ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ Российский патент 1999 года по МПК F02B23/06 F02N17/02 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно двигателестроения и, в частности, к выполнению камер сгорания в поршне двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия для обеспечения пуска при низких температурах окружающей природной среды и сохранения высокой экономичности на рабочих режимах.

Известен двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий цилиндр с поршнем и размещенную в нем неразделенную камеру сгорания, головку цилиндра, размещенные в ней профилированный впускной канал для создания вращательного движения воздуха вокруг оси цилиндра, выступающую в камеру сгорания штифтовую свечу накаливания и форсунку с распылителем, по меньшей мере одно сопловое отверстие которого ориентировано на свечу таким образом, что его ось смещена по ходу вращения воздуха относительно оси штифтовой свечи и расположена по касательной к его боковой поверхности ( см. АС СССР N 844793, F 02 В 23/06, опубл. 07.07.81 ).

Недостаток данного двигателя заключается в том, что свеча накаливания расположена вблизи от распылителя. Это приводит к тому, что на свечу попадает большое количество нераспыленного топлива, увеличивая время его испарения. Кроме того, свеча накаливания расположена близко к центру камеры сгорания, где скорость воздушного вихря мала. Оба эти фактора ухудшают условия пуска двигателя.

На рабочих режимах струя топлива вблизи соплового отверстия отклоняется незначительно воздушным потоком, поэтому часть топлива попадает на свечу, ухудшая тем самым процесс смесеобразования и топливную экономичность двигателя.

Известен также двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, неразделенную камеру сгорания с горловиной, выполненную в поршне, головку цилиндра, имеющую впускной профилированный канал для создания вращательного движения воздуха вокруг оси цилиндра с клапаном, и размещенные в головке цилиндра штифтовую свечу накаливания, выступающую в камеру сгорания при положении поршня в верхней мертвой точке, и форсунку с распылителем, ось по меньшей мере одного соплового отверстия которого смещена по ходу вращения воздуха относительно оси свечи накаливания и расположена по касательной к ее боковой поверхности, при этом величина выступания свечи накаливания в камеру сгорания составляет 0,149-0,162 от диаметра верхней кромки горловины последней ( см. АС СССР N 1588884, F 02 В 23/06, F 02 N 17/02, опубл. 30.08.90).

Данный двигатель, принятый за прототип, имеет следующие недостатки. Свеча накаливания, выступающая в камеру сгорания, расположена перпендикулярно направлению вращения воздушного заряда, что нарушает его газодинамическую структуру и уменьшает скорость вихря. Кроме того, свеча накаливания расположена вблизи впускного клапана в зоне выхода воздуха из впускного канала, что ухудшает процесс впуска и уменьшает наполнение цилиндра воздухом.

Оба эти фактора в конечном итоге приводят к снижению топливной экономичности.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение топливной экономичности за счет увеличения наполнения цилиндра и улучшения процесса смесеобразования.

Поставленная задача решается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащем по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, неразделенную камеру сгорания, выполненную в поршне, головку цилиндра, имеющую впускной профилированный канал для создания вращательного движения воздуха вокруг оси цилиндра с впускным клапаном, и размещенные в головке цилиндра штифтовую свечу накаливания, выступающую в камеру сгорания при положении поршня в верхней мертвой точке, и форсунку с распылителем, ось по меньшей мере одного соплового отверстия которого расположена по касательной к боковой поверхности свечи накаливания, причем свеча накаливания размещена на максимально близком расстоянии от впускного клапана, определяемом компоновкой головки цилиндра, со стороны, противоположной выходу воздушного потока из впускного канала в цилиндр, а угол между проекцией оси свечи накаливания на плоскость, перпендикулярную оси цилиндра и касательной к цилиндрической поверхности камеры сгорания в точке их пересечения, составляет 35...45^o.

Такое конструктивное выполнение двигателя позволяет обеспечить наибольшее наполнение цилиндра воздухом за счет уменьшения сопротивления на выходе закрученного воздушного потока из клапанной щели, а также высокое качество смесеобразования вследствие незначительного снижения интенсивности воздушного вихря в камере сгорания.

На фиг. 1 и 2 показана схема двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия содержит цилиндр 1 с поршнем 2, неразделенную камеру сгорания 3, выполненную в поршне 2, головку 4 цилиндра 1 с впускным винтовым каналом 5 (показан пунктирной линией) и клапаном 6, размещенные в головке 4 свечу накаливания 7, выступающую в камеру сгорания 3 при положении поршня 2 в верхней мертвой точке и форсунку 8 с распылителем 9, ось 10 одного соплового отверстия которого смещена относительно оси 11 свечи накаливания 7 и расположена по касательной к ее боковой поверхности 12, причем свеча накаливания 7 расположена вблизи впускного канала 6 со стороны, противоположной выходу 13 воздушного потока, а проекция ее оси 11 на плоскость, перпендикулярную к оси 14 цилиндра 1, образует с касательной 15 цилиндрической поверхности 16 камеры сгорания в точке их пересечения 17 угол ϕ..

Двигатель работает следующим образом. На пусковом режиме частота вращения воздушного заряда ω незначительна и струи топлива, впрыскиваемые распылителем 9 форсунки 8 в камеру сгорания 3, не отклоняются от прямолинейного движения, при этом струя топлива с осью 10 попадает на раскаленную поверхность 12 свечи накаливания 7, испаряется и перемешивается с потоком воздуха, имеющим в зоне установки свечи 7 на периферии камеры сгорания 3 самую высокую скорость вращения. Вследствие этого происходит надежный пуск двигателя.

На рабочих режимах скорость вращения воздушного заряда ω увеличивается, что обеспечивает отклонение струй топлива по направлению его вращения (показано штрихлунктирными линиями), при этом ось 10 струи, направленной к свече накаливания 7, отклоняется от ее поверхности 12 настолько, что струя не касается поверхности свечи накаливания 7, вследствие чего не происходит ухудшения процесса смесеобразования.

Так как проекция оси 11 свеч накаливания 7 сориентирована по траектории воздушного вихря, достигается минимальное нарушение газодинамической структуры воздушного потока, а, следовательно, свеча накаливания 7 незначительно снижает скорость вращения воздушного потока.

Расположение свечи накаливания 7 вблизи впускного клапана 6 со стороны, противоположной выходу 13 воздушного потока из впускного канала 5, не вносит искажения воздушного потока в процессе впуска воздуха в цилиндр 1, благодаря чему достигается наибольшее наполнение цилиндра 1 свежим зарядом.

Предлагаемый двигатель был изготовлен и проведены его стендовые испытания, в результате которых установлено, что угол между проекцией оси свечи накаливания на плоскость, перпендикулярную оси цилиндра и касательной к цилиндрической поверхности камеры сгорания в точке их пресечения, должен находиться в пределах ϕ = 35...45^o. При ϕ < 35^o свеча недостаточно выходит в камеру сгорания, что ухудшает пуск двигателя, а при ϕ > 45^o свеча оказывает большое сопротивление воздушному вихрю и ухудшает процесс смесеобразования.

При ϕ = 35...45^o топливная экономичность двигателя возрастает на 5 - 7% по сравнению с известными аналогами.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно -двигателестроения, в частности к выполнению камер сгорания в поршне двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия для обеспечения пуска при низких температурах окружающей среды и сохранения высокой экономичности на рабочих режимах. Двигатель содержит цилиндр с поршнем, неразделенную камеру сгорания, выполненную в поршне, головку цилиндра с впускным винтовым каналом и клапаном. В головке размещены свеча накаливания, выступающая в камеру сгорания при положении поршня в верхней мертвой точке, форсунка с распылителем. Ось одного соплового отверстия распылителя расположена по касательной к боковой поверхности свечи накаливания, размещенной вблизи впускного канала со стороны, противоположной выходу воздушного потока. Проекция оси свечи накаливания на плоскость, перпендикулярную оси цилиндра, образует с касательной к цилиндрической поверхности камеры сгорания в точке их пересечения угол ϕ = 35. . . 45^o. Изобретение обеспечивает повышение топливной экономичности за счет увеличения наполнения цилиндра и улучшения процесса смесеобразования. 2 ил.

Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, неразделенную камеру сгорания, выполненную в поршне, головку цилиндра, имеющую впускной профилированный канал для создания вращательного движения воздуха вокруг оси цилиндра с впускным клапаном, и размещенные в головке цилиндра штифтовую свечу накаливания, выступающую в камеру сгорания при положении поршня в верхней мертвой точке, и форсунку с распылителем, ось по меньшей мере одного соплового отверстия которого расположена по касательной и боковой поверхности, свечи накаливания, отличающийся тем, что свеча накаливания размещена на максимально близком расстоянии от впускного клапана, определяемой компоновкой головки цилиндра, со стороны, противоположной выходу воздушного потока из впускного канала в цилиндр, а угол ϕ между проекцией оси свечи накаливания на плоскость, перпендикулярную оси цилиндра и касательной к цилиндрической поверхности камеры сгорания в точке их пересечения составляет 35...45^o.