RU2610081C1 - Engine - Google Patents

Engine Download PDF

Info

Publication number
RU2610081C1
RU2610081C1 RU2015155729A RU2015155729A RU2610081C1 RU 2610081 C1 RU2610081 C1 RU 2610081C1 RU 2015155729 A RU2015155729 A RU 2015155729A RU 2015155729 A RU2015155729 A RU 2015155729A RU 2610081 C1 RU2610081 C1 RU 2610081C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
liner
cylinder
nozzle
spherical chamber
Prior art date
Application number
RU2015155729A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Горбачев
Original Assignee
Николай Николаевич Горбачев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Николаевич Горбачев filed Critical Николай Николаевич Горбачев
Priority to RU2015155729A priority Critical patent/RU2610081C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2610081C1 publication Critical patent/RU2610081C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/08Engines characterised by precombustion chambers the chamber being of air-swirl type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/16Chamber shapes or constructions not specific to sub-groups F02B19/02 - F02B19/10
    • F02B19/18Transfer passages between chamber and cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B2019/002Engines characterised by precombustion chambers with electric heater fitted to at least part of prechamber-wall or transfer passage
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B2019/002Engines characterised by precombustion chambers with electric heater fitted to at least part of prechamber-wall or transfer passage
    • F02B2019/004Engines characterised by precombustion chambers with electric heater fitted to at least part of prechamber-wall or transfer passage with heater control
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention refers to the area of engine construction, particularly, to the piston and rotor prechamber internal combustion engines. The matter of the invention lies in the fact that the engine contains a cylinder, a piston, and a swirl spherical chamber connected to the cylinder via a channel directed angularly to the piston bottom and performed in the form of a diffuser or a Laval nozzle. There is an ignitor installed in the swirl chamber, and the chamber itself has a detachable spiral heater located on the external surface of a chamber insertion casing. The insertion casing is equipped with a temperature gauge, and the Laval nozzle is performed in the insertion and has a bevel cut. In the case of allocation of several nozzles in the chamber, they are oriented angularly to each other providing jet impingements of dispensed components. A bush made of a catalyst may be installed in the insert casing. A microwave magnetron or a thermal pulse laser may be installed in the chamber.
EFFECT: invention allows increasing efficiency of engine performance.
4 cl, 16 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к поршневым или роторным двигателям внутреннего сгорания, преимущественно с вихревой камерой или предкамерным, имеющим разделенную камеру сгорания.The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, in particular to reciprocating or rotary internal combustion engines, mainly with a vortex chamber or pre-chamber, having a divided combustion chamber.

Известен двигатель, включающий цилиндр (цилиндры), поршни, пальцы, кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом, клапаны, коллектор, блок, головку блока, в которой выполнена вихревая камера, имеющая чаще всего форму сферы, соединенная с цилиндром каналом направленным, под некоторым углом к днищу поршня, с устройством подачи топлива, например форсункой, имеющая спираль накаливания в виде свечи, расположенную в отверстии верхней части камеры и неохлаждаемый вкладыш из жаростойкой стали, который служит тепловым аккумулятором, воспринимающим тепло в процессе горения и отдающим его в процессе сжатия. Имеется также стопорный болт для фиксации вкладыша. Благодаря наличию нагрева вкладыша повышается температура рабочей смеси в конце сжатия и сокращается период задержки воспламенения топлива. Это обеспечивает стабильность рабочего процесса при переменных оборотах и нагрузках.A known engine including a cylinder (s), pistons, fingers, a crank mechanism with a crankshaft, valves, a manifold, a block, a block head, in which a vortex chamber is made, most often having the shape of a sphere connected to the cylinder by a channel directed under some angle to the piston bottom, with a fuel supply device, for example a nozzle, having a glow plug in the form of a candle located in the hole in the upper part of the chamber and an uncooled liner made of heat-resistant steel, which serves as a heat accumulator, I perceive they heat in the combustion process and to give it in the compression process. There is also a locking bolt for fixing the liner. Due to the heating of the liner, the temperature of the working mixture at the end of compression increases and the delay period of ignition of the fuel is reduced. This ensures the stability of the workflow at variable speeds and loads.

Однако двигатели с вихревой камерой имеют повышенный расход топлива, что объясняется дополнительными тепловыми потерями в вихревой камере и гидравлическими потерями на перетекание газов из вихревой камеры в цилиндр и обратно (см. Ицкович A.M. Основы теплотехники. М. Издательство «Высшая школа», 1970, стр. 261-262).However, engines with a vortex chamber have an increased fuel consumption, which is explained by additional heat losses in the vortex chamber and hydraulic losses due to the flow of gases from the vortex chamber to the cylinder and vice versa (see Itskovich AM Fundamentals of Heat Engineering. M. Vysshaya Shkola Publishing House, 1970, p. . 261-262).

Канал в виде трубы, соединяющий сферическую камеру с цилиндром двигателя, обуславливает большие потери энергии при перетекании через него газов.A channel in the form of a pipe connecting the spherical chamber to the cylinder of the engine causes large energy losses during the flow of gases through it.

Спираль накаливания в виде свечи, являющаяся, в основном, устройством воспламенения (запальное устройство), недостаточно эффективна для подогрева объема сферической камеры (в дополнение к нагреву вкладыша продуктами сгорания), так как является локальным, точечным источником тепла.An incandescent spiral in the form of a candle, which is mainly an ignition device (ignition device), is not effective enough to heat the volume of the spherical chamber (in addition to heating the insert with combustion products), since it is a local, point source of heat.

При сжигании углеводородов (бензин, дизельное топливо) атомы водорода, соединяясь с атомами кислорода воздуха, образуют воду в виде пара, на образование которого также требуется тепло, отбираемое от теплотворной способности горючего.When hydrocarbons are burned (gasoline, diesel fuel), hydrogen atoms, when combined with oxygen atoms of the air, form water in the form of steam, the formation of which also requires heat taken from the calorific value of the fuel.

Известен также роторный двигатель по патентному документу ES 2387373 А1, опубл., 20.09.2012 г., для работы с применением альтернативного топлива - растительного масла с использованием воды, включающий статор, один или несколько роторов, предкамеру с формой, близкой к сферической, сужающийся канал для соединения предкамеры с рабочей полостью ротора, свечу накаливания, инжектор для подачи растительного масла, инжектор для подачи воды. Наличие двух инжекторов расширяет диапазон применяемых топлив, например, альтернативных, в том числе с использованием воды.Also known is a rotary engine according to patent document ES 2387373 A1, publ., September 20, 2012, for use with alternative fuels - vegetable oil using water, including a stator, one or more rotors, a pre-chamber with a shape close to spherical, tapering a channel for connecting the prechamber to the working cavity of the rotor, a glow plug, an injector for supplying vegetable oil, an injector for supplying water. The presence of two injectors expands the range of applied fuels, for example, alternative ones, including those using water.

Сужающийся канал подобно брандспойту, формируя струю газов, увеличивает скорость продуктов сгорания на срезе и дальность их выброса, однако имеет повышенное сопротивление при перетекании газов через канал.A narrowing channel, like a hose, forms a stream of gases, increases the speed of the combustion products at the cut and the range of their emission, however, it has an increased resistance when gases flow through the channel.

Свеча накаливания, являющаяся, в основном, устройством воспламенения (запальное устройство) недостаточно эффективна для подогрева объема сферической камеры (в дополнение к нагреву вкладыша продуктами сгорания), так как является локальным, точечным источником тепла.The glow plug, which is mainly an ignition device (ignition device) is not effective enough to heat the volume of the spherical chamber (in addition to heating the insert with combustion products), as it is a local, point source of heat.

Помимо расходования теплоты на парообразование при окислении горючего в двигателе, по данному патенту, кроме того, требуется дополнительно значительное количество теплоты на парообразование воды, специально подаваемой из отдельного инжектора.In addition to consuming heat for vaporization during the oxidation of fuel in an engine, this patent also requires an additional significant amount of heat for vaporization of water specially supplied from a separate injector.

В обоих вышеуказанных патентах может потребоваться теплота и на испарение той воды, некоторое количество которой может присутствовать как в горючем, так и в воздухе.In both of the above patents, heat may also be required for the evaporation of that water, a certain amount of which may be present in both fuel and air.

Теплотворная способность топлива снижается, так как часть теплоты горения затрачивается на испарение воды.The calorific value of the fuel is reduced, since part of the heat of combustion is expended in the evaporation of water.

Известен также двигатель внутреннего сгорания по авторскому свидетельству СССР 942214 F02B 10/16, опубл. 07.02.1982 г., содержащий установленную в головке цилиндров топливоподающую форсунку и сферическую вихревую камеру, образованную поверхностями головки цилиндров и вставками, имеющей канал, направленный тангенциально к сфере камеры и расположенный напротив топливной форсунки. Канал выполнен расширяющимся в виде диффузора с прямолинейными боковыми стенками. Прямолинейные боковые стенки диффузора также обуславливают значительные потери энергии.Also known is an internal combustion engine according to the author's certificate of the USSR 942214 F02B 10/16, publ. 02/07/1982, containing a fuel supply nozzle installed in the cylinder head and a spherical vortex chamber formed by the surfaces of the cylinder head and inserts having a channel tangentially directed to the chamber sphere and located opposite the fuel nozzle. The channel is made expanding in the form of a diffuser with rectilinear side walls. The rectilinear side walls of the diffuser also cause significant energy losses.

Необходимость высококачественного распыливания топлива и смешивания его с воздухом, стремление по возможности равномерно распределить топливо в объеме камеры для повышения полноты сгорания горючей смеси требует впрыскивания топлива из форсунок под большим давлением, что приводит к значительным затруднениям конструктивного и эксплуатационного характера. Поэтому и создаются предкамерные двигатели и двигатели с вихревой камерой. Однако эти двигатели имеют несколько повышенный расход топлива, что объясняется дополнительными тепловыми потерями в вихревой камере и потерями энергии на перетекание газов из вихревой камеры в цилиндр и обратно. Вышеуказанные известные двигатели в полной мере имеют эти недостатки.The need for high-quality atomization of fuel and mixing it with air, the desire to distribute fuel as evenly as possible in the chamber volume to increase the completeness of combustion of the combustible mixture, requires the injection of fuel from nozzles under high pressure, which leads to significant structural and operational difficulties. Therefore, prechamber engines and vortex chamber engines are created. However, these engines have a slightly increased fuel consumption, which is explained by additional heat losses in the vortex chamber and energy losses due to the flow of gases from the vortex chamber to the cylinder and vice versa. The above known engines fully have these disadvantages.

Известен также двигатель по патентному документу DE 2387374 А1, опубл. 25.08.1977 г., включающий цилиндр (цилиндры), поршни, пальцы, кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом, клапаны, коллектор, блок, головку блока, в которой выполнена вихревая камера, имеющая форму сферы, соединенная с цилиндром каналом, направленным под некоторым углом к днищу поршня, свечу зажигания, устройство подачи топлива, вкладыш с каналом, соединяющим сферическую камеру с цилиндром, выполненным в виде сопла Лаваля.Also known engine according to patent document DE 2387374 A1, publ. 08/25/1977, including a cylinder (s), pistons, fingers, a crank mechanism with a crankshaft, valves, a manifold, a block, a block head in which a swirl chamber is made having a sphere shape connected to the cylinder by a channel directed under at a certain angle to the piston bottom, spark plug, fuel supply device, liner with a channel connecting the spherical chamber to a cylinder made in the form of a Laval nozzle.

Использование сопла Лаваля способствует ускорению процесса перетекания газа из сферической камеры в цилиндр за счет высокой скорости истечения газов.The use of a Laval nozzle helps to accelerate the flow of gas from a spherical chamber to the cylinder due to the high velocity of the outflow of gases.

Известен также двигатель по патентному документу JPS 5489136 опубл. 14.07.1979 г. (см. реферат, чертежи), имеющий вихревую камеру полусферической формы, переходящей в цилиндрическую или в участок с криволинейной образующей, у которого вкладыш воспринимает не только тепло от продуктов сгорания в процессе горения (и отдает его в процессе сжатия), но и от электрического сопротивления («экзотермическое тело»), спирально расположенного от центра к периферии вкладыша на днище камеры и вокруг канала, направленного под некоторым углом к днищу поршня (фиг. А) либо радиально от центра к периферии (фиг. В). Электрическое сопротивление устанавливается также на поверхности участка с криволинейной образующей (фиг. 3). Электрическое сопротивление в виде спирали выполнено заодно целое с вкладышем, изготовленным в виде обмуровки, образуя «экзотермическое тело» - подогреватель. Из реферата к вышеуказанному патентному документу следует, что указанное экзотермическое тело, заменяет свечу накаливания («Glow Plag).Also known engine according to patent document JPS 5489136 publ. 07/14/1979 (see abstract, drawings) having a hemispherical vortex chamber turning into a cylindrical or into a section with a curvilinear generatrix, in which the liner receives not only heat from the combustion products during combustion (and gives it up during compression) , but also from electrical resistance ("exothermic body"), spirally located from the center to the periphery of the liner on the bottom of the chamber and around the channel, directed at a certain angle to the piston bottom (Fig. A) or radially from the center to the periphery (Fig. B) . Electrical resistance is also installed on the surface of the plot with a curved generatrix (Fig. 3). The electrical resistance in the form of a spiral is made integrally with the insert made in the form of a lining, forming a "exothermic body" - a heater. From the abstract of the above patent document it follows that the specified exothermic body replaces the glow plug ("Glow Plag).

В данном двигателе перетекание воздуха при сжатии из цилиндра в камеру происходит через обогреваемый канал.In this engine, the air flows during compression from the cylinder into the chamber through the heated channel.

При этом путем нагрева канала и периферийной части нижней стенки предкамеры топливо интенсивно испаряется, вихреобразование усиливается, диффузия и распыление топлива улучшаются, что способствует ускорению зажигания и улучшению запуска двигателя.In this case, by heating the channel and the peripheral part of the lower chamber wall, the fuel evaporates intensively, vortex formation is enhanced, diffusion and atomization of the fuel are improved, which helps to accelerate ignition and improve engine starting.

Однако изготовление электрического сопротивления, являющегося нагревательным элементом, в виде спирали заодно целое с вкладышем, выполненным в виде обмуровки, снижает теплопередачу от экзотермического тела к газам, так как обмуровка задерживает тепловой поток, сложно технологически.However, the manufacture of electrical resistance, which is a heating element, in the form of a spiral integrally with the liner, made in the form of a lining, reduces heat transfer from the exothermic body to gases, since the lining delays the heat flux, it is difficult technologically.

При выходе из строя электрического сопротивления (спирали) возникает необходимость замены вкладыша в целом. Для замены вкладыша хотя бы для одного цилиндра приходится полностью снимать головку блока, а это трудоемкая и ответственная операция. Снижается ремонтопригодность изделия, повышаются эксплуатационные затраты.If electrical resistance (spiral) fails, it becomes necessary to replace the liner as a whole. To replace the liner for at least one cylinder, you have to completely remove the block head, and this is a laborious and responsible operation. Maintainability of the product is reduced, operating costs are increased.

Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения.This technical solution was taken as the closest analogue of the claimed invention.

Задача заявляемого изобретения состоит в создании двигателя с вихревой камерой, обеспечивающей следующие технические результаты:The task of the invention is to create an engine with a swirl chamber, providing the following technical results:

- улучшение условий теплопередачи по сравнению с аналогом и дальнейшее снижение теплопотерь при подаче воздуха из цилиндра в вихревую камеру, как следствие дальнейшее снижение расхода топлива при этом;- improvement of heat transfer conditions in comparison with the analogue and a further decrease in heat loss during the supply of air from the cylinder to the vortex chamber, as a result of which a further decrease in fuel consumption in this case;

- повышение температуры нагрева воздуха при подаче его из цилиндра в вихревую камеру, а также температуры продуктов испарения, сгорания при движении в обратном направлении, их энтальпии (теплосодержания), доведение этих параметров до высоких энергетических показателей, а в случае применения альтернативного топлива с применением воды - до состояния воды в виде перегретого пара с температурой порядка 400…500°С. Получаемый при более низких температурах насыщенный пар в зависимости от степени сухости может иметь значительное содержание влаги в виде мельчайших капель воды, содержащих различные соли, которые осаждаются на поверхностях, снижая проходные сечения и ухудшая теплопередачу;- increasing the temperature of heating the air when it is supplied from the cylinder to the vortex chamber, as well as the temperature of the products of evaporation, combustion when moving in the opposite direction, their enthalpy (heat content), bringing these parameters to high energy indicators, and in the case of using alternative fuel using water - to the state of water in the form of superheated steam with a temperature of about 400 ... 500 ° C. The saturated steam obtained at lower temperatures, depending on the degree of dryness, can have a significant moisture content in the form of the smallest drops of water containing various salts that precipitate on surfaces, reducing the cross sections and impairing heat transfer;

- улучшение равномерности распределения горючего в объеме сферической камеры, улучшение условий вихреобразования в ней, смешивания компонентов топлива, их испарения, сгорания;- improving the uniformity of the distribution of fuel in the volume of the spherical chamber, improving the conditions of vortex formation in it, mixing fuel components, their evaporation, combustion;

- снижение потерь энергии при движении газов из сферической камеры в цилиндр через канал;- reduction of energy loss during the movement of gases from a spherical chamber into the cylinder through the channel;

- улучшение работы канала на переходных режимах;- Improving the operation of the channel in transition modes;

- улучшение технологичности изготовления и ремонтопригодности, снижение эксплуатационных затрат.- improving manufacturability and maintainability, reducing operating costs.

Для решения поставленной задачи предложен двигатель, например, цилиндро - поршневой, содержащий цилиндр (цилиндры), поршни, пальцы, кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом, клапаны, коллектор, блок, головку блока, в которой выполнена вихревая камера, имеющая, например, форму сферы или близкую к ней, образованную поверхностями головки блока и вкладыша, имеющего канал для соединенная с цилиндром, направленный по касательной к сферической камере, например, под прямым или некоторым углом к днищу поршня, выполненный, например, в виде диффузора либо сопла Лаваля, зажигательное устройство (воспламенитель) в виде электрической свечи накаливания (Glow Plug), либо импульсной электроискровой свечи зажигания (Spark Plug) в зависимости от вида применяемого топлива, стопорный болт для фиксации вкладыша, подогреватель в котором, согласно заявляемому изобретению, выполнен в виде спирального нагревателя, расположенного на наружной поверхности корпуса вкладыша и может быть выполнен съемным по типу кипятильника либо по типу закрытой отдельными съемными изоляторами спирали электроплиты, при этом корпус вкладыша воспринимает тепло, контролируемое датчиком температуры, например термопарой, не только от продуктов сгорания, но и от спирального нагревателя, в разъеме между верхним торцом вкладыша и торцом корпуса головки сферической камеры установлена герметизирующая прокладка, канал для соединения сферической камеры с цилиндром выполнен в виде диффузора с вогнутыми криволинейными стенками либо сопла, например, Лаваля и размещен во вкладыше, нагреваемом спиральным нагревателем, при этом сопло Лаваля выполнено с косым срезом с углом среза в интервалах от 30 до 45 градусов при наклоне сопла вправо и от 65 до 89 градусов при наклоне сопла влево.To solve this problem, an engine is proposed, for example, a cylinder-piston engine containing a cylinder (s), pistons, fingers, a crank mechanism with a crankshaft, valves, a manifold, a block, a block head, in which a swirl chamber is made, having, for example, the shape of a sphere or close to it, formed by the surfaces of the head of the block and the liner having a channel for connected to the cylinder, directed tangentially to the spherical chamber, for example, at a right or some angle to the piston bottom, made, for example, in the form of a diff a gap or a Laval nozzle, an ignition device (igniter) in the form of an electric glow plug (Glow Plug), or a pulsed electric spark spark plug (Spark Plug) depending on the type of fuel used, a locking bolt for fixing the liner, the heater of which, according to the claimed invention, made in the form of a spiral heater located on the outer surface of the liner body and can be made removable as a boiler or a type of electric stove spiral closed by separate removable insulators, with The liner body receives heat controlled by a temperature sensor, such as a thermocouple, not only from combustion products, but also from a spiral heater, a sealing gasket is installed in the connector between the upper end of the liner and the end of the head housing of the spherical chamber, the channel for connecting the spherical chamber to the cylinder is made in the form of a diffuser with concave curved walls or a nozzle, for example, Laval and placed in a liner heated by a spiral heater, while the Laval nozzle is made with an oblique cut with cutting angle in the intervals from 30 to 45 degrees when the nozzle is tilted to the right and from 65 to 89 degrees when the nozzle is tilted to the left.

Согласно заявляемому изобретению корпус вкладыша, корпус верхней части сферической камеры имеют канал, каналы, либо полость для подвода рабочего тела к форсункам, а при расположении в сферической камере нескольких форсунок они ориентированы под углом друг к другу в направлении, например, к центральной зоне камеры, обеспечивающим соударение струй распыляемых компонентов (компонента).According to the claimed invention, the liner body, the upper body of the spherical chamber have a channel, channels, or a cavity for supplying the working fluid to the nozzles, and when several nozzles are located in the spherical chamber, they are oriented at an angle to each other in the direction, for example, to the central zone of the chamber, providing collision of jets of sprayed components (component).

Согласно заявляемому изобретению в сферической камере в качестве зажигательного устройства установлен тепловой импульсный лазер, в корпусе вкладыша установлена вставка из катализатора, расположенная напротив форсунки, может быть установлен микроволновый магнетрон, а нижняя часть вкладыша имеет срез (срезы) для фиксации вкладыша от поворачивания вокруг вертикальной оси.According to the claimed invention, a thermal pulsed laser is installed in the spherical chamber as an incendiary device, a catalyst insert located opposite the nozzle is installed in the liner body, a microwave magnetron can be installed, and the lower part of the liner has a cut (slices) to fix the liner from turning around the vertical axis .

Согласно заявляемому изобретению сферическая камера вынесена из головки блока и выполнена отдельным узлом.According to the claimed invention, the spherical chamber is taken out of the head of the block and is made a separate unit.

При реализации изобретения обеспечиваются высококачественное, мелкодисперсное распыливание компонентов топлива в объеме сферической камеры, смешивание их между собой, с воздухом, улучшаются условия для испарения и горения паров компонентов, образующих горючую смесь, снижаются до минимума тепловые потери при перетекании относительно холодного воздуха из цилиндра в вихревую камеру при такте сжатия и при движении продуктов сгорания в обратном направлении при рабочем ходе, повышение энергетических, тепловых параметров рабочего тела, в том числе в случае применения альтернативного топлива с использованием воды до ее приведения в состояние в виде перегретого пара, компенсируются потери теплотворной способности горючего на испарение воды при окислении углеводородов, ее наличия или при ее подаче, снижаются гидравлические потери, возникающие при перетекании воздуха из цилиндра в сферическую камеру и газов обратно, ускоряются процессы запуска и рабочего хода, повышается мощность и быстроходность двигателя, снижается расход компонентов топлива, улучшаются показатели ремонтопригодности, снижаются эксплуатационные расходы, что объясняется следующим образом.When implementing the invention, high-quality, finely dispersed atomization of the fuel components in the volume of the spherical chamber is ensured, mixing them with each other, with air, the conditions for evaporation and combustion of the vapors of the components forming the combustible mixture are improved, and heat losses during the flow of relatively cold air from the cylinder to the vortex are minimized the chamber during the compression stroke and during the movement of combustion products in the opposite direction during the working stroke, increasing the energy, thermal parameters of the working fluid, ohm, in the case of the use of alternative fuel using water before it is brought into the state in the form of superheated steam, the losses of the calorific value of the fuel for evaporation of water during hydrocarbon oxidation, its presence or when it is supplied are compensated, the hydraulic losses that occur when air flows from the cylinder to the spherical chamber and gases back, the starting and working processes are accelerated, the engine power and speed are increased, the consumption of fuel components is reduced, the performance of the rem is improved ntoprigodnosti, reduced operating costs, which is explained as follows.

Дополнительный нагрев рабочего тела, его более высокие энергетические тепловые параметры обеспечивается за счет установки нагревательного элемента в виде спирали по типу кипятильника либо спирали электроплитки на наружной поверхности корпуса вкладыша (исключается обмуровка, которая сама поглощает тепло, имеет большое термическое сопротивление и снижает тепловой поток от собственно спирали воздуха при подаче его из цилиндра в вихревую камеру). Это обеспечивает более высокую температуру поступающего из цилиндра в вихревую камеру воздуха, следовательно, более интенсивное испарение рабочего тела и более полное сгорание его, которое улучшается с повышением температуры.Additional heating of the working fluid, its higher energy thermal parameters is ensured by installing a heating element in the form of a spiral like a boiler or a spiral of electric stove on the outer surface of the liner body (excluding wiring, which absorbs heat itself, has a large thermal resistance and reduces the heat flux from the actual air spirals when it is supplied from the cylinder to the vortex chamber). This provides a higher temperature of the air coming from the cylinder into the vortex chamber, therefore, more intensive evaporation of the working fluid and its more complete combustion, which improves with increasing temperature.

Дополнительный подогрев рабочего тела - дизельного топлива, альтернативного топлива, в том числе воды перед форсунками, обеспечивается также за счет подачи их к форсункам через соосный канал (каналы) в нагреваемом вкладыше и в корпусе вихревой камеры, либо через сообщающуюся полость между ними. Эти мероприятия при использовании альтернативного топлива, например растительного масла, с применением воды позволяют довести параметры воды до состояния перегретого пара.Additional heating of the working fluid — diesel fuel, alternative fuel, including water in front of the nozzles, is also provided by supplying them to the nozzles through the coaxial channel (s) in the heated insert and in the vortex chamber body, or through the communicating cavity between them. When using alternative fuels, for example, vegetable oil, using water, these measures make it possible to bring water parameters to the state of superheated steam.

Стык между верхней торцевой поверхностью вкладыша герметизирован уплотняющей прокладкой. Наличие предлагаемых канала (каналов) либо сообщающейся полости для подачи рабочего тела к форсункам за счет передачи части тепла рабочему телу предохраняет вкладыш и корпус вихревой камеры от перегрева, контроль за которым осуществляется термопарой. При этом вкладыш может быть изготовлен из огнеупорного материала, например керамического.The joint between the upper end surface of the liner is sealed with a gasket. The presence of the proposed channel (s) or communicating cavity for supplying the working fluid to the nozzles by transferring part of the heat to the working fluid protects the liner and the housing of the vortex chamber from overheating, which is controlled by a thermocouple. In this case, the liner can be made of refractory material, such as ceramic.

Улучшение равномерности распределения горючего в объеме сферической камеры, улучшение условий смешивания компонентов топлива, их испарения и сгорания, обеспечивается за счет мелкодисперсного распыления горючего за счет соударения струй горючего от форсунок в центральной зоне камеры.Improving the uniformity of the distribution of fuel in the volume of the spherical chamber, improving the mixing conditions of the fuel components, their evaporation and combustion, is ensured by fine atomization of the fuel due to the impact of the fuel jets from the nozzles in the central zone of the chamber.

Применение диффузора с вогнутыми криволинейными боковыми стенками позволяет снизить потери энергии по сравнению с диффузором с прямолинейными боковыми стенками. Так, в диффузорах с постоянным градиентами давления (Р) по длине диффузора dp/dx=const или скорости (V) dv/dx=const может быть достигнуто снижение потерь до 25% по сравнению с прямыми диффузорами (см. Г.Н. Абрамович. Прикладная газовая механика. Издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы. М., 1976 г., с. 451-452.).The use of a diffuser with concave curved side walls reduces energy loss compared to a diffuser with rectilinear side walls. So, in diffusers with constant pressure gradients (P) along the length of the diffuser dp / dx = const or velocity (V) dv / dx = const, a loss reduction of up to 25% can be achieved compared to direct diffusers (see G.N. Abramovich Applied gas mechanics. Publishing house "Science". The main edition of the physical and mathematical literature. M., 1976, S. 451-452.).

Улучшение работы канала в виде сопла, например, Лаваля, соединяющего вихревую камеру с цилиндром, в случаях, когда двигатель работает на переменных режимах достигается также применением сверхзвукового сопла с косым срезом (плоскость среза не перпендикулярна оси потока) с углами среза в интервалах от 30 до 45 градусов при наклоне вправо и от 65 до 89 градусов при наклоне влево. Потери энергии при сверхзвуковом истечении газа из сопла с косым срезом на переменных режимах оказываются при этом значительно меньшими, чем в сверхзвуковом сопле с прямым срезом (см. С.И. Исаев, В.М. Миронов, В.М. Никитин, В.И. Хвостов. Основы термодинамики, газовой динамики и теплопередачи. М., «Машиностроение», 1968 г., с. 185-186).Improving the operation of the channel in the form of a nozzle, for example, a Laval connecting the vortex chamber with the cylinder, in cases when the engine is operating in variable modes is also achieved by using a supersonic nozzle with an oblique cut (the cut plane is not perpendicular to the flow axis) with cut angles in the intervals from 30 to 45 degrees when tilted to the right and from 65 to 89 degrees when tilted to the left. The energy losses due to supersonic gas outflow from a nozzle with an oblique cut in alternating regimes turn out to be significantly smaller than in a supersonic nozzle with a direct cut (see S.I. Isaev, V.M. Mironov, V.M. Nikitin, V. I. Khvostov, Fundamentals of Thermodynamics, Gas Dynamics, and Heat Transfer, Moscow, Mashinostroenie, 1968, pp. 185-186).

Применение микроволнового магнетрона в качестве нагревателя рабочего тела при изготовлении вкладыша из керамического диэлектрического материала предусматривается дополнительно, например, в случае применения альтернативных компонентов с использованием воды. Микроволны вызывают колебания молекул воды, а возникающее при этом трение молекул также влечет повышение температуры.The use of a microwave magnetron as a heater of the working fluid in the manufacture of a liner of ceramic dielectric material is additionally provided, for example, in the case of alternative components using water. Microwaves cause vibrations of water molecules, and the resulting friction of molecules also leads to an increase in temperature.

Улучшение параметров технологичности изготовления достигается за счет применения нагревательного элемента (спирали) - съемным по типу кипятильника либо закрытой отдельными изоляторами спирали электрической плиты, выпускаемыми серийно.Improving the manufacturability parameters is achieved through the use of a heating element (spiral) - removable as a boiler or closed with separate insulators of a spiral electric stove, manufactured in series.

Улучшение ремонтопригодности и снижение эксплуатационных затрат обеспечивается за счет выполнения сферической камеры отдельным от головки блока узлом.Improvement of maintainability and reduction of operating costs is provided due to the implementation of the spherical chamber separate from the head of the unit.

При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений, имеющих аналогичную заявляемому техническому решению совокупность конструктивных признаков, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям изобретения: «новизна», «изобретательский уровень».In the analysis of the prior art, no technical solutions have been identified that have a combination of design features similar to the claimed technical solution, which indicates the conformity of the claimed technical solution to the criteria of the invention: “novelty”, “inventive step”.

Заявляемое техническое решение может быть использовано в машиностроении, а именно в двигателестроении, в частности в поршневых и роторных двигателях внутреннего сгорания, преимущественно с вихревой камерой или предкамерным, имеющих разделенную камеру сгорания, может быть промышленно изготовлено на стандартном оборудовании, что свидетельствует о соответствии его критерию «промышленная применимость».The claimed technical solution can be used in mechanical engineering, namely in engine building, in particular in reciprocating and rotary internal combustion engines, mainly with a vortex chamber or pre-chamber, having a divided combustion chamber, can be industrially manufactured using standard equipment, which indicates compliance with its criterion "Industrial applicability."

Изобретение подтверждается нижеприведенным его описанием и поясняющими его чертежами.The invention is confirmed by the following description and explanatory drawings.

На фиг. 1 показан общий вид двигателя в разрезе;In FIG. 1 shows a General view of the engine in section;

На фиг. 2 показан вкладыш со спиральным нагревателем в сборе;In FIG. 2 shows an assembly with a spiral heater assembly;

На фиг. 3 показана спираль нагревателя в виде кипятильника;In FIG. 3 shows a heater coil in the form of a boiler;

На фиг. 4 показана спираль нагревателя в виде электрической плиты;In FIG. 4 shows a heater coil in the form of an electric stove;

На фиг. 5 показан канал вкладыша в виде сопла Лаваля с косым срезом;In FIG. 5 shows a liner channel in the form of a Laval nozzle with an oblique cut;

На фиг. 6 показан канал вкладыша в виде диффузора с криволинейными боковыми стенками;In FIG. 6 shows a liner channel in the form of a diffuser with curved side walls;

На фиг. 7 показана вихревая камера со вставкой катализатора и устройством воспламенения в виде импульсной электрической свечи зажигания (разрез);In FIG. 7 shows a vortex chamber with a catalyst insert and an ignition device in the form of a pulsed electric spark plug (section);

На фиг. 8 показана вихревая камера с устройством воспламенения в виде теплового импульсного лазера (разрез);In FIG. 8 shows a vortex chamber with an ignition device in the form of a thermal pulsed laser (section);

На фиг. 9 показана вихревая камера со вставкой микроволнового магнетрона из огнеупорного, например, керамического диэлектрического материала (разрез);In FIG. 9 shows a vortex chamber with an insert of a microwave magnetron from a refractory, for example, ceramic dielectric material (section);

На фиг. 10 показана вихревая камера с внутренним каналом подвода горючего к форсунке и герметизирующей прокладкой между торцами вкладыша и верхней части сферической камеры (разрез);In FIG. 10 shows a vortex chamber with an internal channel for supplying fuel to the nozzle and a sealing gasket between the ends of the liner and the upper part of the spherical chamber (section);

На фиг. 11 показана вихревая камера с внутренней полостью для подвода горючего к форсунке и герметизирующей прокладкой между торцами вкладыша и верхней части сферической камеры (разрез);In FIG. 11 shows a vortex chamber with an internal cavity for supplying fuel to the nozzle and a sealing gasket between the ends of the liner and the upper part of the spherical chamber (section);

На фиг. 12 показано сечение по А-А фиг. 11;In FIG. 12 shows a section along AA of FIG. eleven;

На фиг. 13 показана вихревая камера с внутренним каналом для подвода горючего и внутренним каналом для подвода окислителя либо воды к соответствующим форсункам (разрез);In FIG. 13 shows a vortex chamber with an internal channel for supplying fuel and an internal channel for supplying an oxidizing agent or water to the corresponding nozzles (section);

На фиг. 14 показано сечение по А-А фиг. 13;In FIG. 14 shows a section along AA of FIG. 13;

На фиг. 15 показана верхняя часть вихревой камеры, например, с тремя форсунками, для повышения надежности работы, либо одна из которых – центральная - предназначена для подачи горючего компонента, а крайние - для подачи окислительного компонента, например, при недостатке кислорода на высоте (в горной местности) - разрез;In FIG. 15 shows the upper part of the vortex chamber, for example, with three nozzles, to increase the reliability of operation, or one of which, the central one, is used to supply a combustible component, and the extreme ones are used to supply an oxidizing component, for example, when there is a lack of oxygen at a height (in mountainous areas ) - incision;

На фиг. 16 показана вихревая камера, выполненная отдельным от головки блока узлом (разрез).In FIG. 16 shows a vortex chamber made by a unit separate from the block head (section).

Двигатель содержит цилиндр (цилиндры) 1 с поршнями 2, пальцы 3, кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом (не показаны), клапаны 4, коллектор 5, головку 6 блока 7 с водяной рубашкой 8, вихревую камеру 9, имеющую, например, форму сферы или близкую к ней, образованную поверхностями головки 6 и вкладыша 10, имеющего канал 11 для соединения с камерой сжатия 12 цилиндра 1, направленный, например, по касательной к сферической вихревой камере 9, под прямым или некоторым углом к днищу поршня 2, выполненный, например, в виде диффузора или сопла, в частности, Лаваля, зажигательное устройство в виде электрической свечи 13 накаливания (Glow Plug) либо электроимпульсной свечи зажигания (Spark Plug), устройство подачи топлива 14 в виде форсунки (инжектора), подогреватель.The engine comprises a cylinder (s) 1 with pistons 2, fingers 3, a crank mechanism with a crankshaft (not shown), valves 4, a manifold 5, a head 6 of a block 7 with a water jacket 8, a vortex chamber 9, for example, having the form sphere or close to it, formed by the surfaces of the head 6 and the liner 10 having a channel 11 for connection with the compression chamber 12 of the cylinder 1, directed, for example, tangentially to the spherical vortex chamber 9, at a right or some angle to the piston bottom 2, made for example, in the form of a diffuser or nozzle, in particular La ala, ignition device as an electrical spark filament 13 (Glow Plug) or electro spark plugs (Spark Plug), the fuel supply apparatus 14 as the injector (injector), heater.

Подогреватель выполнен в виде электрического спирального нагревателя 15, расположенного на наружной поверхности корпуса 16 вкладыша 10, и может быть выполнен съемным по типу кипятильника (фиг. 2) либо по типу закрытой отдельными съемными изоляторами спирали электрической плиты (фиг. 4).The heater is made in the form of an electric spiral heater 15 located on the outer surface of the housing 16 of the liner 10, and can be made removable as a boiler (Fig. 2) or as a type of electric stove closed by separate removable insulators (Fig. 4).

На фиг. 2 показана сборка подогревателя в виде кипятильника, где на корпус 16 вкладыша 10 концентрично надет изолированный провод, выполненный по спирали 15 с выводами 17 для подключения электропитания. Спираль нагревателя представлена на фиг. 3.In FIG. 2 shows the assembly of the heater in the form of a boiler, where an insulated wire concentrically worn on a housing 16 of the insert 10 is made in a spiral 15 with leads 17 for connecting power. The heater spiral is shown in FIG. 3.

Корпус 16 вкладыша 10 имеет расположенные напротив скосы 18 для предотвращения проворачивания вкладыша вокруг вертикальной оси и смещения канала 11 относительно цилиндра 1 (фиг. 2).The housing 16 of the liner 10 has opposite bevels 18 to prevent rotation of the liner around the vertical axis and the displacement of the channel 11 relative to the cylinder 1 (Fig. 2).

На фиг. 4 показан спиральный нагреватель в виде спирали электроплиты, закрытой съемными изоляторами 19 с выводами 17 для подключения электропитания. Круговая образующая спирали в этом случае выполнена внутренним 20 и наружным 21 кольцами. Внутренним кольцом 20 спиральный нагреватель одевается на корпус 16 вкладыша.In FIG. 4 shows a spiral heater in the form of a spiral electric stove, closed by removable insulators 19 with leads 17 for connecting power. The circular generatrix of the spiral in this case is made by the inner 20 and outer 21 rings. The inner ring 20 spiral heater is put on the housing 16 of the liner.

Концевые части спирального нагревателя 15 закрыты накладкой 22 (фиг. 1), которая крепится к головке 6 болтами 23.The end parts of the spiral heater 15 are closed by a cover 22 (Fig. 1), which is attached to the head 6 by bolts 23.

В верхней части вкладыша 10 установлен датчик температуры 24 (фиг. 1), например, термопара для контроля и последующего регулирования температурного режима в вихревой камере 9.In the upper part of the liner 10, a temperature sensor 24 is installed (Fig. 1), for example, a thermocouple for monitoring and subsequent regulation of the temperature in the vortex chamber 9.

Между соприкасающимися торцевыми поверхностями вкладыша 10 и головки 6 установлена герметизирующая прокладка 25 (фиг. 1).Between the contacting end surfaces of the liner 10 and the head 6 is installed a sealing gasket 25 (Fig. 1).

Канал 11 вкладыша 10 может иметь наклон как в правую сторону (фиг. 1), так и в левую сторону (фиг. 10), обеспечивая при этом завихрение потока при такте сжатия, соответственно, против часовой стрелки, или по часовой стрелке. Он может быть выполнен в виде сопла Лаваля с косым срезом (фиг. 5) или в виде диффузора с криволинейными боковыми стенками (фиг. 6).The channel 11 of the insert 10 can be tilted both to the right side (Fig. 1) and to the left side (Fig. 10), while ensuring that the flow swirls during the compression stroke, respectively, counterclockwise or clockwise. It can be made in the form of a Laval nozzle with an oblique cut (Fig. 5) or in the form of a diffuser with curved side walls (Fig. 6).

При выполнении канала в виде диффузора с криволинейными боковыми стенками потери энергии могут быть существенно меньше по сравнению с диффузорами с прямолинейными стенками.When the channel is made in the form of a diffuser with curved side walls, the energy loss can be significantly less compared to diffusers with rectilinear walls.

При выполнении канала в виде сопла Лаваля с косым срезом с вращением потока против часовой стрелки угол среза сопла (равен углу наклона) расположен в интервале от 30 до 45 градусов, а при вращении потока по часовой стрелке - в интервале от 60 до 85 градусов. Данные углы определяются расположением вихревой камеры 9 относительно камеры сжатия 12 цилиндра 1.When the channel is made in the form of a Laval nozzle with an oblique cut with counter-clockwise flow rotation, the nozzle cut-off angle (equal to the angle of inclination) is in the range from 30 to 45 degrees, and when the stream is rotated clockwise, in the range from 60 to 85 degrees. These angles are determined by the location of the vortex chamber 9 relative to the compression chamber 12 of the cylinder 1.

Вставка 26 (фиг. 7) из катализатора помещается в сферической камере 9 напротив форсунки 14 под струю распыляемого горючего, обеспечивает каталитическое разложение горючего при доступе воздуха с выделением теплоты, как это обеспечивается в катализаторных двигателях и катализаторных нагревателях. Продукты каталитического разложения могут воспламеняться от импульсной электрической свечи зажигания 27. Применение катализатора (например, окиси ванадия, никеля) позволяет снизить содержание СО в выхлопных газах.The insert 26 (Fig. 7) of the catalyst is placed in a spherical chamber 9 opposite the nozzle 14 under a stream of atomized fuel, provides catalytic decomposition of the fuel when air is accessed with the release of heat, as is achieved in catalyst engines and catalyst heaters. The products of catalytic decomposition can be ignited by a pulsed electric spark plug 27. The use of a catalyst (for example, vanadium oxide, nickel) can reduce the CO content in exhaust gases.

В качестве устройства (инициатора) воспламенения может быть использован тепловой импульсный лазер 28 (фиг. 8). У такого устройства воспламенения отсутствуют электроискровые контакты как у импульсной электрической свечи зажигания, которые в процессе эксплуатации подгорают и закоксовываются.As a device (initiator) of ignition, a thermal pulsed laser 28 can be used (Fig. 8). Such an ignition device does not have spark contacts like a pulsed electric spark plug, which burn and coke during operation.

В качестве целенаправленного испарителя воды для компенсации потерь теплотворной способности горючего, расходуемой на превращение воды в пар может быть использован микроволновый магнетрон 29, размещаемый на периферии сферической вихревой камеры 9 (фиг. 9). В данном случае корпус вкладыша 10 изготавливается из жаропрочного керамического материала (диэлектрика). Микроволны, генерируемые магнетроном, вызывают колебания молекул воды, содержащихся в топливе, а возникающее при этом трение молекул влечет за собой повышение температуры и преобразование воды в пар.As a targeted evaporator of water to compensate for the loss of calorific value of the fuel used to turn water into steam, a microwave magnetron 29 can be used located on the periphery of a spherical vortex chamber 9 (Fig. 9). In this case, the body of the liner 10 is made of heat-resistant ceramic material (dielectric). The microwaves generated by the magnetron cause vibrations of the water molecules contained in the fuel, and the friction of the molecules resulting from this leads to an increase in temperature and the conversion of water to steam.

На фиг. 10 вкладыш 10, прокладка 25 и часть головки блока 6, образующая с вкладышем 10 сферическую камеру 9, имеют ориентированный соосно внутренний канал 30, который и соединен с подающим трубопроводом 31 от топливного насоса высокого давления (ТНВД - не показан) и с трубопроводом 32 форсунки 14. Это обеспечивает подогрев горючего и предохраняет составные части сферической камеры 9 от перегрева.In FIG. 10, the liner 10, the gasket 25 and part of the head of the block 6, forming a spherical chamber 9 with the liner 10, have a coaxially oriented inner channel 30, which is connected to the supply pipe 31 from the high pressure fuel pump (injection pump - not shown) and to the nozzle pipe 32 14. This provides heating of the fuel and protects the components of the spherical chamber 9 from overheating.

На фиг. 11 часть головки 6, образующая с вкладышем 10 сферическую камеру 9, имеет круговую в сечении полость 33, которая соединена с подающим трубопроводом 31 от топливного насоса высокого давления (ТНВД) и с трубопроводом 32 форсунки 14. Это позволяет повысить интенсивность нагрева горючего и эффективность охлаждения сферической камеры 9 от перегрева. Корпус вкладыша 10 при этом выполнен из жаростойкого огнеупорного материала, например керамического. Стык соприкасающихся через прокладку 25 торцов корпуса вкладыша 10 и головки блока 6 при этом выполнен ниже центра сферической камеры 9. Это позволяет значительно уменьшить протяженность стыка верхней части головки 6 и вкладыша 10. Уменьшение длины данного стыка снижает сопротивление движению газов по внутренней поверхности камеры, улучшает процесс вихреобразования.In FIG. 11, the head part 6, forming a spherical chamber 9 with the insert 10, has a circular cavity 33 in cross section, which is connected to the supply pipe 31 from the high-pressure fuel pump (TNVD) and to the pipe 32 of the nozzle 14. This allows to increase the heating intensity of the fuel and cooling efficiency spherical chamber 9 from overheating. The shell of the liner 10 is made of heat-resistant refractory material, for example ceramic. The junction of the ends of the shell 10 and the head of the block 6 in contact with the gasket 25 is made below the center of the spherical chamber 9. This can significantly reduce the length of the junction of the upper part of the head 6 and the liner 10. Reducing the length of this junction reduces the resistance to gas movement along the inner surface of the chamber, vortex formation process.

В случае применения альтернативных рабочих компонентов, например горючего с использованием воды в сферической камере 9 установлены две форсунки, одна, например, 14, для подачи горючего, другая 34 - для подачи воды (фиг. 13).В данном случае к каждой из форсунок 14 и 34 подведены через каналы 32 и 38 внутренние каналы 35 и 36 (фиг. 14), расположенные в головке 6 блока 7, соединенные с трубопроводами 31 и 37 отдельных насосов высокого давления (ТНВД). Форсунки 14 и 34 установлены под углом друг к другу в направлении их осей к центральной зоне сферической камеры 9, обеспечивающем соударение струй распыляемых компонентов, в результате этого создается мелкодисперсный, тонкий распыл компонентов, их лучшее перемешивание и испарение.In the case of alternative working components, for example, fuel using water, two nozzles are installed in the spherical chamber 9, one, for example, 14, for supplying fuel, the other 34, for supplying water (Fig. 13). In this case, to each of the nozzles 14 and 34, internal channels 35 and 36 (Fig. 14) located in the head 6 of block 7, connected to pipelines 31 and 37 of individual high pressure pumps (TNVD), are connected through channels 32 and 38. The nozzles 14 and 34 are mounted at an angle to each other in the direction of their axes to the central zone of the spherical chamber 9, which ensures the impact of the jets of the sprayed components, resulting in a finely dispersed, fine atomization of the components, their best mixing and evaporation.

Установка трех форсунок (фиг. 15) повышает показатели надежности двигателя, так как при выходе из строя, например, при закоксовывании одной форсунок ее работа дублируется. Имеется возможность, например, подачи горючего компонента через центральную форсунку 14, а окислительного компонента - через крайние форсунки 39 и 40. Это может потребоваться при недостатке кислорода (в горной местности). В центральную форсунку 14 можно подавать воду по трубопроводу 41, а в крайние форсунки 39, 40 - горючее по трубопроводам 42 и 43. Такая установка форсунок также дает возможность использовать для подачи в сферическую камеру 9 горючих «Г» и окислительных «О» компонентов высокоэффективных ракетных топлив.The installation of three nozzles (Fig. 15) increases the reliability of the engine, since when a failure occurs, for example, when coking one nozzle, its operation is duplicated. It is possible, for example, to supply a combustible component through the central nozzle 14, and an oxidizing component through the extreme nozzles 39 and 40. This may be necessary if there is a lack of oxygen (in mountainous areas). Water can be supplied to the central nozzle 14 through line 41, and fuel to the extreme nozzles 39, 40 through lines 42 and 43. This installation of nozzles also makes it possible to use 9 highly efficient “G” and oxidative “O” components to supply the spherical chamber rocket fuels.

На фиг. 16 представлено выполнение сферической камеры 9 отдельным от головки 6 блока съемным узлом. Верхняя часть 44 корпуса сферической головки крепится к головке блока 6 болтами 45. Прокладка 25 обеспечивает герметичность стыка корпуса 44 и блока 6. Такая конструкция позволяет снять сферическую камеру при обслуживании и ремонте, без демонтажа всей головки блока 6.In FIG. 16 shows the implementation of the spherical camera 9 separate from the head 6 of the unit removable node. The upper part 44 of the body of the spherical head is attached to the head of the block 6 by bolts 45. The gasket 25 ensures the tightness of the junction of the body 44 and block 6. This design allows you to remove the spherical chamber during maintenance and repair, without dismantling the entire head of the block 6.

Работа двигателя, например, цилиндро-поршневого осуществляется путем подачи горючего из форсунок с определенным углом опережения впрыска в сферическую камеру 9, в воздух, нагретый как за счет сжатия, так и дополнительно подогретый спиралью 15 при прохождении через канал 11 и в самой вихревой камере 9.The engine, for example, a cylinder-piston, is operated by supplying fuel from nozzles with a certain advance angle of injection into a spherical chamber 9, into air heated both by compression, and additionally heated by a spiral 15 when passing through channel 11 and in the vortex chamber 9 .

За счет интенсивного вихреобразования горючее при подаче в камеру 9 интенсивно перемешивается с воздухом, испаряется, воспламеняется с минимальной задержкой воспламенения и сгорает с большой скоростью горения, так как с повышением температуры интенсивность горения возрастает. При использовании воды она испаряется при этом до состояния перегретого пара, давление которого на поршень, как парциальное складывается с давлением продуктов сгорания.Due to vortex formation, the fuel, when fed into the chamber 9, is intensively mixed with air, vaporized, ignited with a minimum ignition delay and burns with a high burning rate, since the burning intensity increases with increasing temperature. When using water, it evaporates in this case to the state of superheated steam, the pressure of which on the piston, as partial, is added to the pressure of the combustion products.

Через канал 11 продукты сгорания и перегретый пар выбрасываются в камеру сжатия 12 цилиндра 1, давят на поршень 2, совершая рабочий ход. Опорожнение сферической камеры 9 должно быть выполнено в возможно короткое время, гидравлические потери в канале 11 должны быть сведены к минимуму, а скорость достигать максимально возможных значений, чему способствует применение диффузора с криволинейными боковыми стенками и форма стенок сопла Лаваля, расширяющаяся по кривой параболы после критического сечения.Through the channel 11, the combustion products and superheated steam are thrown into the compression chamber 12 of the cylinder 1, press on the piston 2, making a stroke. The spherical chamber 9 should be emptied as soon as possible, hydraulic losses in the channel 11 should be minimized, and the speed should be reached as high as possible, which is facilitated by the use of a diffuser with curved side walls and the shape of the walls of the Laval nozzle, expanding along the parabola curve after the critical sections.

При такте выпуска цилиндр 1 сообщается с атмосферой, в этом случае при использовании канала 11 в виде сопла Лаваля с косым срезом скорость рабочего тела на выходе из канала 11 стремится достичь скорости звука. Это обеспечивает сокращение времени такта выпуска, цикла в целом, повышает быстроходность двигателя, способствует снижению коэффициента остаточных газов в цилиндре.With the exhaust stroke, cylinder 1 communicates with the atmosphere, in this case, when using channel 11 in the form of a Laval nozzle with an oblique cut, the speed of the working fluid at the outlet of channel 11 tends to reach the speed of sound. This reduces the time of the exhaust stroke, the cycle as a whole, improves engine speed, helps to reduce the coefficient of residual gases in the cylinder.

Дополнительный подогрев холодного воздуха при подаче его через канал 11 и в вихревой камере 9 снижает потери тепла по сравнению с пассивным нагревом вкладыша продуктами сгорания, как следствие, снижает расход топлива, особенно актуален при запуске двигателя в северных районах при низких температурах (до температуры минус 40°С, которая регламентируется техническими условиями на машины как предельная). За счет теплопередачи через стенку между сферической камерой 9 и водяной рубашкой 8 (фиг. 1) головки 6 блока 7 при включенной электрической спирали 15 (фиг. 2) выполняется подогрев охлаждающей жидкости в водяной рубашке 8, а вкладыш со спиралью 15 работает при этом как предпусковое нагревательное устройство, обеспечивая надежный запуск и устойчивую работу двигателя.Additional heating of cold air when it is supplied through channel 11 and in the vortex chamber 9 reduces heat loss compared to passive heating of the liner by combustion products, as a result, it reduces fuel consumption, it is especially important when starting the engine in the northern regions at low temperatures (to minus 40 ° C, which is regulated by the technical conditions for the machine as the limit). Due to heat transfer through the wall between the spherical chamber 9 and the water jacket 8 (Fig. 1) of the head 6 of the block 7 with the electric coil 15 turned on (Fig. 2), the coolant is heated in the water jacket 8, and the liner with the spiral 15 works as starting heater, ensuring reliable starting and stable operation of the engine.

Claims (5)

1. Двигатель с вихревой камерой, например, цилиндро-поршневой, содержащий цилиндр (цилиндры), поршни, пальцы, кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом, клапаны, коллектор, блок, головку блока, вихревую камеру, имеющую, например, форму сферы или близкую к ней, которая соединена с цилиндром каналом, направленным, например, по касательной к сферической камере, под прямым или некоторым углом к днищу поршня, выполненным, например, в виде диффузора или сопла Лаваля, зажигательное устройство (воспламенитель) в виде электрической свечи накаливания либо импульсной электроискровой свечи зажигания в зависимости от вида применяемого топлива, стопорный болт для фиксации вкладыша, отличающийся тем, что1. An engine with a vortex chamber, for example, a cylinder-piston, containing cylinder (s), pistons, fingers, crank mechanism with a crankshaft, valves, manifold, block, block head, vortex chamber, having, for example, the shape of a sphere or close to it, which is connected to the cylinder by a channel directed, for example, tangentially to a spherical chamber, at a right or some angle to the piston bottom, made, for example, in the form of a diffuser or Laval nozzle, an incendiary device (igniter) in the form of an electric glow plug or pulsed electric spark plugs depending on the type of fuel used, locking bolt for fixing the liner, characterized in that подогреватель выполнен в виде спирального нагревателя, расположенного на наружной поверхности корпуса вкладыша вихревой камеры и изготовленного съемным по типу кипятильника либо по типу закрытой отдельными съемными изоляторами спирали электроплиты, при этом корпус вкладыша снабжен датчиком температуры, например термопарой, канал для соединения сферической камеры с цилиндром выполнен в виде диффузора с вогнутыми криволинейными стенками либо сопла, а сопло Лаваля имеет косой срез с углом среза в интервалах от 30 до 45 градусов при наклоне сопла вправо и от 65 до 89 градусов при наклоне сопла влево и размещено во вкладыше, нагреваемом спиральным нагревателем.the heater is made in the form of a spiral heater located on the outer surface of the vortex chamber liner body and made of a spiral electric stove removable as a boiler or closed by separate removable insulators, while the liner body is equipped with a temperature sensor, for example a thermocouple, the channel for connecting the spherical chamber to the cylinder is made in the form of a diffuser with concave curved walls or a nozzle, and the Laval nozzle has an oblique cut with a cut angle in the intervals from 30 to 45 degrees when inclined th nozzle to the right and from 65 to 89 degrees when the nozzle is tilted to the left and placed in the liner, the heated helical heater. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что корпус вкладыша, корпус верхней части сферической камеры имеют канал (каналы), либо полость для подвода рабочего тела к форсункам, в разъеме между верхним торцом вкладыша и торцом корпуса головки сферической камеры установлена герметизирующая прокладка, разъем может быть выполнен ниже центра сферической камеры, а при расположении в сферической камере нескольких форсунок они ориентированы под углом друг к другу в направлении, например, к центральной зоне сферической камеры, обеспечивающим соударение струй распыляемых компонентов (компонента).2. The engine according to claim 1, characterized in that the liner body, the upper part of the spherical chamber have a channel (s), or a cavity for supplying the working fluid to the nozzles, a sealing gasket is installed in the connector between the upper end of the liner and the end of the head housing of the spherical chamber , the connector can be made below the center of the spherical chamber, and when several nozzles are located in the spherical chamber, they are oriented at an angle to each other in the direction, for example, to the central zone of the spherical chamber providing collision ue jets sputtered components (component). 3. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в сферической камере в качестве зажигательного устройства установлен тепловой импульсный лазер, в корпусе вкладыша установлена вставка из катализатора, расположенная напротив форсунки, может быть установлен микроволновый магнетрон, а нижняя часть вкладыша имеет срез (срезы) для фиксации вкладыша от поворачивания вокруг вертикальной оси.3. The engine according to claim 1 or 2, characterized in that a thermal pulsed laser is installed in the spherical chamber as an incendiary device, a catalyst insert located opposite the nozzle is installed in the liner body, a microwave magnetron can be installed, and the lower part of the liner has a cut (slices) to fix the liner from turning around a vertical axis. 4. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сферическая камера выполнена отдельным узлом и крепится к головке блока, например, при помощи болтового соединения.4. The engine according to claim 1 or 2, characterized in that the spherical chamber is made as a separate unit and is attached to the head of the unit, for example, by means of a bolted connection.
RU2015155729A 2015-12-25 2015-12-25 Engine RU2610081C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155729A RU2610081C1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 Engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015155729A RU2610081C1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 Engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610081C1 true RU2610081C1 (en) 2017-02-07

Family

ID=58457312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015155729A RU2610081C1 (en) 2015-12-25 2015-12-25 Engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610081C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2657401C1 (en) * 2017-03-28 2018-06-13 Евгений Куртович Гауэр Heat engine
RU2721765C1 (en) * 2019-08-26 2020-05-22 Лятиф Низами оглу Абдуллаев Four-stroke diesel engine with external combustion chamber

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2855908A (en) * 1954-05-25 1958-10-14 Pflaum Walter Method of combustion and internal combustion engines
JPS5489136A (en) * 1977-12-26 1979-07-14 Nissan Motor Co Ltd Swirl current type diesel engine
SU1181558A3 (en) * 1975-05-22 1985-09-23 Роберт Бош Гмбх (Фирма) Internal combustion engine with external ignition
RU2167316C2 (en) * 1999-06-29 2001-05-20 Вохмин Дмитрий Михайлович Multifuel internal combustion engine and method of its operation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2855908A (en) * 1954-05-25 1958-10-14 Pflaum Walter Method of combustion and internal combustion engines
SU1181558A3 (en) * 1975-05-22 1985-09-23 Роберт Бош Гмбх (Фирма) Internal combustion engine with external ignition
JPS5489136A (en) * 1977-12-26 1979-07-14 Nissan Motor Co Ltd Swirl current type diesel engine
RU2167316C2 (en) * 1999-06-29 2001-05-20 Вохмин Дмитрий Михайлович Multifuel internal combustion engine and method of its operation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2657401C1 (en) * 2017-03-28 2018-06-13 Евгений Куртович Гауэр Heat engine
RU2721765C1 (en) * 2019-08-26 2020-05-22 Лятиф Низами оглу Абдуллаев Four-stroke diesel engine with external combustion chamber
WO2021222992A1 (en) * 2019-08-26 2021-11-11 Abdullayev Latif Nizami Four-stroke diesel engine with external combustion chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3460916A (en) Exhaust gas burners
RU2635012C1 (en) Steam-gas generator
US4240784A (en) Three-stage liquid fuel burner
US4382771A (en) Gas and steam generator
CN109441643B (en) Micro-turbojet engine and ignition device for combustion chamber of gas turbine
CN100567822C (en) Two-stage flame generator
WO1988006231A1 (en) Combustion system for internal combustion engine and combustor used therefor
US9494316B2 (en) Heating device including catalytic burning of liquid fuel
US4287857A (en) Burner-boiler combination and an improved burner construction therefor
US4669658A (en) Gas detonation coating apparatus
RU2610081C1 (en) Engine
CA1038248A (en) Fuel gasification device
US7104063B2 (en) Device for producing mechanical energy
RU2359136C2 (en) Internal combustion engine and method of ice fuel combustion
JPH1172231A (en) Method and device for operating combustion chamber of gasturbine equipment with liquid fuel
RU2681873C2 (en) Method for supplying fuel into internal combustion engine (ice) and system with steam generator for implementation thereof
RU2553916C2 (en) Method for laser ignition of fuel in diesel engine; device for laser ignition of fuel in diesel engine and igniter
US1384686A (en) Vaporizer for internal-combustion engines
US20090288583A1 (en) Low oxygen vortex burner
US3895613A (en) Air-cooled injection internal combustion engine with turbulence chamber
CN109322750B (en) The dual-purpose high-energy igniter of micro gas-liquid
US10119398B2 (en) Axial-piston engine, method for operating an axial-piston engine, and method for producing a heat exchanger of an axial-piston engine
CN1328497C (en) Assistant premixed burner of diesel engine for cool start
RU2686138C1 (en) Method for obtaining highly overheated steam and detonation steam generator device (options)
RU2795361C1 (en) Steam gas generator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191226