СПОСОБ РАБОТЫ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B23/00 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, который содержит дополнительную камеру сжатия, находящуюся в неподвижном корпусе, установленном на головке цилиндров с перемещающимся плунжером, и сообщенную с камерой сгорания через газораспределительные каналы [1] .

В известном устройстве рабочая смесь воспламеняется от сжатия в дополнительной камере и через газораспределительные каналы, перекрываемые плунжером при определенном давлении, воспламенят рабочую смесь в камере сгорания двигателя.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания с изменяющимся объемом камеры сгорания, имеющей дополнительный поршень, зафиксированный в крайнем верхнем положении под воздействием блока пружин и кинематически связанный с клиновидными в сечении внутренними и наружными кольцами, установленными на головке цилиндров и изготовленных из материалов, имеющих различный коэффициент теплового расширения, что позволяет изменять объем камеры сгорания в зависимости от теплового режима работы двигателя [2] .

Недостатком известного способа является то, что при различных режимах работы двигателя максимальное значение степени сжатия не может превышать 9-10 ед.

Целью изобретения является повышение мощностных и экономических характеристик карбюраторных двигателей внутреннего сгорания без применения высокооктанового топлива до уровня дизельного двигателя.

Это достигается тем, что при предлагаемом способе работы двигателя внутреннего сгорания воспламенение топливовоздушной смеси возникает от сжатия при увеличении степени сжатия от 6-7 до 19-20 ед. в результате уменьшения камеры сгорания при движении дополнительного поршня, установленного в головке двигателя, от крайнего верхнего положения к крайнему нижнему положению под воздействием блока пружин, имеющих предварительное сжатие, в момент сброса упорной штанги с фиксатора кривошипного механизма и прохождения основным поршнем положения верхней мертвой точки.

Работа одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя с воспламенением рабочей смеси от сжатия показана на фиг. 1-5.

В начале такта впуска (см. фиг. 1) упорная штанга 5, кинематически связанная с дополнительным поршнем 2, находится в крайнем нижнем положении и зафиксирована на эластичном упоре 6. Дополнительный поршень 2 под воздействием блока пружин 3 находится в крайнем нижнем положении. Пружины в блоке 3 имеют предварительное сжатие с силой
Q = 70 кг/см² ˙ S_n, где S_n - площадь поперечного сечения основного 1 или дополнительного поршня 2.

Данная и последующие формулы верны при равных диаметрах основного 1 и дополнительного 2 поршней.

При движении основного поршня 1 к нижней мертвой точке при такте впуска рабочий цилиндр 8 наполняется топливовоздушной смесью. Дополнительный поршень 2 движется к крайнему верхнему положению.

Во время такта сжатия (см. фиг. 2) рабочий поршень 1 движется к верхней мертвой точке. Дополнительный поршень 2 под воздействием кривошипа 4 через упорную штангу 5 движется к крайнему верхнему положению от начала такта впуска до окончания такта сжатия на расстояние
L = h· где ε_к - степень сжатия в дефорсированном карбюраторном двигателе ( ε_к = 6-7 ед);
ε_д - степень сжатия в дизельном двигателе ( ε_д = 19-20 ед);
h - длина рабочего хода основного поршня 1,
равное удвоенному плечу кривошипа 4.

Блок стабилизирующих пружин 3 дополнительно сжимается с силой
Q'= Q+(k˙L˙Z), где Q - нажимная сила в пружинном блоке 3 при нахождении дополнительного поршня 2 в крайнем нижнем положении;
k - коэффициент жесткости пружины (k= = 5-7 кг/мм);
L - рабочий ход дополнительного поршня 2 от крайнего нижнего положения до крайнего верхнего положения;
Z - число пружин в блоке 3, принимаемое из конструктивных соображений Z = где S - площадь поршня в поперечном сечении;
Р₂ - расчетное максимальное давление в камере сгорания при максимальных нагрузках (Р = 80 кг/см²);
Р₁ - расчетное максимальное давление в камере сгорания при минимальных нагрузках (Р = 70 кг/см²);
k - коэффициент жесткости пружины в блоке 3;
f₁ - величина деформации пружины в блоке 3 при нахождении дополнительного поршня 2 в крайнем верхнем положении;
f_o - величина деформации пружины в блоке 3 при нахождении дополнительного поршня 2 в крайнем нижнем положении.

На схеме (см. фиг. 3) изображен момент воспламенения рабочей смеси в конце такта сжатия. В момент прохождения основным поршнем 1 положения ВМТ сектор 9, закрепленный на валу кривошипа 4, производит сброс упорной штанги 5 из зафиксированного положения на кривошипном механизме 4 во взведенном положении.

Дополнительный поршень 2 под воздействием блока стабилизирующих пружин 3 движется к крайнему нижнему положению, повышая степень сжатия в камере сгорания от 6-7 до 19-20 ед. В результате происходит воспламенение и сгорание рабочей смеси при давлении р = 70-80 кг/см², что обеспечивается подбором пружин в блоке 3 для каждой конструкции двигателя в отдельности по приведенной формуле.

На схеме (см. фиг. 4) изображен процесс рабочего хода двигателя. При понижении давления в камере сгорания до 60-70 кг/см² дополнительный поршень 2 подходит к крайнему нижнему положению и упорная штанга 5 фиксируется на кривошипном механизме 4 при нахождении плеча кривошипа в нижнем положении.

На схеме (см. фиг. 5) изображен такт выпуска отработанных газов. Дополнительный поршень 2 находится в крайнем нижнем положении. Основной поршень движется к верхней мертвой точке. (56) Авторское свидетельство СССР N 28736, кл. F 02 P 5/10, 1929.

Патент США N 2842107, кл. F 02 B 23/00, 1958.

Сущность изобретения заключается в следующем. С начала процесса впуска до окончания процесса сжатия дополнительный поршень посредством упорной штанги под воздействием кривошипного механизма движется от крайнего нижнего до крайнего верхнего положения, дополнительно сжимая пружины в блоке. В процессе сжатия основной поршень движется от нижней к верхней мертвой точке. При приближении основного поршня к верхней мертвой точке топливовоздушная смесь в камере сгорания имеет степень сжатия 6 - 7 ед. В момент прохождения основным поршнем положения верхней мертвой точки сектор, закрепленный на коленчатом валу, производит сброс упорной штанги с фиксатора кривошипного механизма и дополнительный поршень под воздействием блока пружин движется к крайнему нижнему положению, увеличивая степень сжатия в камере сгорания от 6 - 7 до 19 - 20 ед. В результате происходит воспламенение и сжигание топливовоздушной смеси с повышением давления в камере сгорания до P=70-80 кг/см². В процессе рабочего хода при расширении продуктов сгорания основной поршень движется к нижней мертвой точке, совершая полезную работу. Дополнительный поршень движется к нижнему крайнему положению и фиксируется в этом положении при упоре штанги на эластичную опору. При прохождении основным поршнем положения нижней мертвой точки в конце процесса рабочего хода упорная штанга фиксируется на кривошипе взводного механизма. В процессе выпуска при движении основного поршня к верхней мертвой точке происходит очищение рабочего цилиндра от продуктов сгорания. Дополнительный поршень находится в крайнем нижнем положении. 5 ил.

СПОСОБ РАБОТЫ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ путем впуска в цилиндр топливо-воздушной смеси при движении основного поршня, соединенного при помощи кривошипно-шатунного механизма с коленчатым валом двигателя, к нижней мертвой точке сжатия топливо-воздушной смеси основным поршнем при его движении к верхней мертвой точке с одновременным сжатием блока пружин дополнительного поршня сброса блока пружин дополнительного поршня и перемещение последнего навстречу основному поршню, воспламенения топливо-воздушной смеси от сжатия в момент подхода основного поршня к верхней мертвой точке, сгорания топливовоздушной смеси, расширения продуктов сгорания при движении основного поршя к нижней мертвой точке и выпуска отработавших газов при движении основного поршня к верхней мертвой точке, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности и улучшения экономических показателей воспламенение топливо-воздушной смеси производят при увеличении степени сжатия ε = от 6-7 до 19-20 ед. , а сжатие блока пружин и их сброс осуществляет посредством упорной штанги, кинематически связанной с кривошипно-шатунным механизмом и коленчатым валом двигателя.