Pierwszenstwo: 01.11.1965 Niemiecka Republika Demokratyczna Opublikowano: 30.04.1974 69030 KI. 46a,7/06 MKP F02b 7/06 Twórca wynalazku: Dietrich Kramer Wlasciciel patentu: VEB Dieselmotorenwerk Schonebeck, Schónebeck (Niemiecka Republika Demokratyczna) Silnik spalinowy z bezposrednim wtryskiem paliwa i zaplonem uzyskiwanym za pomoca sprezania Przedmiotem wynalazku jest silnik spalinowy z bezposrednim wtryskiem paliwa i zaplonem uzy¬ skiwanym za pomoca sprezania, w którym srodek ciezkosci komory spalania wzglednie os komory spalania lezy w osi cylindra lub usytuowana jest w poblizu osi cylindra.W znanych silnikach spalinowych strumienie pa¬ liwa doprowadzane sa do cylindra za pomoca wielootworowej dyszy z asymetrycznym ustawie¬ niem otworów wtryskowych, przy czym strumienie paliwa kierowane sa poprzecznie w stosunku do wiru obowodowego powietrza. Punkt srodkowy dy¬ szy wtryskowej umieszczony jest przewaznie w osi komory spalania, przy czym kierunek wtrysku strumieni paliwa jest tak dobrany, ze wszystkie strumienie paliwa posiadaja przyblizone jednakowe dlugosci, dzieki czemu podlegaja jednakowym wa¬ runkom wytwarzania mieszanki.W tych warunkach os strumienia mieszanki pa¬ liwowej wynikajaca z przedluzenia osi otworów dyszy wtryskowej przebiega w komorze spalania poprzecznie w stosunku do ruchu okreznego ga¬ zów. Taki uklad strumienia paliwa tworzy od kazdej osi otworu wtryskiwacza stozkowe uksztal¬ towanie rozpylonej mieszanki, przy czyni wielkosc czastek rozpylonego paliwa od osi cylindra do jego scianki jest prawie jednolita, a czesc paliwa, ze wzgledu na zbyt duza szybkosc wtryskowa i mala odleglosc od scianki cylindra osiada na niej i nie spala sie, przy czym ociekajace skroplone 10 15 25 30 paliwo powoduje splukiwanie oleju smarujacego tlok i cylinder.Wada tego sposobu jest równiez to, ze w wyniku jednakowych warunków tworzenia sie mieszanki dla wszystkich strumieni paliwa powstaja wspom¬ niane stozki wypelnione mieszanka oraz puste miedzystozkowe przestrzenie, na skutek czego powstaja stosownie do ilosci otworów wtryskowych osobne ogniska zaplonowe, które wzajemnie na siebie oddzialywuja, w wyniku czego traci sie znaczna ilosc energii spowodowana przeciwkie- runkowym dzialaniem ognisk i wystepuje halasli¬ we spalanie mieszanki.Znany uklad posiada równiez i te wade, ze wy¬ mienione stozkowe strumienie rozpylonej mieszan¬ ki paliwowej otoczone sa powietrzem na skutek czego na powierzchni stozków nastepuje szybkie odparowywanie mieszanki i szybkie mieszanie sie z otaczajacym powietrzem, podczas gdy wewnetrz¬ na, stozkowa warstwa mieszanki nie jest dosta¬ tecznie przesycona powietrzem, co przyczynia sie do nierównomiernego i niecalkowitego jej spalania, Sposób ten nie pozwala równiez na zwieksze¬ nie szybkosci wiru obowodowego powietrza.Znany jest równiez sposób wtrysku paliwa do komory spalania, w którym strumien powietrza prowadzony jest po obwodzie komory spalania poprzecznie do kierunku strumieni paliwowych* przy którym to sposobie srodek ciezkosci wtrysnie- tej drobiny mieszanki przez dysze wtryskowa 69 0304*4211 3 usytuowany jest poza osfe komory spalania. Dzieki temu sposobowi osiagane sa rózne dlugosci stru¬ mieni paliwa, które powoduja zlokalizowane miejsca spalania. WediUg tego sposobu zaplon powstaje od strumienia paliwa o najmniejszej wolnej dlugosdt w momencie gdy jest on skiero¬ wany w kierunku otwofcu komory spalania.W tym ukladzie jedna* czesc paliwa wtryskiwa¬ na jest przeciwko pradowi rozdrabniajacego po¬ wietrza, w wyniku czego powstaje szybkie od¬ parowanie i miejscowe' wzbogacenie mieszanki, podczaó gdy wszystkie pozostale stttaiafraffia paliwa uzyskuja niekorzystne warunki spajania! m wzgle¬ du na niekorzystny, poprzeczny do fftttffra obroto¬ wego powietrza, kierunek strumienia paliwa w komorze spalajacej. Szczególnie niekorzystnie od¬ dzialuje krótki okres zaplonu na zwiekszenie wirowania obwodowego powietrza, poniewaz plyn¬ ne paliwo tryska przez plomien, co doprowadza do wytwarzania sie usaou sartzy.Celem wynalazku jest usuniecie wyzej wymie¬ nionych wad i uzyskanie wysokiej szybkosci wi¬ rowej powietrza, uzyskanie zaplonu rozpylonego paliwa w jednym okreslonym punkcie, uzyskanie jednolitej mieszaniny paliwa z powietrzem oraz uzyskanie opóznienia zaplonu w dalszej czesci ko- ffiOfypgHwowej l WótKiego dkreso spalania w tej¬ ze czesci komory.Cel ten uzyskano dzieki konstrukcji komory spa¬ lania, w której zg4#H!* ± il^dMAMto ^Tdhiiotty strumien paliwowy pada na scianfcaj komorny aa* lania na tej samej wysokosci co i dwa strumienie pozostale a jego czesc stozkowa dotyka najgo¬ retszej strefy spalania lub strefy z nia granicza¬ cej, przy czym komora spalania znajduje sie w trftlru Itro w jfówfcy cyllftdra, która jetft letk uksztaltowana, ze w momencie znajdowania sie troka V góiliyih ittaftlAtym polozeniu pfty suwie sflr^*fttecym, miesci sie; w komorze cala ttó#£ zas¬ sanego p0*rtetfza spalania, któremu uprzednio za póftiOca znanych srodków, zwlaszcza w czatiie suwu ssirnla riadany jest ruch wirowy wokól osi komory spalania, przy Kiuryin aysza wirysKowa znajauje sfC potniemy osia komory spalania a najwieksza srednica komory spalania, a paliwo wtryskiwane wprowadzone jest do (komory spalania przynaj- ftirlf&J dwdtna tftrilmieniAMrti o rózne) dlugosci, któ¬ re w widoku w kierunku osi cylindra przebiegaja póprzetzflfre do wiru obwodowego powietrza i nie trysKaja poza Kraweaz otworu spalania, przy czym ctesc strumienia paliWoWfcgó tararla na sciane ko- rhóry spalani* a czesc Wtrysnietego paliw* ro2*y- ltina zastaje W powietrzu, istota wynalazku polega na tytft, ie jeden strumien paliwowy jest uk&ztal* tOWa*fty Jttkó najdluzszy strumien zaplonowy a jejjo c2e$c stozki)wa dotyka najgoretszej strefy komory spalania lub *trefy z nia graniczacej, pod¬ czas gdy wszystkie pozostale strumienie paliw* sa tak uksztaltowane, Ze trafiaja na powierzchnie ko- mbry spalania na te) samej wysokosci komory skarania co ttajuldzszy strumien paliwowy i w fttflMe takim, ite najuiuzttzy strumien paliwowy pa*- aa W polowie komOry spalania, na której znajdu¬ je sie sTodfefc cieikosti kropli wtryskowej dyszy WtfysKOw^j, przy czyjn podzial komory spalania 4 dokonany jest przez plasaczjzlaj mtfyakaweaeg* paliwa przechodzaca przez os komary spalania prostopadle do plaszczyzny praeaaorfz^cajj przez srodek ciezkosci kropli wtryskowej i os komory 5 spalania. Istota wynalazku polega równiez na tym, ze os otworu wtryskowego najdluzszego strumie¬ nia paliwa Jest w widoku w kier\**u osi cylindra polozona w poblizu bezposrednia w panaaczyznie przebiegajace} miedzy osia komory spalano* i srod- 10 kiem dyszy wtryskowej.Zgodnie z wynalazkiem osie otworów wtrysko¬ wych straraieni paliwowych, w stosunku do kie¬ runku osi cylindra i przy wprowadzeniu wiecej niz dwóch strumieni paliwa symetryczne w ntosunku 15 do plaszczyzny, leza w odstepie ca najnmifej 2b do 25% najwiekszej srednicy komoty spalania: w sto¬ sunku do osi komory spalania.Zgodnie z wynalazkiem spalanie uzytkuje sie za pomoca zwiekszenia wirowania obwodowego po- w wietrza doprowadzanego do komory, przy ktor^n spalanie wzbudzajace powstaje dzieki spalaniu tyl¬ ka czesci paliwa pochodzacego a tego samego stru¬ mienia paliwowego, podczas gdy pozostale stru¬ mienie paliwa sa tak uksztaltowane i skierowane, 25 ze powstaja fcorzystne warunki tworzenia mie¬ szanki paliwowo-powietrznej i wytworzony jest opózniony przebieg zaplonu przy mozliwie krót¬ kim wtrysku.Takie uksztaltowanie strumieni paliwowych przy 8» aewnetraiie ucniesaczMayca w sposób symetryczny djrca wtryskowych powoduje silne rozpylenie kro¬ pel wtryskiwanego paliwa i nadaje strumieniom dlugie okrezne tory. Dzieki takiemu ukierunko¬ waniu rozpylonych strumieni, paliwo tylko w 35 minimalnej ilosci zatrzymuje sie na sciankach komory spalinowej i ulega prawie calkowitemu spalania.Dodatkowa korzyscia takiego przebiegu stru¬ mienia, jest równiez to, ze na skutek równomier- 4$ nego ogrzania scianek komory paliwowej i dea- kiej warstwy osadowej rozpylonej mieszanki «zas odparowywania znacznie sle skraca oo równiez po¬ lepsza warunki spalania w komorze paliwowej.Przy tym ukladzie opóznienie zaplonu nastepuje 45 dzieki nadaniu wtryskiwanym strumienknn psftwa dkreznyeh torów oraz dzieki jednolitej koneentr*- cjl mieszwriki w komorze paliwowej. Halas spala¬ nia jest minimalny ze wzgledu na to, ze zaplon wzbudzajacy wystepuje zawsze w najdluzszym so strumieniu paliwa oraz ze wzgledu na to, ze ho- mogeniczna mieszanka, zwlaszcza mikromieszaidsa, posiada zwolniona szybkosc reakcji, gdyz w tym przypadku znaczenie ma nie ilosc wtrysnietego, lecz itoic przygotowanego paliwa z powietrzem. ss Wedlug wynalazku ekonomiczne spalanie paliwa przy optymalnym wirae obwodowym powietrza spalania zachodzi gdy opóznienie zaplonu jest sto¬ sunkowo duze, to Jest tafcie, by zadne plynne pali¬ wo nie bylo wtryskiwane przez plomien. Paliwo oa osiadajace na scianie komory spalania tworzy cienkie, w stosunku do plaszczyzn wiru obwodo¬ wego filmy olejowe dla unikniecia niebezpieczen¬ stwa tworzenia sie osadu sadzy. Na skutek duzej szybkosci mieszanki paliwowej nastepuje szybkie 65 odparowanie osiadajacego na sciankach paliwa.69430 a Paliwo osiadajace na sciankach komory spalania o dusej powierzchni dzialaniem konwektywnego p&eckedzeiua ciepla i ciepla promieniowania saybko odparowuje i dzieki temu powstaje krótki praebieg opalania.•Strumienie paliwa tryskaja na duza odleglosc, prostopadle do wiru obwodowego. W celu osiagnie¬ cia krótkiego przebiegu spalania i zabezpieczenia zimnego atariu okreslona ilo£6 paliwa zostaje przez wir obwodowy ze strumieni paliwa wywiana.Ita&c otworów wtryskowych jest wieksza od jed¬ nego, poniewaz przy danym lacznym przekroju atiworów wtryskowych wzrasta Jednolitosc budowy strumienia stosownie do wzrostu ilosci otworów wtryskowych, co z jednaj strony powoduje prze¬ dluzania opózniania zaplonu, z drugiej polepsza zdolnosc zimnego startu.Jedan ze strumieni paliwa wykazuje wieksza wataa dlugosc niz strumienie pozostale, przy czym dlugosc jego jeat taka, ze powoduje on wzbudza¬ jacy zaplon.W zaleznosci od kierunku wtrysku, wolnej dlu¬ gosci strumienia i ksztaltu komory spalania, miejsca trafienia strumieni posiadaja prawie Jed¬ nakowe odstepy wysokosciowe az do powierzchni tloka i Jeza tak gleboko w komorze spalania, ze zadne paliwo ze stozka strumienia nie moze byt wtryaniete d© szczeliny miedzy tlokiem i glowica cylindra wzglednie na górna powierzchnie tloka.W oelu utrzymania optymalnych warunków ter- mtegnago miewania rozdzielonej na scianach ilosci paliwa filmy olejowe sa rozmieszczone na scianie komary spataua w poblizu maksymalnej srednicy taj kamorj.Paniawaz tyto) Jeden strumien paliwa posiada wieksza woina dlugosc w stosunku do pozostalych strumieni (paliwowych, mozliwe jest przez ustalenie kiewato strumienia i dlugosci wolnych strumieni, daj#c*§ 4o wysokiej optymalnej ilosci obrotów wku abwo4owago, przy -czym z drugiej strony zaatoeowaaie stounienia paliwowego o duzej wol¬ nej dlugosci strumienia, daje gwarancje bezza- klóceniowej pracy zimnego silnika. Po dokonanym zaplonie plomien rozszerza sie w komorze spa¬ lania, przy czym rozdzielona powietrzem ilosc pa¬ liwa i odparowania ze sciany komory spalania, wzglednie odparowujaca ilosc paliwa ulega po zmieszaniu z powietrzem spalaniu.Krótki okres spalania, wywolany zlokalizowa¬ nym zaplonem wzbudzajacym, jednolitym podzia¬ lem rozrzedzonego paliwa za pomoca powietrza, unikaniem duzych koncentracji paliwa odparowu¬ jacego ze sciany komory spalania, duzymi po¬ wierzchniami filmu olejowego i wyregulowana iloscia obrotów wirów obwodowych powietrza, pozwalaja z punktu widzenia ekonomiecznego, zrealizowac stosunkowo pózne rozpoczecie procesu spalania, przy równoczesnym cichym biegu silnika.Proces spalania wedlug wynalazku posiada, na skutek umieszczonego ekscentrycznie w stosunku do osi komory spalania, srodka ciezkosci kropli wtryskowej, zalete duzej swobody konstrukcyjnej zarówno pod wzgledem usytuowania zaworów przy dwóch zaworach na jeden cylinder oraz przy uksztaltowaniu kanalu wlotowego i wylotowego co daje na skutek centralnego polozenia komory spalania równomierna temperature na tloku zwlaszcza w poblizu rowków pierscieniowych tlo¬ ka, 5 Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uklad z trzema strumieniami paliwo¬ wymi umieszczonymi asymetrycznie w stosunku do plaszczyzny przechodzacej przez srodek kropli 10 wtryskowej i osi komory spalania, fig. 2 — prze¬ krój wedlug linii A-A na fig. 1, fig. 3 — uklad z dwoma strumieniami paliwowymi umieszczony¬ mi w plaszczyznie przechodzacej przez srodek kropli wtryskowej i os komory spalania, fig. 4 — 15 uklad z trzema strumieniami paliwowymi umiesz¬ czonymi symetrycznie wzgledem plaszczyzny prze¬ chodzacej przez srodek kropli wtryskowej i os komory spalania.Qs 1 cylindjpa pokrywa sie z osia komory spala- 20 nia. W poblizu osi spalania znajduje sie dysza wtryskowa ustalajaca srodek kropli wtryskowej.Paliwowe strumienie 4, 5 i 6 kierowane sa na miejsca 10, 11 i 12 znajdujace sie na scianie ko¬ mory spalania w sposób taki, ze tworza na scia- 25 nie komory spalania olejowe filmy 13, 14 i 15, Na skutek wiru obwodowego 9 osie strumieni pa¬ liwowych maja przebieg zgodny z Hnia przerywana to jest miejscem podania 10, 11 i 12 strumieni paliwa. Olejowe filmy 13, 14 i 15 sa przesunie' 30 te w kierunku pradu wiru obwodowego.Najwieksze rozpylenie paliwa, ze wzgledu na duza dlugosc strumienia, wystepuje w stozku naj¬ dluzszego paliwowego strumienia 4. Aby strumien tan nie mial niekorzystnego wplywu na paliwowy 35 strumien fi, lezacy ponizej pradu, zachowuje sie odstep na obwodtóe komory spalania, miedzy miejs¬ cami podania 10, 12 strumieni paliwa i wiekszy niz miedzy miejacami podania 11, 12 afrunuen; paUwa wzglednie miejscami podania 10, U stru- 40 mieni paliwa. Odstep miedzy miejscami podania 10, U strumieni paliwa moze byc mniejszy, DO- niewaz strumien paliwowy 5 ma mniejsza wolna dlugosc. To samo dotyczy strumienia paliwowe¬ go 6. Poniewaz wir obwodowy 9 nawiewa strumien 45 6 na sciane komory spalania, podczas gdy strumien 5 jest odpychany przez wir obwodowy od sciany komory, to odstep miedzy miejscami podania 10 i 11 strumieni paliwa musi byc wiekszy niz mie¬ dzy miejscami podania 11, 12 strumieni paliwa. 50 Na fig. 2 uwidoczniono miejsce podania 10, 11 i 12 strumieni paliwowych, które leza powyzej naj¬ wiekszej srednicy komory spalania 8, to jest w kierunku krawedzi otworów komory spalania 7 dlatego, by punkty ciezkosci plaszczyzn olejowych 55 filmu 13, 14 i 15 lezaly co najmniej w poblizu naj¬ wiekszej srednicy komory spalania 8. Fig. 3 przed¬ stawia uklad, przy którym ze wzgledu na mala ilosc strumieni, liczba obrotów jest optymalnie du¬ za i przy którym sektor, lezacy w stosunku do 60 miejsca padania 10 strumienia paliwowego poni¬ zej pradu, w szczególnosci naprzeciw konca wtrys¬ ku paliwa zasilany jest powietrzem z innego sekto¬ ra, które jest stosunkowo malo nasycone paliwem, przez co mieszanka polozona ponizej strumienia, es w stosunku do miejsca padania 10 strumienia pa-7 69 030 8 liwowego pochodzaca ze strumienia paliwowego 4 zostaje zubozona tak, ze rozdzielone powietrzem paliwo spala sie przy malym tworzeniu sie sadzy.Dla utrzymania sektora lezacego w odniesieniu do miejsca podania strumienia paliwowego 10 powyzej 5 strumienia w stanie wolnym od paliwa rozdzielo¬ nego powietrzem dochodzi przez wolna dlugosc strumien paliwowy 5. Fig. 4 przedstawia uklad, dopuszczajacy prawie równa optymalna liczbe ob¬ rotów wiru obwodowego jak w ukladzie uwidocz¬ nionym na fig. 3, poniewaz odstep na obwodzie komory spalania znajdujacy sie w stosunku do miejsca podania 10 strumienia paliwowego, siega¬ jacy do nastepnego miejsca podania strumienia pa¬ liwowego, jest malo zmieniony. Sektor znajdujacy sie miedzy miejscami podania 10, 11 strumieni pa¬ liwowych jest w tym miejscu nasycony paliwem rozdzielonym powietrzem, poniewaz wolna czesc strumienia paliwowego 5 jest mala. Równiez stru¬ mien paliwowy 6 posiada mala wolna dlugosc stru¬ mienia, przez co sila uderzeniowa strumienia pali¬ wowego 6 jest duza. Na skutek malej wolnej dlu¬ gosci strumienia, jest on malo rozpylony, zas du¬ za ilosc paliwa dociera do sciany komory spala¬ nia, a sposób taki, ze w sektorze znajdujacym sie miedzy miejscami padania 11, 12 strumieni pali¬ wowych nie wystepuje zadne niedopuszczalne przetluszczenie mieszanki w odniesieniu do roz¬ dzielonego powietrzem paliwa ze strumienia pali¬ wowego 6. PL PL