PL56546B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest silnik wysokoprezny z samozaplonem, którego komora spalania wyposazona jest we wkladki izolacyjne zmniejszajace odplyw ciepla z komory spalania.W celu uzyskania wysokiej sprawnosci oraz du¬ zej predkosci obrotowej silników wysokopreznych z samozaplonem dazy sie do uzyskania takich wa¬ runków w komorze spalania, które zapewniaja najlepsze rozpylenie paliwa, mieszanie go z po¬ wietrzem oraz jak najszybszy zaplon. W tym celu komora spalania ksztaltowana jest w sposób po¬ wodujacy intensywne zawirowanie powietrza, a tym samym dobre wymieszanie paliwa i powie¬ trza, przy czym w celu uzyskania wysokiej tem¬ peratury sprezonego powietrza i elementów ota¬ czajacych komore spalania sa stosowane wkladki zaroodporne.Znane sa równiez silniki z samozaplonem wypo¬ sazone w polaczone z cylindrem za pomoca otwo¬ rów szczelinowych komory wstepne, do których wtryskiwane jest paliwo w koncu suwu spreza¬ nia, a po spaleniu go spaliny przeplywaja z duzy¬ mi predkosciami do cylindra, powodujac wskutek zawirowania dobre wymieszanie niespalonej czesci paliwa z powietrzem i jego dopalanie sie w cy¬ lindrze.Znane sa równiez silniki z komorami wirowymi umozliwiajace intensywne wirowanie powietrza doprowadzonego do komory w celu dobrego wy¬ mieszania go z wtryskiwanym równoczesnie do komory paliwem.W celu niedopuszczenia do gwaltownego spala¬ nia wodoru zawartego w paliwie a doprowadzenia do odparowania paliwa i w miare mozliwosci nie objetego rozpadem, zastosowano ostatnio równiez tloki zaopatrzone w czesci czolowej w kulista ko¬ more spalania oraz z wtryskiwaczem nachylonym skosnie do powierzchni czolowej tloka, pokrywa¬ jacy cienka warstwa wtrysnietym paliwem komo¬ re spalania, dzieki czemu uzyskuje sie szybkie od¬ parowanie paliwa przed objeciem go samozaplo¬ nem. Dzieki tym cechom uzyskano odpowiednio miekka prace silnika, zwiekszenie jego predkosci obrotowej oraz silnik ten nie jest wrazliwy na jakosc paliwa napedowego.Badania które doprowadzily do wynalazku wy¬ kazaly jednak, ze mozna uzyskac dalsze podnie¬ sienie sprawnosci i skrócenie cyklu pracy silnika, umozliwiajace wzrost jego predkosci obrotowej przez odizolowanie cieplne komory spalania od otaczajacej ja masy tloka i glowicy, wskutek cze¬ go w czasie pracy silnika mozna uzyskac wewnatrz komory spalania wyzsza temperature sprezonego 25 powietrza rzedu 700°C) i wysoka temperature scianek komory zapewniajaca rozpoczecie sie pro¬ cesu samozaplonu wtrysnietego paliwa w bardzo krótkim czasie.Równoczesnie przez oddzielenie cieplne komory 30 spalania umieszczonej w tloku, zabezpiecza sie 10 15 20 565463 56546 4 tlok przed znieksztalceniami powstalymi na sku¬ tek dzialania na niego wysokich temperatur. Dal¬ sze badania wykazaly równiez, ze dodatkowy efekt sprzyjajacy mieszaniu sie paliwa z powietrzem mozna uzyskac przez zastosowanie rozpylacza pa¬ liwa, osadzonego na czolowej czesci tloka który w czasie przejscia tloka przez górny martwy punkt znajduje sie w bliskiej odleglosci od wylotu wtry¬ skiwacza. W czasie pracy silnika wtrysniete paliwo skierowane jest na rozgrzana glówke rozpryskiwa- cza na której ulega czesciowemu odparowaniu, a ?y^ska struga paliwa rozszczepiona zostaje na sze¬ roki kolowy strumien obejmujacy cala komore.Przez zastosowanie rozpryskiwacza uzyskuje sie dobre rozpylenie wtrysnietego paliwa i wymiesza¬ nie go z powietrzem, przy czym nie zachodzi po¬ trzeba stosowania zbyt wysokich cisnien paliwa do wtryskiwacza.Nalezy zwrócic uwage, ze na glówce rozpryski¬ wacza paliwo sie nie pali z powodu braku w tym miejscu powietrza, a tym samym glówka nie ule¬ ga nagrzewaniu w czasie trwania wtrysku, a na¬ wet cieplo z niej jest odbierane na skutek paro¬ wania i obmywania ja chlodnym paliwem.Silnik wysokoprezny z samozaplonem wedlug wynalazku w którym tlok albo glowica jest wy¬ posazona w tego rodzaju komore spalania, zapew¬ nia dzieki temu znaczne skrócenie cyklu spalania, umozliwiajac podwyzszenie predkosci obrotowej, a wiec równiez odpowiednie zmniejszenie jego cie¬ zaru, a równoczesnie zmniejszenie strat cieplnych, a tym samym wzrost sprawnosci silnika. Ponadto okazalo sie, ze bedace przedmiotem wynalazku od¬ dzielenie komory spalania od tloka i glowicy war¬ stwa izolacyjna zwieksza równiez znaczenie zy¬ wotnosci tych elementów, jak równiez umozliwia zastosowanie do napedu silnika paliwa o mniejszej liczbie cetanowej, a tym samym zwiekszenie jego uniwersalnosci i obnizenie kosztów eksploatacyj¬ nych.Wynalazek jest przykladowo wyjasniony na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia czesciowy przekrój przez cylinder i tlok wysokopreznego sil¬ nika czterusowowego z samozaplonem, fig. 2 po¬ dobny przekrój wysokopreznego silnika niewypo- sazonego w rozpryskiwacz paliwa^ a fig. 3 — sil¬ nik wysokoprezny dwusuwowy z komora uksztal¬ towana w glowicy.Silnik przedstawiony na fig. 1 jest zaopatrzony w komore spalania umieszczona w tloku 10 z wkladka 1 z materialu zaroodpornego. Miedzy sciankami wkladki 1,, a powierzchnia tloka 10 znajduje sie warstwa izolacyjna 2, najkorzystniej z materialu mikamitowego lub ceramicznego, któ¬ ra jest tak uksztaltowana, ze mozliwie calkowicie oddziela powierzchnie wkladki 1 od masy tloka 10. W srodku komory 9 w podniesionej czesci wkladki zaroodpornej 1, osadzony jest rozpryski¬ wacz paliwa 3 wykonany w ksztalcie wkretu z zaostrzona glówka i jest wykonany ze stali zaro¬ odpornej.Dzialanie silnika wysokopreznego z samozaplo¬ nem wedlug wynalazku, zaopatrzonego w opisana wyzej komore spalania jest nastepujacy.Po ustaleniu sie rozkladu temperatur wewnatrz cylindra 11 praca silnika ma przebieg nastepujacy.W poczatkowej fazie suwu ssania, przedostajace sie do wnetrza cylindra 11 powietrze nie wplywa 5 w zasadzie do wnetrza komory spalania 9 w tloku 10, gdyz jest ona czesciowo oddzielona od cylindra 11 zwezonym kolnierzem i wypelniona pozostalos¬ cia spalin o wysokiej temperaturze. Wskutek tego wyeliminowane zostaje szkodliwe zjawisko powo- !0 dujace zmniejszanie napelniania cylindra, które mialoby miejsce w przypadku bezposredniego ze¬ tkniecia ogrzanych do wysokiej temperatury scia¬ nek komory spalania z zasysanym powietrzem.W czasie suwu sprezania zawarte wewnatrz cy¬ lindra 11 powietrze w miare wzrostu cisnienia ogrzewa sie i wnika do wnetrza komory spalania 9 przy czym wskutek odizolowania cieplnego tej komory za pomoca warstwy izolacyjnej 2 od ma¬ sy tloka, utrzymana zostaje wewnatrz niej wyso¬ ka temperatura rzedu 700°C, której pulsacja za¬ lezy od wzajemnego stosunku pojemnosci cieplnej wkladki 1 wraz z warstwa izolacyjna 2 i pojem¬ nosci komory 9.Podczas suwu sprezania powietrze przeplywa z cylindra 11 do komory spalania 9 przez zwezony przekrój wlotowy, nabywa, tam duzej predkosci i zmienia kierunek, na skutek tego ulega ono in¬ tensywnemu wirowaniu w komorze 9 a tym sa¬ mym wymieszaniu z paliwem.W koncowej fazie suwu sprezania w której pra¬ wie calkowita ilosc zassanego powietrza znajduje sie w komorze 9, nastepuje wtrysk paliwa przez otwór wtryskiwacza 7, przy czym juz pierwsze przedostajace sie do wnetrza komory 9 czasteczki paliwa ulegaja wskutek zetkniecia sie z rozgrza¬ nym powietrzem i katalicznego oddzialywania roz¬ zarzonych scianek wkladki 1, w krótkim czasie za¬ paleniu sie.Przez doprowadzenie w znacznym stopniu do przyspieszenia zapalenia wtrysnietego paliwa, w takim stopniu zmniejsza sie nagromadzenie paliwa w komorze spalania paliwa nie objetego samoza¬ plonem t a tym samym nie dochodzi do rozkladu paliwa i jego stukowego spalania, a osiaga sie miekka prace silnika i podnoszenie sie jego spraw¬ nosci. .Tworzace sie wewnatrz komory spalania 9 roz¬ grzane spaliny, pod wysokim cisnieniem wyplywa¬ ja przez otwór kolnierzowy do cylindra 11, powo¬ dujac przesuwanie sie tloka 10 realizujac suw pra¬ cy. Równoczesnie zmieniajacy sie wskutek wyply¬ wu przez otwór kierunek spalin, powoduje inten¬ sywne mieszanie niespalonych jeszcze czasteczek paliwa i czasteczek powietrza, a tym samym do¬ konczenie procesu w trakcie poczatkowego suwu pracy, przyczyniajac sie do calkowitego spalania, a tym samym do niedymienia spalin i podniesie¬ nia sprawnosci silnika. Dalszemu zwiekszeniu sprawnosci silnika sprzyja ponadto zmniejszanie stnat cieplnych zarówno przez promieniowanie jak i pTzez przewodnictwo, wskutek zastosowania war¬ stwy izolacyjnej 2 ekranujacej wkladke 1 i komo¬ re spalania 9 o wysokiej temperaturze od tloka 10, co umozliwia równiez w przypadku silników o 30 35 40 45 50 55 6056546 6 mniejszej mocy zastosowanie chlodzenia powie¬ trzem.Znaczne skrócenie procesu spalania uzyskane dzieki opisanemu wyzej jego przebiegowi, a zwlaszcza zaplonowi — rozpoczynajacemu sie juz w chwili przedostania sie pierwszych jego czaste¬ czek do wnetrza komory spalania 9 umozliwia znaczne skrócenie cyklu pracy silnika, wzrost jego predkosci obrotowej i odpowiednie zmniejszenie ciezaru.Silnik wysokoprezny czterosuwowy z samoza¬ plonem przedstawiony na fig. 2 rózni sie w swej konstrukcji od wyzej opisanego silnika tym, ze komora spalania 9a znajduje sie w tloku, posiada wiecej zwezony wylot a tlok nie jest wyposazony w rozpryskiwacz paliwa, to tez w tym silniku jest pozadany rozpylacz paliwa wytwarzajacy szeroki strumien.Zjawiska które wystepuja w czasie pracy tego silnika sa analogiczne do wyzej opisanego, przy czym wtrysnie/te paliwo zapala sie w krótkim cza¬ sie od rozgrzanego do wysokiej temperatury po¬ wietrza oraz od wkladki zaroodpornej la.Odmiana wysokopreznego silnika dwusuwowego wedlug wynalazku przedstawiona na fig. 3, rózni sie od wyzej opisanych tym, ze wkladka Ib i utworzona wewnatrz niej komora spalania 9b jest umieszczona we wnetrzu odpowiednio uksztalto¬ wanej czesci glowicy 13, przy czym wkladka ta jest oddzielona od masy glowicy 13 za pomoca warstwy izolacyjnej 2b, Natomiast denko tloka ma jedna czesc plaska w postaci pierscienia, a w srodku znajduje sie wystajaca czesc 17 o ksztal¬ cie stozka która wchodzi w czasie suwu tloka w górnym polozeniu przez wylot do wnetrza komory spalania 9b, przy czym zamyka wylot z komory spalania 9b. Wystajaca czesc denka 17 zabezpieczo¬ na jest od wplywu wysokich temperatur panuja¬ cych w komorze spalania 9b przy pomocy wkladki zaroodpornej 4 która oddzielona jest cieplnie od masy tloka za pomoca warstwy izolacyjnej 5, przy czym na wierzcholku czesci wystajacej denka 17 umieszczony jest rozpryskiwacz paliwa 3a, któ¬ ry w swym korzystnym polozeniu mocuje równiez wkladke Ib do tloka.Zjawiska zachodzace w czasie pracy tego silnika sa analogiczne do wyzej opisanych z ta róznica, ze proces spalania nastepuje (zwlaszcza w jego poczatkowej fazie) we wnetrzu komory 9b umiesz¬ czonej w glowicy 13. W silniku tym dodatkowym czynnikiem sprzyjajacym do intensywnego zawi¬ rowania powietrza w komorze spalania jest po¬ wstajaca w czasie ruchu tloka szczelina pomiedzy wystajaca czescia denka a wylotem z komory, któ¬ ra równiez sprzyja wymieszaniu niespalonych cza¬ steczek paliwa z powietrzem.Komora spalania 9 usytuowana w tloku 10 wy¬ konana moze byc w ten sposób, ze do formy tloka przed jego odlaniem wstawiona zostaje uprzednio przygotowana wkladka zaroodporna 1 wraz z warstwa izolacyjna 2 i zostaje odlana razem z tlo¬ kiem. Komora spalania A moze byc wykonana równiez w ten sposób, ze tlok 10 jest odlany z wneka w ksztalcie walca, (oznaczona na rysunku linia przerywana 6) do której wstawiona jest przy¬ gotowana wkladka zaroodporna 1 z warstwa izo¬ lacyjna 2 i nastepnie umocowana za pomoca pier¬ scienia wykonanego z identycznego materialu jaki ma tlok. 5 Równiez w podobny wyzej opisany sposób wy¬ konana moze byc komora spalania 9a silnika przedstawionego na fig. 2.Komora spalania 9b silnika przedstawionego na fig. 3 wykonana jest w wnece odpowiednio io uksztaltowanej czesci glowicy 13, w której osadzo¬ na jest wkladka zaroodporna wraz z warstwa izo¬ lacyjna 2b i przykrecona zostaje pierscieniem 15 do glowicy 13. Wkladka zaroodporna 4 osadzona jest na wystajacej czesci denka 17 i umocowana 15 do tloka za pomoca wkretów 18 oraz przez roz¬ pryskiwacz paliwa 3a.Przykladowe rozwiazanie konstrukcyjne silnika wysokopreznego z samozaplonem przedstawione na rysunku nie ogranicza oczywiscie w niczym wy- 20 nalazku i innych mozliwych jego rozwiazan po¬ legajacych na przyklad na tym, ze wkladka 1 lub Ib moze byc w inny sposób przymocowana wtopio¬ na lub osadzona w tloku 10 lub glowicy 13, jed¬ nak w kazdym przypadku oddzielono ja od masy 15 tloka lub glowicy warstwa izolacyjna 2, 2a, 2b.Silnik wysokoprezny z samozaplonem wedlug wynalazku moze znalezc zastosowanie jako silnik stacjonarny, trakcyjny lub okretowy, ponadto opi¬ sana konstrukcja komory spalania moze znalesc 30 zastosowanie równiez do silników niskopreznych z wtryskiem paliwa. PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 35 1. Silnik wysokoprezny z samozaplonem, wyposa¬ zony w znajdujaca sie wewnatrz tloka lub glo¬ wicy komore spalania polaczona z przestrzenia cylindra, znamienny tym, ze' ma komore spa¬ lania (9) utworzona wewnatrz wkladki (1) u- 40 mieszczonej w czolowej czesci tloka (10) lub w czesci glowicy (13) i oddzielona od tloka lub glowicy za pomoca warstwy (2, 2a, 2b, 4) mate¬ rialu izolacyjnego, zapewniajacej utrzymanie wysokiej temperatury wewnatrz komory (9, 9a, 45 9b) lub ochraniajac tlok przed wplywami wy¬ sokich temperatur. 2. Silnik wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze wkladka (1, la) z komora spalania (9, 9a) jest osadzona w tloku (10). 3. Silnik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze we¬ wnatrz komory spalania (9, 9b) lub na denku tloka znajduje sie przymocowany rozpryskiwacz (3, 3a) z glówka ustawiona na przeciw wtrys- kiwacza (7). 4. Odmiana silnika wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jego glowica (13) lub tlok sa zaopatrzo¬ ne we wkladke zaroodporna (Ib, 4) oddzielona od glowicy lub tloka za pomoca warstwy izo- 60 lacyjnej (2b, 5). 5. Odmiana silnika wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze wkladka (Ib) z komora (9b) jest osa¬ dzona w glowicy (13). 6. Odmiana silnika wedlug zastrz. 1, znamienny 65 tym, ze wkladka (4) jest osadzona na tloku (17). 50 55KI. 46 a*, 54 56546 MKP F 02 b ng.1 Fig.

2 Fig.

3 WDA-1. Zam. 1279. Naklad 310 egz. PL