Форкамера Софина

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ изменений в головке цилиндра ДВС и в самом двигателе. Предложена форкамера Софина, содержащая корпус, резьбовое отверстие для установки свечи зажигания, резьбовой участок для вворачивания форкамеры в головку цилиндров и камеру воспламенения цилиндрической формы, при этом корпус дополнен отверстием для установки форсунки для впрыска топлива, и помещен в кожух,через который прокачивается вода из штатной системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а внутренняя полость форкамеры может быть изготовлена из двух соосно расположенных цилиндрических частей камеры впрыска и воспламенения и полости перепускного канала. Установка форсунки в форкамеру может осуществляться как резьбовым, так и прижимным способом, и в зависимости от конструктивных особенностей ДВС отверстия для установки свечи зажигания и форсунки для впрыска топлива могут быть расположены горизонтально, вертикально или под углом к центральной оси форкамеры.(57) Изобретение относится к двигателестроению,более конкретно, к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением от электрической искры, предназначено для улучшения технико-экономических и экологических характеристик может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, работающих на легком топливе. Технический результат заключается в создании компактной, простой конструкции форкамеры,обеспечивающей высокоэффективное сгорание преимущественно бедных топливовоздушных смесей в цилиндре двигателя, уменьшение расхода топлива двигателем и токсичности отработавших газов, а также простоту технического обслуживания и эксплуатации, не требующей дополнительных Изобретение относится к двигателестроению,более конкретно, к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением от электрической искры, предназначено для улучшения технико-экономических и экологических характеристик может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, работающих на легком топливе. Одним из методов повышения экономичности и одновременно экологичности поршневых двигателей с искровым зажиганием является применение бедных горючих смесей. Так, переход на бедные смеси с коэффициентами избытка воздуха 1,05-1,10 позволит получить наименьшие удельные расходы топлива двигателя(Масленников М.М. Рапипорт М.С. Авиационные поршневые двигатели, Оборонгиз. 1951, с.146). Кроме того, обеднение топливо-воздушной смеси до а 1,15 приводит к снижению до минимума содержания в выхлопных газах вредных,выбрасываемых в атмосферу, загрязняющих веществ продуктов частичного разложения и неполного сгорания топлива и окислов азота(Теория поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А.С. Орлина. М.Г. Круглова. М. Машиностроение. 1983, с.141). Однако работа поршневого двигателя с обычным искровым зажиганием, когда свеча расположена в головке камеры сгорания цилиндра двигателя, на бедных смесях затруднена из-за затяжного и нестабильного горения бедных смесей. Двигатель работает неустойчиво, перегревается, а иногда возникает детонация. Одним из наиболее рациональных путей обеспечения устойчивой работы двигателя на бедных смесях является переход от искрового зажигания к форкамерно-факельному зажиганию,разработанному еще в конце 30-х годов А.С. Соколиком, А.Н. Воиновым, Л.А. Гуссаком(А.Н. Воинов. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях М. Маш. 1977, с.254). Применение факельной системы зажигания является не только средством, обеспечивающим быстрое и стабильное сгорание бедных смесей, но и мощным средством подавления детонации. Детонационные характеристики, полученные при сравнительных исследованиях форкамерного ДВС и обычного ДВС с искровым зажиганием при работе на стехиометрических смесях ( 1,0) на топливах с различным октановым числом, указывают на то, что антидетонационный эффект при использовании форкамерной системы зажигания составляет 8-10 пунктов октановой шкалы. (А.А. Шейпак,И.В. Кузнецов. Снижение склонности к детонации в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием путем объемного воспламенения. М. Машины и системы машин. 2007). Запальный факел, обладающий достаточной пробивной и поджигающей способностью, создается в специальной форкамере (камере зажигания),расположенной в головке цилиндра отдельно от основной камеры сгорания, путем поджигания поданной в форкамеру горючий смеси,2 расположенной здесь электрической свечей, и выброса горящей смеси через специальное факельное сопло в основную камеру сгорания. Из уровня техники известна форкамера (Патент 2044897,кл. 02 19/00,1992),расположенная в головке цилиндра ДВС и состоящая из полости впрыскивания с форсункой и из полости зажигания со свечой, при этом ось распылителя форсунки расположена на прямой,проходящей через торец полости зажигания,открытой в щелевой объем цилиндра, а в вертикальной плоскости ось распылителя форсунки расположена внутри положительного угла,образованного торцевой поверхностью вытеснителя и осью свечи зажигания. Таким образом, благодаря выполнению полости зажигания открытой в щелевой объем в зоне вытеснителя, а также принятому расположению форсунки и свечи зажигания обеспечивается при использовании одной форсунки на цилиндр эффективное протекание процесса сгорания и как следствие этого уменьшение расхода топлива двигателем и токсичности отработавших газов. Известная камера зажигания (Патентна полезную модель 31405, кл. 02 19/18, 2003) сообщается с основной камерой сгорания ДВС и снабжена устройством зажигания и каналами, в которых установлены топливные форсунки. При этом канал, сообщающий основную камеру сгорания с камерой зажигания выполнен сужающерасширяющимся, канал или каналы, сообщающие углубление в головке цилиндра с камерой зажигания на выходе в камеру зажигания имеют острые кромки, а оси каналов, сообщающих углубление в головке цилиндра с камерой зажигания, на выходе в камеру зажигания направлены по касательной к ее внутренней поверхности. В таком исполнении в конце такта сжатия и в начале такта расширения камера зажигания представляет собой полузамкнутый объем,соединенный с основной камерой сгорания только сужающе-расширяющимся каналом, вследствие чего,под действием перепада давления расширяющиеся продукты неполного сгорания с большой скоростью выбрасываются через сужающерасширяющийся канал по всему объему основной камеры сгорания, инициируя первоначальные очаги горения бедной топливовоздушной смеси. При этом образуется поджигающий факел большой мощности за счет образования химически активных продуктов неполного сгорания, которые, попадая в зону бедной топливовоздушной смеси, практически мгновенно образуют начальные очаги горения по всему объему основной камеры. Известна также форкамера двигателя внутреннего сгорания с форкамерно-факельным зажиганием (Патент 2041366, кл. 02 19/00,1992),снабженная свечой зажигания и дополнительным впускным клапаном,через который из впускной магистрали в форкамеру поступает богатая смесь, очищая ее от остаточных от предыдущего цикла газов. При этом обеспечивается эффективная продувка форкамеры, а в процессе сжатия в форкамеру поступает обогащенная топливовоздушная смесь, а это в свою очередь, позволяет обеднить поступающую в цилиндр двигателя внутреннего сгорания смесь,уменьшить угол опережения зажигания и увеличить тем самым фактическую степень сжатия. Следствием этого является уменьшение расхода топлива двигателем и выделения вредных веществ с отработавшими газами. Анализ основных технических характеристик известных форкамер показывает, что всем им присущи следующие ограничения- для реализации вышеописанных форкамер требуется видоизменение головки цилиндра, что влечет за собой большие дополнительные расходы- форкамера является устройством интенсивной эксплуатации в условиях повышенной температуры и при повреждении или выходе из эксплуатации ее невозможно оперативно заменить. Известны форкамеры, для которых нет необходимости изменять головку цилиндра, и которые устанавливаются в технологические отверстия, которые штатно предусмотрены в головке двигателей внутреннего сгорания. Например, известна форкамера (Патент 2306442, кл. 02 19/00, 1992) с перепускным каналом в виде профилированного сопла Лаваля с вмонтированной в нее свечей зажигания, которая установлена на наружной поверхности головки блока или блока цилиндров ДВС в штатном резьбовом отверстии для свечи зажигания,предусмотренном конструкцией двигателя,поставляемого заводом-изготовителем двигателя. Но эта форкамера требует изменения поверхности поршня, на которой необходимо изготовить полость, горловина которой выполнена в виде профилированного сопла Лаваля, кроме того,не предусмотрен отвод отработанных газов, что может привести к отложению нагара на поверхности форкамеры. Известна также вихревая форкамера двигателя внутреннего сгорания (Патентна полезную модель 60635, кл. 02 19/16, 1992), содержащая цилиндрический корпус с наружной и внутренней резьбами внутренней полостью и, нижним отверстием и боковыми факельными каналами. Нижнее отверстие расположено асимметрично по отношению к вертикальной оси форкамеры. Нижнее отверстие имеет тот же диаметр или меньший, чем боковые факельные каналы. Факельные каналы имеют микроканалы типа два в одном или три в одном, при этом микроканалы развернуты под углом друг к другу, что создает дополнительные условия для образования вихревого потока. Количество боковых факельных каналов от 3-х до 9-ти. Асимметрично выполненное нижнее отверстие форкамеры само имеет угол отклонения, что также создает дополнительные условия для создания вихревого движения потока. Форкамера имеет различную высоту в зависимости от типа двигателя и вида техники. В этой форкамере не предусмотрен отвод отработанных газов, что так же может привести к отложению нагара на поверхности форкамеры и уменьшению диаметра факельных каналов, что, в свою очередь, также приведет уменьшению поступления топливовоздушной смеси в форкамеру, кроме того суммарная площадь отверстий меньше площади поперечного сечения камеры воспламенения. Это приводит к дросселированию при заполнении камеры топливовоздушной смесью и уменьшению ее дозы и мощности факелов воспламенения. Увеличение площади отверстий технически не осуществимо из-за того, что это приведет к выступанию конического днища внутрь цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Наиболее близкой к заявляемой по конструкции и достигаемому результату является форкамера двигателя внутреннего сгорания (Патент 2531834, кл. 02 19/16, 2014), которая содержит корпус, резьбовое отверстие для установки свечи зажигания, резьбовой участок для вворачивания форкамеры в головку цилиндров,камеру воспламенения цилиндрической формы, днище с отверстиями в нем, при этом днище выполнено сферическим, а общая площадь отверстий выполнена больше площади поперечного сечения камеры воспламенения. Днище выполнено в форме полушара. Отверстия выполнены радиальными,цилиндрической, конической формы с расширением в сторону выхода. Изобретение обеспечивает более надежное зажигание при запуске двигателя при низких температурах, более полное сгорание топливовоздушной смеси,и повышение надежности. Однако этой форкамере также, как и вышеописанным,присущи недостатки,заключающиеся в том, что выполнение днища форкамеры в форме полушара приведет к засорению отверстий в днище, что приведет уменьшению поступления топливовоздушной смеси в форкамеру. При этом снизится КПД форкамеры. Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение,является создание компактной, простой конструкции форкамеры,обеспечивающей высокоэффективное сгорание бедной топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя, повышение топливной экономичности двигателя, уменьшение расхода топлива двигателем и выделения вредных веществ с отработавшими газами, удобство технического обслуживания и эксплуатации. Технический результат заключается в создании компактной, простой конструкции форкамеры,обеспечивающей высокоэффективное сгорание преимущественно бедных топливовоздушных смесей в цилиндре двигателя, уменьшение расхода топлива двигателем и токсичности отработавших газов, а также простоту технического обслуживания и эксплуатации, не требующей дополнительных изменений в головке цилиндра ДВС и в самом двигателе. Указанный технический результат в предлагаемой полезной модели достигается тем, что устройство,содержащее корпус,резьбовое 3 отверстие для установки свечи зажигания,резьбовой участок для вворачивания форкамеры в головку цилиндров и камеру воспламенения цилиндрической формы,для достижения технического результата дополнено отверстием для установки форсунки для впрыска топлива. При этом установка форсунки в форкамеру может осуществляться как резьбовым, так и прижимным способом. В зависимости от конструктивных особенностей ДВС отверстия для установки свечи зажигания и форсунки для впрыска топлива могут быть расположены горизонтально, вертикально или под углом к центральной оси форкамеры. Согласно изобретению указанный результат достигается также тем, что внутренняя полость форкамеры может быть изготовлена из двух соосно расположенных цилиндрических частей камеры впрыска и воспламенения и полости перепускного канала. При этом форкамера устанавливается в штатное резьбовое отверстие для свечи зажигания головки блока цилиндров. Камера сгорания форкамеры вынужденно удалена от основной камеры сгорания двигателя из-за конструктивных особенностей двухвальной головки блока цилиндров двигателя, и потому она содержит перепускной канал, по которому проходят горячие газы и пламя, кроме того, для предотвращения перегрева форкамера нуждается в охлаждении. Указанный результат достигается также тем, что для предотвращения перегрева форкамера помещена в кожух, через который прокачивается вода из штатной системы охлаждения двигателя Сущность изобретения поясняется с привлечением графических материалов, где на фиг.1 представлена форкамера с расположением свечи зажигания и форсунки для впрыска топлива под углом к центральной оси форкамеры, а на фиг.2 приведен порядок сборки форкамеры. Форкамера ДВС (фиг.1) содержит корпус 1 с резьбовым отверстием 2 для установки свечи зажигания и отверстием 3 для установки форсунки для впрыска топлива, резьбовой участок 4 для вворачивания форкамеры в головку цилиндров,камеру 5 воспламенения цилиндрической формы,полость перепускного канала 6, водяной кожух 7. В корпус форкамеры 1 (фиг.2) ввернуты свеча зажигания 8 и форсунка 9 для впрыска топлива. Сам корпус 1 форкамеры ввернут в головку блока цилиндров 10 ДВС. Предлагаемая форкамера является дополнением к штатной системе подачи топливовоздушной смеси(ТВС) в двигатель внутреннего сгорания. При этом для достижения указанного технического результата поступающая в рабочую полость цилиндра ДВС топливовоздушная смесь обедняется на 10-30. Предлагаемое устройство работает следующим образом. В такте всасывания (фиг.2) горючей смеси синхронно с впрыском топлива из штатной форсунки в воздушный коллектор цилиндра 11 ДВС происходит впрыск топлива из форсунки 9 в полость 5 форкамеры. В ходе такта сжатия ТВС по полости 6 перепускного канала из рабочей полости цилиндра 12 в камеру 5 поступает обедненная топливовоздушная смесь (ТВС), при этом в камере 5 образуется обогащенная смесь,которая воспламеняется от свечи зажигания 8. В такте рабочий ход пламя и раскаленные газы из камеры 5 по перепускному каналу 6 выбрасываются в камеру 13 сгорания цилиндра ДВС и воспламеняют обедненную ТВС, имеющуюся в ней. Следующие такты - рабочий ход и выхлоп,осуществляются в штатном режиме. Сравнительный анализ показал, что применение предлагаемой форкамеры в отличие от известных позволяет- уменьшить расход топлива за счет обеднения топливовоздушной смеси в камере сгорания ДВС,- снизить эмиссию вредных веществ, вследствие полного сгорания топлива, обеспеченного более четким воспламенением мощным факелом форкамеры Эксперименты показали,что установка форкамеры в резьбовое отверстие для свечи зажигания исключает необходимость доработки головок блоков цилиндров и позволяет осуществлять монтаж форкамер с наружной поверхности головки блока цилиндров без разборки двигателя, что существенно снижает трудоемкость работ по модернизации ДВС и производству форкамерных двигателей, делает внедрение новых типов двигателей значительно доступнее для промышленного и частного потребителя, а также упрощает их техническое обслуживание. Предлагаемое техническое решение позволяет использовать заявляемое изобретение при производстве новых двигателей внутреннего сгорания и на ДВС, находящихся в эксплуатации,так как не предусматривает изменений в конструкции головки блока цилиндров двигателя. Реализация предлагаемого изобретения не вызывает затруднений, так как для его внедрения не требуется создания новых неизвестных из уровня техники деталей и узлов и новых технологий, все входящие в него отдельно взятые блоки и узлы общеизвестны, широко описаны в технической литературе и могут быть использованы при выполнении предлагаемой форкамеры без дополнительной доработки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Форкамера, содержащая корпус, резьбовое отверстие для установки свечи зажигания,резьбовой участок для вворачивания форкамеры в головку цилиндров и камеру воспламенения цилиндрической формы, отличающаяся тем, что корпус дополнен отверстием для установки форсунки для впрыска топлива, и помещен в кожух,через который прокачивается охлаждающая жидкость из штатной системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а внутренняя полость форкамеры может быть изготовлена из двух соосно расположенных цилиндрических частей камеры впрыска и воспламенения, и полости перепускного канала. 2. Форкамера по п.1, отличающаяся тем, что установка форсунки в форкамеру может осуществляться как резьбовым, так и прижимным способом, и в зависимости от конструктивных особенностей ДВС отверстия для установки свечи зажигания и форсунки для впрыска топлива могут быть расположены горизонтально, вертикально или под углом к центральной оси форкамеры.