Поршень

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может использоваться в судовых дизелях.
Одним из направлений повышения эффективности работы дизеля является улучшения качества смесеобразования в камере сгорания. В свою очередь, эффективность процесса смесеобразования в значительной степени определяется интенсивностью и направленностью вихревого движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля (см., например, статья Девянин С.Н., Марков В.А., Микитенко А.В. «Метод совершенствования процесса смесеобразования быстроходного дизеля». Изв. ВУЗов. Машиностроение №8, 2006, с. 25-36.). В настоящее время широкое применение нашли дизели с камерой сгорания в поршне. Вихревое движение воздуха в такой камере сгорания возникает на такте сжатия, когда при движении поршня к верхней мертвой точке воздух вытесняется из надпоршневого пространства цилиндра в камеру сгорания в поршне с меньшим поперечным сечением. Это создает устойчивые вихри внутри камеры сгорания, направленные от центра камеры сгорания к ее стенкам. Ввиду того, что практически отсутствует круговое движение воздуха относительно оси камеры сгорания, горение топлива происходит преимущественно в областях вблизи соприкосновения топливных струй с кромкой камеры сгорания. Вслествие достаточно равномерного распределения воздуха в камере сгорания, в областях горения топлива будет недостаток воздуха, а вне этих областей - избыток. Тем самым создаются условия для сажеобразования и образования основных вредных веществ в отработавших газах (см., например, Многотопливные дизели. Гершман И.И., Лебединский А.П., М., «Машиностроение», 1971, 224 с.; стр. 40-42, а также статья Девянин С.Н., Марков В.А., Микитенко А.В. «Метод совершенствования процесса смесеобразования быстроходного дизеля». Изв. ВУЗов. Машиностроение №8, 2006, с. 25-36.).
Известна полезная модель поршня с камерой сгорания в поршне, в которой выполнены профилированные каналы в его верхней части на днище поршня (см., например, статья Девянин С.Н., Марков В.А., Микитенко А.В. «Метод совершенствования процесса смесеобразования быстроходного дизеля». Изв. ВУЗов. Машиностроение №8, 2006, с. 25-36, рис. 3.). Здесь, кроме воздушных вихрей, направленных от центра камеры сгорания к ее стенкам, создаются дополнительные тангенциальные вихри относительно оси камеры сгорания. В результате вектор скорости частиц топлива, попадающих в камеру сгорания из форсунки, приобретает дополнительную составляющую, направленную тангенциально к стенке камеры сгорания. При этом обеспечивается более равномерное распределение впрыснутого топлива по камере сгорания. Однако, указанные каналы либо обеспечивают создание тангенциального вихря только в верхней части камеры сгорания, либо сложны в изготовлении.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель дизеля с камерой сгорания ЦНИДИ (Центрального научно-исследовательского дизельного института). Камера сгорания ЦНИДИ имеет вид усеченного конуса с закругленной кромкой у основания (см. Лебедев О.Н., Калашников С.А., Сомов В.А., Двигатели внутреннего сгорания речных судов. - М.: Транспорт, 1990. - 328 с.; с. 114.) Смесеобразование в этой камере происходит следующим образом. При движении поршня к верхней мертвой точке воздух из надпоршневого пространства выжимается в камеру, расположенную в поршне. Это создает устойчивые вихри внутри камеры сгорания, направленные, от центра камеры сгорания к ее стенкам. При этом, практически, отсутствует круговое движение воздуха относительно оси камеры сгорания (см., например, Рис. 3. Схема движения воздуха в камере сгорания в поршне в статье Проватар А.Г. «Задачи совершенствования внутрицилиндровых показателей и конструкционных элементов судового дизеля при форсировании по частоте вращения коленчатого вала». Вестник АТТУ. Сер. Морская техника и технология. 2016. №3). В результате горение топлива происходит преимущественно в областях вблизи соприкосновения топливных струй с кромкой камеры сгорания и положение этих областей практически не меняется со временем (см., например, статья Девянин С.Н., Марков В.А., Микитенко А.В. «Метод совершенствования процесса смесеобразования быстроходного дизеля». Изв. ВУЗов. Машиностроение №8, 2006, с. 25-36.). Вследствие достаточно равномерного распределения воздуха в КС, в областях горения топлива будет недостаток воздуха, а вне этих областей - избыток. А это ведет к неполному сгорания топлива, то есть к химическому и механическому недожогу топлива (см., например, Многотопливные дизели. Гершман И.И., Лебединский А.П., М., «Машиностроение», 1971, 224 с.; стр. 40-42, а также статья Девянин С.Н., Марков В.А., Микитенко А.В. «Метод совершенствования процесса смесеобразования быстроходного дизеля». Изв. ВУЗов. Машиностроение №8, 2006, с. 25-36.).
Указанные выше факторы ведут в конечном итоге к снижению эффективности работы дизеля с камерой сгорания ЦНИДИ.
Задачей полезной модели является повышения эффективности процесса сгорания топлива в камере сгорания ЦНИДИ путем улучшения качества смесеобразования за счет организации дополнительного кругового движения воздуха относительно оси камеры сгорания ЦНИДИ.
Поставленная задача полезной модели достигается тем, что в известной полезной модели, содержащей поршень с камерой сгорания ЦНИДИ, дополнительно введены конические каналы, начинающиеся на огневом торце поршня и заканчивающиеся в нижней части камеры сгорания, причем каналы расположены под углом к оси конической части камеры сгорания ЦНИДИ.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем. В известной полезной модели при движении поршня к верхней мертвой точке воздух из надпоршневого пространства выжимается в камеру, расположенную в поршне. Это создает устойчивые вихри внутри камеры, направленные от центра камеры сгорания ЦНИДИ к ее стенкам. При этом, практически, отсутствует круговое движение воздуха относительно оси камеры сгорания ЦНИДИ. В результате горение топлива происходит преимущественно в областях вблизи соприкосновения топливных струй с кромкой камеры сгорания и положение этих областей практически не меняется со временем (см., например, статья Девянин С.Н., Марков В.А., Микитенко А.В. «Метод совершенствования процесса смесеобразования быстроходного дизеля». Изв. ВУЗов. Машиностроение №8, 2006, с. 25-36.).
Кроме того, вследствие достаточно равномерного распределения воздуха в камере сгорания ЦНИДИ, в областях горения топлива будет недостаток воздуха, а вне этих областей - избыток. Тем самым, создаются условия для сажеобразования и образования основных вредных веществ в отработавших газах (см., например, Многотопливные дизели. Гершман И.И., Лебединский А.П., М., «Машиностроение», 1971, 224 с.; стр. 40-42, а также статья Девянин С.Н., Марков В.А., Микитенко А.В. «Метод совершенствования процесса смесеобразования быстроходного дизеля». Изв. ВУЗов. Машиностроение №8, 2006, с. 25-36.).
Указанные выше факторы ведут в конечном итоге к снижению эффективности процесса сгорания топлива в камере сгорания ЦНИДИ.
В предлагаемой полезной модели в камере сгорания ЦНИДИ при движении поршня к верхней мертвой точке внутри камеры сгорания кроме воздушных вихрей, направленных от центра камеры сгорания ЦНИДИ к ее стенкам, через конические каналы на огневом торце поршня поступает воздух. Поскольку ось конического канала направлена под углом к оси камеры сгорания ЦНИДИ, поступающий в камеру сгорания воздух образует тангенциальный вихрь относительно оси камеры сгорания ЦНИДИ, а так как каналы имеют коническую форму, суживающуюся к выходу, скорость потока поступающего воздуха будет возрастать. В результате, вектор скорости частиц топлива, попадающих в камеру сгорания из форсунки, приобретает дополнительную составляющую, направленную вдоль стенки камеры сгорания ЦНИДИ. При этом обеспечивается более равномерное распределение впрыснутого топлива по камеры сгорания ЦНИДИ и соответственно горение топлива происходит во всей области камеры сгорания ЦНИДИ. Это ведет к повышению эффективности процесса сгорания топлива в камере сгорания ЦНИДИ.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в улучшении качества смесеобразования за счет организации дополнительного кругового движения воздуха относительно оси камеры сгорания ЦНИДИ, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности процесса сгорания топлива в камере сгорания ЦНИДИ.
Краткое описание чертежей.
Фиг. 1 Поршень с камерой сгорания ЦНИДИ.
Фиг. 2 Поршень. Вид сверху.
Фиг. 3 Поршень. Сечение А-А.
Поршень 1 с камерой сгорания ЦНИДИ 2, содержит конические каналы 3, начинающиеся на огневом торце поршня 4 и заканчивающиеся в нижней части камеры сгорания ЦНИДИ 2, причем каналы расположены под углом к оси конической части камеры сгорания ЦНИДИ, а буквами «а» и «б» показаны соответственно вход и выход конического канала.
Осуществление полезной модели.
В известной полезной модели, на такте сжатия при движении поршня 1 к верхней мертвой точке воздух из надпоршневого пространства выжимается в камеру сгорания ЦНИДИ 2, расположенную в поршне 1. Это создает устойчивые вихри внутри камеры сгорания ЦНИДИ 2, направленные, от центра камеры сгорания к ее стенкам. После впрыскивания топлива в камеру сгорания ЦНИДИ 2 оно в основном попадает на стенки камеры ЦНИДИ 2 и покрывает их тонкой пленкой. Вследствие высокой температуры стенок камеры сгорания ЦНИДИ 2 и осесимметричного вихревого движения горячего воздуха топливо испаряется и проходит все реакции, подготавливающие его к воспламенению. Остальная часть топлива, распыливающаяся в камере сгорания ЦНИДИ 2, воспламеняется в среде воздуха, имеющего высокую температуру, и поджигает горючую смесь, образующуюся над пленкой.
При этом, практически отсутствует круговое движение воздуха относительно оси камеры сгорания ЦНИДИ 2. В результате горение топлива происходит преимущественно в областях вблизи соприкосновения топливных струй с кромкой камеры сгорания ЦНИДИ 2 (см., например, статья Девянин С.Н., Марков В.А., Микитенко А.В. «Метод совершенствования процесса смесеобразования быстроходного дизеля». Изв. ВУЗов. Машиностроение №8, 2006, с. 25-36.). Вследствие достаточно равномерного распределения воздуха в камере сгорания ЦНИДИ 2, в областях горения топлива будет недостаток воздуха, а вне этих областей - избыток. Тем самым, создаются условия для сажеобразования и образования основных вредных веществ в отработавших газах (см., например, Многотопливные дизели. Гершман И.И., Лебединский А.П., М., «Машиностроение», 1971, 224 с.; стр. 40-42.). Тем самым, в известной модели снижается эффективность процесса сгорания топлива в камере сгорания ЦНИДИ.
В предлагаемой полезной модели в камере сгорания ЦНИДИ 2 при движении поршня 1 к верхней мертвой точке также будут образовываться воздушные вихри, направленные от центра камеры сгорания ЦНИДИ 2 к ее стенкам. Одновременно в камеру сгорания ЦНИДИ 2 будет также поступать воздух через конические каналы 3, начинающиеся на огневом торце поршня 4 (обозначено буквой «а») и заканчивающиеся в нижней части камеры сгорания (обозначено буквой «б»). Вследствие их конической формы и расположения под углом относительно оси камеры сгорания в камере сгорания ЦНИДИ 2 появляется дополнительный тангенциальный поток воздуха относительно оси камеры сгорания ЦНИДИ 2. В результате вектор скорости частиц топлива, попадающих в камеру сгорания, приобретает дополнительную составляющую, направленную вдоль стенки камеры сгорания ЦНИДИ 2. При этом обеспечивается более равномерное распределение впрыснутого топлива по камеры сгорания ЦНИДИ 2 и соответственно горение топлива происходит во всей области камеры сгорания ЦНИДИ 2, тем самым уменьшая сажеобразование и образование основных вредных веществ в отработавших газах. Все это ведет к повышению эффективности процесса сгорания топлива в камере сгорания ЦНИДИ 2.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в улучшении качества смесеобразования за счет организации дополнительного кругового движения воздуха относительно оси камеры сгорания ЦНИДИ, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышения эффективности процесса сгорания топлива в камере сгорания ЦНИДИ.