КАМЕРА СГОРАНИЯ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F02B23/08 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от искры с камерами сгорания (КС), разделенными на две части и более.

Известна камера сгорания карбюраторного двигателя, образованная поверхностью крышки цилиндра, частью поверхности цилиндра и поверхностью ступенчатого днища поршня. Плоскость разъема крышки и блока цилиндра перпендикулярна оси цилиндра, и объем КС разделяется на две полости за счет выступа в крышке цилиндра (См. RU №2164301, 7 F 02 B 23/00, 2002 г.) - прототип.

Двигатели с такими КС, в которых сгорание смеси протекает в две стадии, обладают хорошими антидетонационными показателями. Однако, разделение объема КС на полости за счет выступа в крышке имеет два недостатка. Во-первых, конструктивно сложно обеспечить требуемое охлаждение выступа, чтобы не допустить его перегрева и, соответственно, калильного зажигания горючей смеси от поверхности. Во-вторых, наличие выступа в крышке приводит при прочих равных условиях к необходимости уменьшения сечения впускных и выпускных каналов, а следовательно, к увеличению газодинамических потерь двигателя.

Задача изобретения - улучшение антидетонационных свойств поршневого двигателя, снижение газодинамических потерь и обеспечение требуемого охлаждения выступающих поверхностей КС.

Для решения данной задачи предложена двухполостная камера сгорания поршневого двигателя внутреннего сгорания, образованная плоской поверхностью крышки, частью поверхности цилиндра и поверхностью ступенчатого днища поршня, причем плоскость разъема крышки и блока цилиндра выполнена под углом, не равным 90°, к оси цилиндра, а камера сгорания разделена на две или более клиновые полости ребрами ступеней днища поршня.

На фиг.1 изображен общий вид камеры сгорания; на фиг.2 - вид на поверхность крышки цилиндра со стороны разъема; на фиг.3 - вид на крышку цилиндра со стороны плоскости разъема в случае установки разных по диаметру тарелок впускного и выпускного клапанов; на фиг.4 - вид со стороны разъема при разных диаметрах тарелок клапанов; на фиг.5 - схема КС с трехступенчатым днищем поршня.

Камера сгорания (фиг.1) образована плоской поверхностью крышки цилиндра 1, частью поверхности цилиндра и поверхностью ступенчатого днища поршня 2. Особенность устройства состоит в том, что плоскость разъема крышки цилиндра 3 выполнена под углом к оси цилиндра, не равным 90° (угол γ на фиг.1), и ребро ступенями поршня делит объем КС на две клиновые полости - полость I и полость II. Такое конструктивное решение позволяет увеличить площадь впускных и выпускных каналов пропорционально величине 1/sinγ при плоской поверхности крышки цилиндра и позволяет достаточно просто обеспечить хорошее охлаждение всех поверхностей КС. При простой геометрической форме крышки цилиндра и днища поршня свободно размещаются клапаны с большими проходными сечениями и свеча зажигания 4 (фиг.2). На фиг.1 поверхность поршня, разделяющая днище на верхнюю и нижнюю ступени, расположена по оси цилиндра, и КС разделяется на две равные по объему подобные друг другу полости. В такой конструкции КС угол γ (фиг.1) зависит от степени сжатия двигателя и отношения хода поршня к его диаметру. Например, при степени сжатия 10 и отношении хода к диаметру поршня, равному 1, угол γ=66°. С увеличением степени сжатия угол γ увеличивается.

На фиг.2 показан вид на поверхность крышки цилиндра со стороны плоскости разъема. При симметричном расположении двух равных по размерам клапанов свободно компонуются клапаны с диаметрами тарелок, составляющими 0,45 от диаметра поршня. При этом в ВМТ можно обеспечить подъем клапанов, равный 2 мм (при диаметре поршня 100 мм), что приемлемо для перекрытия клапанов при переходе процесса работы двигателя с выпуска на впуск.

На фиг.3 показан вид на крышку цилиндра со стороны плоскости разъема в случае установки разных по диаметру тарелок впускного и выпускного клапанов. Диаметр тарелки впускного клапана примерно на 20% больше диаметра тарелки выпускного клапана, как практикуется в двигателестроении. При такой компоновке клапанов КС разделяется на две разные по объему полости I и II (фиг.4), а впускной канал можно изготовить с диаметром, равным 46% от диаметра поршня. По аналогии можно выполнить поршень с днищем из трех ступеней и более с равными или разными по размерам полками ступеней и получить КС, разделенную на равные или разные по объему полости.

На фиг.5 показана схема КС с трехступенчатым днищем поршня, разделенная на три равные по объему полости I, II и III. В зависимости от места расположения свечи можно организовать двухстадийный или трехстадийный процесс сгорания.

При расположении свечи в центральной плоскости II получается двухстадийный процесс сгорания. После искрового разряда в полости II начинается первая стадия горения. Фронт пламени поджимает еще несгоревшую смесь и она вытесняется в средние I и II полости через щель между ребром ступени днища поршня и поверхностью крышки. Вслед за несгоревшими газами выбрасывается факел горящих газов, который дополнительно турбулизирует газовую смесь в полостях I, II и способствует более быстрому и полному ее дожиганию на второй, завершающей стадии сгорания.

При расположении свечи в крайней, например, в полости I процесс сгорания будет протекать в три стадии. На первой стадии начинается развитие горения в I полости. Несгоревшая смесь, а затем и факел горящих газов через щель между первым ребром ступени и поверхностью крышки выбрасываются во II полость, и протекает вторая стадия сгорания. Далее несгоревшая смесь и факел пламени забрасываются через щель между вторым ребром ступени поршня и поверхностью крышки в III полость, и протекает третья завершающая стадия сгорания.

Технический результат - улучшение антидетонационных свойств и уменьшение газодинамических потерь двигателя.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от искры с камерами сгорания, разделенными на две части и более. Камера сгорания образована плоской поверхностью крышки цилиндра, частью поверхности цилиндра и ступенчатой поверхностью днища поршня. Плоскость разъема крышки и блока цилиндра выполнена под углом, не равным 90°, к оси цилиндра, и объем делится ребрами ступеней днища поршня на клиновые полости. Изобретение обеспечивает улучшение антидетонационных свойств и уменьшение газодинамических потерь двигателя. 5 ил.

Камера сгорания поршневого двигателя внутреннего сгорания, образованная плоской поверхностью крышки, частью поверхности цилиндра и поверхностью ступенчатого днища поршня, причем плоскость разъема крышки и блока цилиндра выполнена под углом, не равным 90°, к оси цилиндра, а камера сгорания разделена на две или более клиновые полости ребрами ступеней днища поршня.