ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02B23/00 

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия или с принудительным воспламенением, а именно к конструкции двигателей с вихревой камерой сгорания в головке цилиндра.

Известны вихревые камеры сгорания, выполненные в поршне и в виде части сферы и дополнительно снабженные двумя ярусами тангенциальных пазов - каналов в днище поршня (а.с. СССР N 1606719, F 02 B 23/06, 1990) или систему сопряженных между собой открытых пазов - каналов (а.с. СССР N 1677355, F 02 B 23/06, 1991) или с турбулизаторами - системой пазов в ребрах цилиндрических выемок, сопряженных с камерой (а.с. СССР N 1599567, F 02 B 23/06, 1990).

Известен также двухтактный ДВС с камерой сгорания в виде части сферы в головке с цилиндрическим кольцевым выступом на горловине камеры и соответствующей ему цилиндрической выемкой на днище поршня, а в кольцевом выступе головки выполнены тангенциальные пазы (а.с. СССР N 1752995, F 02 B 23/06, 1992).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является ДВС, содержащий цилиндропоршневую группу со свечой (форсункой) в головке цилиндра, поршень которой кинематически связан с выходным валом, расположенную в головке камеру сгорания, имеющую средство формирования вихревого движения рабочего тела при продувке открытых каналов на горловине камеры сгорания, выполненных с углами тангенциальности и спиральности к электроду свечи (распылителю форсунки) (патент ГДР N 91936, кл. 46a 23/00, оп. 1972).

Выполнение известного двигателя с тангенциально-спиральными каналами-отверстиями имеет низкую технологичность и недостаточно высокие термодинамические свойства из-за перекрытия части продуваемого объема стенками каналов. Вариант выполнения камеры с открытыми каналами-пазами в стенках камеры имеет недостаточно высокие термодинамические свойства из-за преобладания спиральности или тангенциальности расположения каналов в горловине.

Изобретение решает задачу улучшения термодинамических свойств двигателя с одновременным улучшением технологичности изготовления двигателя посредством обеспечения продувки камеры и системы с помощью системы сопряженных парных каналов на горловине с сопряжением пар между собой и с камерой.

Поставленная задача решается тем, что ДВС, содержащий цилиндропоршневую группу со свечой (форсункой) в головке цилиндра, поршень которой кинематически связан с выходным валом, расположенную в головке камеру сгорания, имеющую средство формирования вихревого движения рабочего тела при продувке из открытых каналов на горловине камеры сгорания, выполненных с углами тангенциальности и спиральности, к электроду свечи (распылителю форсунки), каналы на горловине сопряжены между собой в пары, также сопряженные между собой с образованием системы.

Каждая пара каналов имеет один канал с цилиндрической тангенциальной электроду свечи (распылителю форсунки) стенку, выполненную под углом тангенциальности α= 23-29^o и спиральности β= 41-49^o, а второй канал имеет стенку, дополнительно спрофилированную под углами тангенциальности и спиральности соответственно γ= 15,5-24,5^o, θ= 11-21^o и θ′= 2-9^o.

Центр системы парных каналов на горловине камеры сгорания смещен относительно нее в сторону выхлопного клапана (канала), а центр горловины камеры - относительно оси цилиндра в сторону выпускного клапана соответственно на 8-10 и 15-35% от диаметра цилиндра.

Выполнение камеры с системой сопряженных между собой и с камерой каналов обеспечивает вихревое движение рабочего тела в камере с обеспечением перемешивания и продувки, а открытость системы позволяет легко выполнить каналы без использования сложного технологического оборудования. Оптимальное сочетание тангенциальности и спиральности системы сопряженных парных каналов обеспечивает поступление перемешанной смеси в камеру, что способствует более полному сгоранию ее с увеличением мощности и уменьшению токсичности продуктов сгорания.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена головка цилиндра, вид со стороны вала, с вихревой камерой сгорания в виде части сферы, на фиг. 2 - сеч. по А-А на фиг. 1, на фиг. 3 и 4 - сеч. по Б-Б и С-С соответственно фиг. 1.

Двигатель содержит цилиндропоршневую группу (ЦПГ), поршень которой кинематически связан с выходным валом, головку 1 цилиндра со свечой или форсункой /ЦПГ и свеча условно не показаны).

В головке 1 выполнена в виде части сферы камера сгорания 2 с системой парных каналов 3 на горловине и резьбовым отверстием 4 для свечи (форсунки).

С частью сферической поверхности 5 камеры сгорания 2 (фиг. 2) сопряжены каналы 3' и 3'', которые входят в камеру сгорания 2 в разных плоскостях. Один канал (3') в каждой паре 3 системы имеет цилиндрическую тангенциальную электроду свечи (распылителю форсунки) стенку, выполненную под углами тангенциальности α= 23-29^o и спиральности β= 41-49^o, второй канал (3'') имеет стенку, дополнительно спрофилированную под углами тангенциальности и спиральности соответственно γ= 15,5-24,5^o θ= 11-21^o и θ′= 2-9 ^o.

Работает двигатель следующим образом.

Заполнение камеры сгорания 2 рабочим телом с началом открытия продувочных окон (клапанов) производится с образованием вихревого движения вокруг электрода свечи (для дизеля - распылителя форсунки), начиная от горловины до дна камеры вследствие "контактирования" потока с тангенциальными и спиральными поверхностями каналов 3' и 3'' системы парных каналов 3, что обеспечивает оптимальную турбулизацию рабочего тела с минимальными аэродинамическими потерями, как и максимальную полноту сгорания и продувку.

Преобразование энергии рабочего тела во вращение выходного вала осуществляется известным образом посредством любого известного преобразователя.

Оптимальное сочетание углов тангенциальности и спиральности системы парных каналов, эксцентриситет ее центра относительно центра горловины и смещение горловины от оси цилиндра, а также расположение свечи (форсунки) в камере определяются экспериментальными исследованиями с учетом индивидуальных параметров каждого вида и типоразмера двигателя, а также формы камеры сгорания.

Камера может иметь любую из известных форму - цилиндрическую, торовую, туннельную и т.п.

Эффективность двигателя с камерой в виде части сферы подтверждена стендовыми и эксплуатационными испытаниями. После доработки головки цилиндра лодочного мотора расход топлива уменьшился на 20% на максимальном режиме с увеличением мощности на 7%. Также уменьшились на 10-15% общие гидравлические потери системы, улучшена на 13^o дроссельная характеристика и стабильность запуска двигателя.

Эксплуатационные испытания двигателя "Вихрь-30" с доработанной соответствующим образом головкой показали снижение расхода топлива на 30% на расстоянии 200 км.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в ДВС с вихревой камерой сгорания в головке цилиндра. Двигатель содержит цилиндропоршневую группу со свечой (форсункой) в головке цилиндра, расположенную в головке камеру сгорания, имеющую средство формирования вихревого движения рабочего тела при продувке из открытых каналов на горловине камеры сгорания, каналы на горловине сопряжены между собой в пары, также сопряженные между собой с образованием системы. Один канал в каждой паре и системе имеет цилиндрическую стенку, выполненную с углами тангенциальности α и спиральности β, а второй канал имеет стенку, дополнительно спрофилированную под углами тангенциальности и спиральности γ,θ и θ′. Изобретение улучшает термодинамические свойства двигателя. 4 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндропоршневую группу со свечой (форсункой) в головке цилиндра, поршень которой кинематически связан с выходным валом, расположенную в головке камеру сгорания, имеющую средство формирования вихревого движения рабочего тела при продувке из открытых каналов на горловине камеры сгорания, выполненных с углами тангенциальности и спиральности к электроду свечи (распылителю форсунки), отличающийся тем, что каналы на горловине сопряжены между собой в пары, также сопряженные между собой с образованием системы. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что один канал в каждой паре системы имеет цилиндрическую тангенциальную электроду свечи (распылителю форсунки) стенку, выполненную под углами тангенциальности α = 23 - 29^o и спиральности β = 41 - 49^o, а второй канал имеет стенку дополнительно спрофилированную под углами тангенциальности и спиральности соответственно γ = 15,5 - 24,5^o, θ = 11 - 21^o и θ′ = 2 - 9^o. 3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что центр системы парных каналов на горловине камеры сгорания смещен относительно ее в сторону выхлопного клапана (канала), а центр горловины камеры - относительно оси цилиндра в сторону впускного клапана соответственно на 8 - 10 и 15 - 35% от диаметра цилиндра.