiędzy elektrodą świecy zapłonowej i ścianą boczną komory wstępnego spalania działającą jako elektroda uziemiająca. Przy czym elektroda świecy zapłonowej wyposażona jest w przynajmniej jeden iskrownik przesunięty względem osi podłużnej urządzenia. Według autorów wynalazku takie rozwiązanie powoduje zmniejszenie energii zapłonu mieszanek ubogich oraz wydłuża czas pracy świecy zapłonowej.

W opisie US 7922551B2 zapłon mieszanki palnej dostarczonej do komory wstępnej na wskutek ruchu tłoka w cylindrze silnika gazowego odbywa się od świecy zapłonowej umieszczonej w osi komory wstępnej, gdzie łuk elektryczny tworzy się pomiędzy elektrodą a ścianką wewnętrzną komory wstępnej. Ładunek paliwo-powietrze w miejscu zapłonu zostaje zawirowany przez kanały wylotowe gazów gorących z komory wstępnego spalania, które wykonane są pod odpowiednim kątem do osi urządzenia. Zapewnia to wywołanie ruchu łuku elektrycznego, dzięki czemu możliwe jest zmniejszenie ilości energii wyładowania na elektrodach świecy zapłonowej a tym samym zmniejszenie szybkości erozji elektrody. W innym przykładzie wykonania sposobu zapłonu mieszanki w komorze wstępnej autorzy proponują zastosowanie iskrownika o zmiennej wielkości szczeliny przez ukształtowanie końcówki elektrody zapłonowej i/lub końcówki elektrody uziemiającej. Zmienna szczelina iskrowa powoduje zmniejszenie napięcie wymaganego do zapłonu ładunku przy wysokich ciśnieniach roboczych i gwarantuje powtarzalność występowania zapłonów.

Rozwiązanie przedstawione w opisie patentowym US20130160734A1 wprowadza dodatkowy kanał dzięki, któremu możliwe jest doprowadzenie dodatkowej dawki paliwa w okolicę świecy zapłonowej zamontowanej w górnej części urządzenia. W odmianie wynalazku dodatkowe paliwo doprowadzane do komory wstępnego spalania rozdzielone jest na dwa strumienie, strumień dostarczany w okolicę świecy zapłonowej pod kątem do osi wzdłużnej urządzenia oraz strumień doprowadzany prostopadle do osi urządzenia w kanale wylotowym. Według autorów takie rozwiązanie zapobiega powstaniu stref o nadmiernej ilości paliwa i powstawaniu sadzy w kanale wylotowym gazów gorących.

Z publikacja US2012240890 oraz US2016237971 znane są świece zapłonowe silnika spalinowego wewnętrznego spalania, które w korpusie posiadają otwór lub otwory wyr zutowy. Z punktu widzenia efektywności działania wynalazku istotnym okazało się odpowiednie rozmieszczenie otworów wyrzutowych oraz doprowadzanie w obszar występowania łuku elektrycznego pomiędzy elektrodą świecy zapłonowej umieszczonej w osi wzdłużnej urządzenia a cylindryczną ścianą boczną komory wstępnego spalania, dodatkowego paliwa, co mam miejsce przez optymalnie rozmieszczone dysze paliwowe.

Celem wynalazku było opracowanie nowej koncepcji zapłonu mieszanki paliwowej, zwłaszcza mieszanki ubogiej, w komorach wstępnego spalania stosowanych w iskrowych silnikach gazowych, która zapewni stabilny i powtarzalny zapłon mieszanki palnej w głównej komorze spalania gazowego silnika o zapłonie iskrowym w zmiennych warunkach pracy takich jak: obciążenie, stopień doładowania, stopień recyrkulacji spalin, ciśnienie i temperatura gazu paliwowego, ciśnienie i temperatura otoczenia, a także własności fizykochemiczne paliwa.

Idea wynalazku koncentruje się wokół zapłonu mieszanek palnych we wstępnych komorach spalania, zwłaszcza mieszanek ubogich, w silnikach gazowych o zapłonie iskrowym, gdzie mieszanka paliwowo-powietrzna jest wtłaczana do komory wstępnego spalania na wskutek ruchu tłoka w cylindrze silnika. Polega na tym, że łuk elektryczny powstały w wyniku doprowadzenia wysokiego napięcia do świecy zapłonowej umieszczonej w osi wzdłużnej urządzenia występuje w obrębie kanału, lub kanałów wylotowych z komory wstępnego spalania.

Istotą wynalazku jest komora wstępnego spalania z dolnym zapłonem składająca się z korpusu, komory głównej, świecy zapłonowej oraz kanału bądź kanałów wylotowych gazów gorących. Elektroda zapłonowa świecy zapłonowej, umieszczonej w osi wzdłużnej komory głównej, znajduje się w takiej odległości od dolnej wewnętrznej ściany komory głównej, że łuk elektryczny powstały w wyniku doprowadzenia wysokiego napięcia do świecy zapłonowej występuje w obrębie kanału lub kanałów wylotowych. Korzystnie w odległości mniejszej lub równej średnicy komory głównej od powierzchni wlotu do kanału lub kanałów wylotowych. Przy czym cylindryczna ściana boczna stanowi elektrodę uziemiającą. Nadto oś wzdłużna przynajmniej jednego iskrownika świecy zapłonowej umieszczona jest prostopadle do osi wzdłużnej komory wstępnego spalania, a część elektrody zapłonowej umieszczona w osi urządzenia jest pokryta ceramicznym materiałem nieprzewodzącym.

Zapłon zamieszki palnej w obrębie wylotu gazów gorących powoduje rozprzestrzenianie się frontu płomienia wzdłuż osi urządzenia w kierunku wylotu z komory wstępnego spalania oraz w kierunku przeciwnym, co powoduje odbicie się gazów popłomiennych od powierzchni prostopadłej do kanału wylotowego. Efektem tego jest uzyskanie wyższej wartości ciśnienia gazów gorących opuszczających wstępną komorę spalania, co przekłada się na większy zasięg strugi tych gazów i w konsekwencji powoduje bardziej przestrzenny zapłon ładunku w cylindrze silnika. Efektem tego jest uzyskanie wyższej wartości ciśnienia indykowanego, co przekłada się na zwiększenie ilości pracy uzyskanej z jednostki paliwa doprowadzonego do cylindra silnika i komory wstępnego spalania.

Istotnym jest też doprowadzanie w obszar występowania łuku elektrycznego pomiędzy elektrodą świecy zapłonowej umieszczonej w osi wzdłużnej urządzenia a cylindryczną ścianą boczną komory wstępnego spalania, dodatkowego paliwa, co mam miejsce przez dysze paliwowe umies zczone na obwodzie komory wstępnego spalania pod kątem w zakresie od 20 do 45° do osi wzdłużnej komory, korzystnie w odległości mniejszej lub równej średnicy komory głównej urządzenia od powierzchni wlotu do kanału/kanałów wylotowych gazów gorących.

Wynalazek w przykładzie wykonania pokazano rysunku, na którym, fig. 2 i fig. 3 gdzie przedstawiony został wynalazek z doprowadzeniem dodatkowego gazu paliwowego do komory głównej komory wstępnego spalania. Fig. 1 przedstawia porównawczo znaną w stanie techniki świecę z pojedynczym kanałem wylotowym.

Komora wstępnego spalania z dolnym zapłonem składa się z korpusu 1, komory głównej 2, świecy zapłonowej 3, której elektroda pokryta jest materiałem ceramicznym 8 oraz kanału albo wariantowo kanałów wylotowych gazów gorących 7. W obszar zapłonu doprowadzana jest dodatkowa ilość paliwa komora wstępnego spalania wyposażona jest w kolektor gazu paliwowego 4 wraz z króćcem przyłączeniowym 5 oraz kanały transportowe gazu paliwowego 6 umieszczone w przykładzie pod kątem 45° do osi wzdłużnej komory.

Długość komory oraz średnica komory wstępnego spalania jest dostosowana do wymagań silnika gazowego. Komora wstępnego spalania w zależności od potrzeb może być wykonana z różnych materiałów począwszy od stali węglowych, stali stopowych poprzez różnego rodzaju stopy metali, a skończywszy na stalach żaroodpornych.

Odpowiednią masę ładunku doprowadzanego do komory wstępnego spalania uzyskuje się poprzez odpowiedni dobór średnicy kanału albo kanałów wylotowych 7 gazów gorących do wartośc i ciśnienia panującego w cylindrze silnika. Po napełnieniu komory wstępnej mieszanka palna zostaje zapalona poprzez wytworzenie łuku elektrycznego pomiędzy elektrodą świecy zapłonowej 3 a powierzchnią wewnętrzną korpusu komory wstępnego spalania 1. W wyniku dostarczenia energii zachodzi zapłon

PL 242677 BI mieszanki palnej we wstępnej komorze spalania, a czoło płomienia rozprzestrzenia się w kierunku zgodnym i przeciwnym do kierunku wylotu z komory wstępnego spalania. W wyniku czego część gazów popłomiennych natychmiastowo opuszcza komorę wstępnego spalania, natomiast druga część strumienia gazów popłomiennych odbija się od ściany górnej komory wstępnego spalania i z pewnym opóźnieniem poprzez kanał albo kanały wylotowe 7 gazów gorących dostarczana jest cylindra silnika gazowego. Takie rozwiązanie zapewnia wydłużenie czasu wtrysku gorących gazów popłomiennych do cylindra silnika, większe zawirowanie mieszanki palnej i w konsekwencji bardziej przestrzenny zapłon ładunku.

Claims (1)

1. Komora wstępnego spalania gazowego silnika iskrowego składająca się z korpusu, komory głównej, świecy zapłonowej oraz kanału bądź kanałów wylotowych gazów gorących, znamienna tym, że elektroda zapłonowa (8) świecy zapłonowej (3) umieszczonej w osi wzdłużnej komory głównej (2) znajduje się w takiej odległości od dolnej wewnętrznej ściany komory głównej (2), że łuk elektryczny powstały w wyniku doprowadzenia wysokiego napięcia do świecy zapłonowej (3) występuje w obrębie kanału lub kanałów wylotowych (7), korzystnie w odległości mniejszej lub równej średnicy komory głównej (2) od powierzchni wlotu do kanału lub kanałów wylotowych (7), a cylindryczna ściana boczna stanowi elektrodę uziemiającą, przy czym oś wzdłużna przynajmniej jednego iskrownika świecy zapłonowej (8) umieszczona jest prostopadle do osi wzdłużnej komory głównej (2), a część elektrody zapłonowej umieszczona w osi urządzenia jest pokryta ceramicznym materiałem nieprzewodzącym, nadto posiada dodatkowe kanały transportowe gazu paliwowego (6), umieszczone na obwodzie komory głównej (2) pod kątem w zakresie 20 do 45° do osi wzdłużnej komory głównej (2) korzystnie w odległości mniejszej lub równej średnicy komory głównej (2) od powierzchni wlotu do kanał lub kanałów wylotowych (7).