ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B19/00 

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к поршневым двигателям внутреннего сгорания с форкамерно-факельным зажиганием.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра, в которой выполнены основная камера сгорания и форкамера, состоящая из полости впрыскивания с форсункой и из полости зажигания со свечой. Две упомянутые полости разделены между собой посредством клапана, а полость зажигания форкамеры связана с основной камерой сгорания сопловым каналом.

Известный двигатель сложен по конструкции и в нем трудно осуществить эффективный процесс в широком диапазоне рабочих режимов.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, основную камеру сгорания, впускной канал, сообщенный с основной камерой сгорания через впускной клапан, и форкамеру, расположенную в головке цилиндра и состоящую из полости впрыскивания с форсункой и из полости зажигания со свечой. Полость зажигания соединена с основной камерой сгорания сопловым каналом. Между ним и впускным каналом в головке цилиндра выполнен вытеснитель. Ось распылителя форсунки расположена на прямой, пересекающей обе полости форкамеры и боковую поверхность упомянутого соплового канала вблизи от места его сопряжения со стенкой полости зажигания. В вертикальной плоскости ось распылителя форсунки расположена внутри отрицательного угла (измеряемого по часовой стрелке), образованного между торцевой поверхностью вытеснителя и осью свечи зажигания.

В процессе впуска в цилиндр двигателя поступает бедная смесь или только воздух, а в форкамеру богатая смесь, часть которой через сопловый канал попадает в цилиндр и, перемешиваясь с бедной цилиндровой смесью, образует смесь промежуточного состава. Последняя, поступая в процессе сжатия в форкамеру, обедняет богатую смесь. Переобеднение форкамерной смеси к моменту зажигания в ней обуславливает недостаточно эффективное протекание процесса сгорания в двигателе и как следствие увеличение расхода топлива и токсичности выхлопа. Принятое в известном двигателе расположение оси распылителя форсунки (при использовании одной форсунки на цилиндр) дополнительно затрудняет достижение оптимального распределения топлива в цилиндре и форкамере при различных режимах работы. Повышение расхода топлива через форсунку приводит к увеличению расслоения заряда, что отрицательно влияет на эффективные показатели двигателя и токсичность отработавших газов.

Задачей изобретения является повышение топливной экономичности двигателя при снижении выбросов токсичных веществ с отработавшими газами.

Эта задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр с размещенным в нем поршнем, основную камеру сгорания, впускной канал, сообщенный с основной камерой сгорания через впускной клапан, и форкамеру, расположенную в головке цилиндра и состоящую из полости впрыскивания с форсункой и из полости зажигания со свечой, расположенная в головке цилиндра основная камера сгорания со стороны ее боковой стенки ограничена вытеснителем, в теле которого выполнена упомянутая полость зажигания с торцом, открытым в щелевой объем, образуемый между днищем поршня и обращенной к нему торцевой поверхностью вытеснителя при положении поршня в верхней мертвой точке.

Ось распылителя форсунки расположена на прямой, проходящей через упомянутый открытый в щелевой объем торец полости зажигания. Ось распылителя форсунки в вертикальной плоскости расположена внутри положительного угла, образованного между торцевой поверхностью вытеснителя и осью свечи зажигания.

При таком выполнении двигателя в процессе сжатия в полости зажигания образуется легковоспламеняемая смесь оптимального состава, после воспламенения которой факел продуктов сгорания выбрасывается через щелевой объем, поджигая смесь во всем объеме камеры сгорания. Благодаря повышению эффективности сгорания в двигателе достигается повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов.

На фиг. 1 показан предлагаемый двигатель внутреннего сгорания (при впуске), поперечный разрез; на фиг.2 то же, фрагмент; на фиг.3 двигатель при положении поршня в конце такта сжатия, поперечный разрез.

Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнем 2 и головку 3 цилиндра с расположенными в ней основной камерой сгорания 4, форкамерой 5 и впускным каналом 6, сообщенным с основной камерой сгорания 4 через впускной клапан 7. Форкамера 5 состоит из полости впрыскивания 8, в стенку которой ввернута форсунка 9 с распылителем 10, и полости зажигания 11, в стенку которой ввернута свеча зажигания 12. Основная камера сгорания 4 со стороны ее боковой стенки 13 (боковая стенка 13 расположена со стороны форкамеры 5) ограничена вытеснителем 14, в теле которого выполнена упомянутая полость зажигания 11 с торцом 15, открытым в щелевой объем 16, образуемый между днищем 17 поршня 2 и обращенной к нему и совпадающей с торцом 15 полости 11 торцевой поверхностью вытеснителя 14 при положении поршня в верхней мертвой точке. Ось 18 распылителя 10 форсунки 9 расположена на прямой, проходящей через обе полости 8 и 11 и через торец 15 полости 11 в щелевой объем 16. Ось 18 в вертикальной плоскости расположена внутри положительного угла (измеряемого против часовой стрелки), образованного между торцевой поверхностью 15 вытеснителя 14 и осью 19 свечи зажигания 12. Отношение объема V_ВПР полости 8 к общему объему V_ф форкамеры 5 1 > > где ε сте пеньсжатия двигателя. Двигатель снабжен также выпускным клапаном, через который камера сгорания 4 сообщена с выпускным каналом.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом. Из впускного канала 6 через открытый впускной клапан 7 в цилиндр 1 поступает чистый воздух. При впуске из распылителя 10 форсунки 9 впрыскивается топливо, которое, частично задерживаясь в полости впрыскивания 8 и в полости зажигания 11, подается непосредственно в цилиндр, где в процессе впуска и сжатия происходит его испарение и смешение с зарядом цилиндра 1, образуя цилиндровую смесь. При этом в зоне вытеснителя 14, расположенной под полостью 11, создается зона обогащения. В процессе сжатия смесь из упомянутой зоны направленным потоком поступает в форкамеру 5, вытесняя остаточные от предыдущего цикла газы, и полость 8, образуя легковоспламеняемую смесь в полости зажигания 11. При этом свеча зажигания 12 оказывается вне траектории основного потока отработавших газов. В конце такта сжатия смесь в форкамере 5 поджигается свечой зажигания 12. В это время поршень 2 подходит к вытеснителю 14 и образует щелевой объем 16, через который факел продуктов сгорания смеси оптимального состава из форкамеры 5 воспламеняет смесь во всем объеме камеры сгорания 4. При соблюдении неравенства 1 > > обеспечивается возмож- ность эффективной очистки при сжатии полости зажигания 11 от остаточных газов и эффективного зажигания в форкамере 5.

Таким образом, благодаря выполнению полости зажигания 11 открытой в щелевой объем 16 в зоне вытеснителя 14, 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.

Использование: в поршневых двигателях внутреннего сгорания с форкамерно-факельным зажиганием. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр с размещенным в нем поршнем, основную камеру сгорания, впускной канал и форкамеру, расположенную в головке цилиндра и состоящую из полости впрыскивания, с форсункой и из полости зажигания со свечой. Расположенная в головке цилиндра основная камера сгорания со стороны ее боковой стенки ограничена вытеснителем, в теле которого выполнена упомянутая полость зажигания с торцом, открытым в щелевой объем, образуемый между днищем поршня и обращенной к нему торцевой поверхностью вытеснителя при положении поршня в верхней мертвой точке. Ось распылителя форсунки расположена на прямой, проходящей через упомянутый открытый в щелевой объем торец полости зажигания. В вертикальной плоскости ось распылителя форсунки расположена внутри положительного угла, образованного между торцевой поверхностью вытеснителя и осью свечи зажигания. При таком выполнении двигателя в процессе сжатия в форкамеру направленным потоком поступает обогащенная топливно-воздушная смесь, вытесняя остаточные газы в полость впрыскивания и образуя легковоспламеняемую смесь вполости зажигания, а после воспламенения факел продуктов сгорания смеси оптимального состава выбрасывается через упомянутый щелевой объем, поджигая смесь во всем объеме камеры сгорания. Следствием эффективного процесса сгорания в двигателе является уменьшение расхода топлива и токсичности отработавших газов. 2 з. п.ф-лы, 3 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, основную камеру сгорания, впускной канал, сообщенный с основной камерой сгорания через впускной клапан, и форкамеру, расположенную в головке цилиндра и состоящую из полости впрыскивания с форсункой, и из полости зажигания со свечой, отличающийся тем, что расположенная в головке цилиндра основная камера сгорания со стороны ее боковой стенки ограничена вытеснителем, в теле которого выполнена полость зажигания с торцом, открытым в щелевой объем, образуемый днищем поршня и торцевой поверхностью вытеснителя при положении поршня в верхней мертвой точке. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ось распылителя форсунки расположена на прямой, проходящей через торец полости зажигания, открытой в щелевой объем цилиндра. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ось распылителя форсунки в вертикальной плоскости расположена внутри положительного угла, образованного торцевой поверхностью вытеснителя и осью свечи зажигания.