ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2010 года по МПК F02B19/08 F02B23/00 

Настоящее изобретение относится к поршневому двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием, работающему либо по четырехтактному, либо по двухтактному циклу.

В частности, он относится к двигателям с искровым зажиганием на бедной смеси, в которых используется способ заряда топливной смеси с послойным распределением. Двигатель может работать в режиме частичной нагрузки, даже в режиме холостого хода, без дросселирования воздухозабора с целью увеличения термического кпд в режиме частичной нагрузки.

Настоящее изобретение может использоваться в автомобилях и мотоциклах и может обеспечить большую экономию топлива.

Конструкция двигателя по настоящему изобретению обеспечивает его работу либо с постоянным значением степени сжатия, либо с переменным значением степени сжатия.

В частности настоящее изобретение относится ко множеству разработок и усовершенствований двигателя внутреннего сгорания, описанных в WO 2005/052335.

Таким образом, в настоящем изобретении предлагается двигатель, в состав которого входит:

цилиндр;

поршень, расположенный в цилиндре для возвратно-поступательного движения внутри него;

средство подвода воздуха, сообщающееся с цилиндром;

средство выхлопа, сообщающееся с цилиндром;

камера сгорания с непрямым впрыском, сообщающаяся с цилиндром и имеющая по отношению к поршню ближний конец и дальний конец;

проходной канал, обеспечивающий сообщение цилиндра с камерой сгорания в зоне ближнего торца, при этом проходной канал обеспечивает подачу воздушной струи в камеру сгорания во время такта сжатия поршня;

средство, обеспечивающее движение воздуха внутри камеры сгорания в форме движения спирального завихрения с тангенциальной составляющей скорости вокруг камеры сгорания и осевой составляющей скорости вдоль камеры сгорания, при этом осевая составляющая скорости направлена в сторону от ближнего торца к дальнему торцу;

средство искрового зажигания, расположенное в камере сгорания;

средство инжекции топлива, сообщающееся с камерой сгорания, обеспечивающее подачу топлива в упомянутую воздушную струю для подготовки воспламеняемой от искры смеси в газе при его приближении к средству искрового зажигания для управления процессом инжекции топлива и процессом искрового зажигания;

контроллер для управления процессом инжекции топлива и процессом искрового зажигания;

характеризующийся тем, что осевая составляющая скорости движения закрутки обусловлена поверхностью в форме винтового уклона, расположенной внутри камеры сгорания.

Ниже будет отмечено, что в двигателе, описанном в предыдущей заявке WO 2005/052335, проходной канал использовался в качестве исключительного средства регулирования как тангенциальной составляющей скорости, так и осевой составляющей скорости, что необходимо для обеспечения закрученного течения в камере сгорания. Спиральное закручивание (завихрение) важно для обеспечения стратификации смеси, как это предусмотрено изобретением. Осевая составляющая генерируется благодаря наклону оси проходного канала к оси камеры сгорания на угол более 90°. Тангенциальное положение проходного канала определяло периферийную или «вихревую» составляющую скорости. Однако такой простой конструкции необходим относительно длинный проходной канал, обеспечивающий устойчивость осевой составляющей скорости протекающего через него газа. Чрезмерная длина снижает термический кпд двигателя из-за увеличения трения газа и потери тепла стенками канала при прохождении через него газа с высокой скоростью. Устройство входа в канал с торца цилиндра под наклоном приводит к образованию удлиненного эллиптического отверстия, из-за чего сокращается площадь под клапаны, и осложняется вентиляция двигателя.

В настоящем изобретении предлагается усовершенствованное и новое средство для задания, по крайней мере, осевой составляющей скорости в камере сгорания для задания точного закрученного течения. Применение данного изобретения устраняет все недостатки, упомянутые в последнем параграфе. Цель изобретения достигается путем создания соответствующей внутренней поверхности (поверхностей) внутри камеры сгорания. При этом отпадает необходимость выполнять проходной канал под наклоном. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения данная цель достигается либо путем профилирования торцевой стенки в зоне ближнего торца камеры, что обеспечивает формирование винтового уклона, либо выполнением винтовой проточки на периферии камеры, либо сочетанием этих двух способов. В обоих способах осевая составляющая скорости газа задается внутренней наклонной поверхностью, разрабатываемой для этой цели. Создание таких поверхностей требует точного расчета, так как необходимое для устойчивого горения отношение осевой составляющей скорости в завихрении к периферийной составляющей имеет важнейшее значение.

Винтовой уклон формируется в виде клина, навиваемого вокруг оси камеры сгорания подобно винтовой резьбе на относительно коротком расстоянии по оси. Уклон завершается после поворота вокруг оси на соответствующий угол, составляющий, но не обязательно, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения менее 270°. Особенности выполнения таких уклонов раскрыто ниже при помощи диаграмм.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения винтовая проточка выполняется в виде периферийного канала, врезанного по периферии в стенку камеры сгорания (например, поз.22 на фиг.2), подобно проточке в гайке, сопрягаемой с болтом, снабженным винтовой резьбой. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения проточка должна начинаться недалеко от входа проходного канала в камеру сгорания. Так как воздух закручивается по периферии камеры, он будет направляться этой проточкой, что побудит его продвигаться к дальнему торцу камеры. Размеры проточки, а именно ее глубина, форма и глубина проникновения в камеру в осевом направлении выбираются конструктором. Структура проточки, как полагают, является очевидной и поэтому не иллюстрируется с помощью диаграмм.

Кроме того, в настоящем изобретении решается проблема расхода двигателем топлива, что позволяет ему работать во всем диапазоне воздушно-топливных отношений. Топливо добавляется к воздуху при его подаче в камеру сгорания с непрямым впрыском из цилиндра по проходному каналу во время такта двигателя. Масса воздуха, перемещаемая таким образом в единицу времени, увеличивается нелинейно от относительно низкого значения в начале такта сжатия до намного более высокого значения в конце такта, когда плотность и скорость воздуха в проходном канале резко увеличиваются. Таким образом, средство инжекции топлива должно существенно увеличивать массовый расход топлива во время такта сжатия в каждом цикле двигателя и подавать в воздушную струю топливо так, чтобы полученная таким образом смесь была воспламеняемой. Ясно, что до настоящего времени на рынке не известен единичный топливный инжектор, обеспечивающий такую производительность по нагнетанию. Таким образом, в настоящем изобретении предлагается в критических точках камеры сгорания разместить два топливных инжектора. Первый топливный инжектор, обеспечивающий более низкие массовые расходы топлива в единицу времени, располагается в зоне ближнего торца камеры и выставлен по дальнему торцу для подачи топлива на ранней стадии такта сжатия, а второй топливный инжектор, обеспечивающий существенно более высокие коэффициенты подачи топлива, выставлен по воздушной струе, появляющейся из проходного канала (например, направлен на проходной канал) и может подавать топливо в режимах работы двигателя на более высоких нагрузках во время последней стадии такта сжатия, и при необходимости продолжать делать это даже после момента зажигания.

В настоящем изобретении также предлагается средство изменения степени сжатия двигателя во время работы путем регулировки объема камеры сгорания с помощью подвижного плунжера. Это позволяет увеличить степень сжатия при работе в режимах с низкими воздушно-топливными отношениями, что увеличивает термический кпд двигателя в режиме частичной нагрузки без опасности преждевременного зажигания или взрыва.

В данном случае термин «воздух» или «газ» используются для описания воздуха, который является либо чистым, либо содержит другие газы типа продуктов горения или углеводород. Термин «смесь» означает воздух, смешанный с парами топлива, предназначенного для воспламенения. Термин «скудная смесь» используется для описания воздушно-топливной смеси, которая не воспламеняется непосредственно средствами искрового зажигания, используемыми в двигателе. Термин «скудное горение» в данном случае используется для описания способности двигателя работать на полностью скудной смеси, за счет использования ее стратификации.

Термин «гнездо зажигания» используется в данном случае для описания полости свободного объема, содержащей свечу зажигания, при этом объем полости сообщается с камерой сгорания через отверстие, диаметр которого меньше диаметра резьбовой части свечи зажигания.

Термины «свеча зажигания» и «средство зажигания» могут также относиться к свече зажигания, расположенной в гнезде зажигания.

Под термином ЭДСТ (англ. - ВМЕР) понимается эффективное давление средств торможения, развиваемое в цилиндре.

Под термином «камера» понимается камера сгорания с непрямым впрыском. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения камера сгорания симметрична относительно центральной оси и имеет, например, цилиндрическую или коническую форму, но могут использоваться и камеры другой формы.

В приводимом ниже описании используются примеры со ссылкой на прилагающиеся диаграммы, которые выполнены не в масштабе и приводятся только в качестве иллюстраций.

На фиг.1 в качестве ссылки приводится фиг.1 из описания заявки WO 2005/052335;

На фиг.2 представлено такое же изображение устройства двигателя (см. фиг.1), но уже по настоящему изобретению, на котором показано использование внутренних поверхностей, задающих осевую составляющую скорости воздушной струи;

На фиг.3. показано сечение с изображением внутренней поверхности зоны ближнего торца камеры сгорания, построенной в виде винтового уклона в секторе 270°, этот вид с торца упрощен, на нем не показана толщина стенки;

На фиг.4 показан вид по направлению S (см. фиг.3), на котором изображена возможная форма винтового уклона 8 В, и снова в данном случае не показана толщина стенки камеры сгорания, а также проходной канал 7 и топливный инжектор 11;

На фиг.5 показан вид, подобный видам, изображенным на фиг.3 и 4, на котором представлен увеличенный винтовой уклон, предназначенный для задания движения в тангенциальном направлении в дополнение к движению в осевом направлении;

Фиг.6 и 7 подобны фиг.3, но на них показаны некоторые возможные разновидности конструкции винтового уклона;

На фиг.8 показан пример осуществления настоящего изобретения с двумя топливными инжекторами;

На фиг.9 показано сечение камеры сгорания, обеспечивающей изменяемую степень сжатия с гидравлическим приводом плунжера;

На фиг.10 показано сечение камеры сгорания, обеспечивающей изменяемую степень сжатия с электромеханическим приводом плунжера.

В соответствии с прототипом, изображенным на фиг.1, осевая составляющая скорости завихрения задается наклоном продольной оси камеры сгорания 6 к продольной оси цилиндра 2, а также наклоном проходного канала 7 к продольной оси камеры сгорания 6. В соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения продольная ось камеры сгорания расположена под прямым углом к продольной оси цилиндра, и осевая составляющая скорости задается соответственным образом выполненными внутренними поверхностями камеры сгорания.

В устройстве, изображенном на фиг.1, поршень 1 перемещается вверх по мере того, как он втягивается в цилиндре 2 во время такта двигателя. Камера сгорания 6 сообщается с цилиндром через проходной канал 7. Единичный топливный инжектор 11 подает топливо поперек воздушной струи 40. Показано, что топливный конус пересекает воздушную струю по диаметру цилиндрической камеры сгорания, и доходит до дальнего торца 10, где располагается свеча зажигания 9. На фигуре показана также линия потока 14, который закручивается по периферии 22 камеры сгорания. Цилиндр 2 сообщается со входными и выхлопными клапанами известным способом (не показано). Камера сгорания 6 имеет цилиндрическую форму, а свеча зажигания 9 располагается в зоне дальнего торца 10. Проходной канал 7 располагается под тупым углом к продольной оси камеры сгорания 6 и пересекается с камерой 6 в зоне ближнего торца 8 в направлении, имеющем как осевую, так и тангенциальную составляющие. Контроллер двигателя (не показан) определяет выбор времени и продолжительность инжекции топлива, давление в топливопроводе и выбор момента искрового зажигания, как описано в WO 2005/052335.

В примере осуществления настоящего изобретения, изображенном на фиг.2, многие элементы выполняют те же функции, что и элементы устройства, изображенного на фиг.1, и им присвоены те же самые номера позиций. Общие для этих элементов функции не будут рассматриваться повторно. В соответствии с данным примером осуществления настоящего изобретения воздушная струя 40 подается в камеру сгорания 6 под углом около 90° к продольной оси камеры сгорания, имея тангенциальную составляющую скорости, но не имея осевой составляющей скорости. Осевая составляющая скорости задается наклонной формой внутренней поверхности камеры сгорания, в частности, торцевой стенкой в зоне ближнего торца 8 так, что линия потока 14 повторяет наклон торцевой стенки.

В одном из таких примеров (не показан) стенка ближнего торца находится под углом к дальнему торцу, при этом сторона, удаленная от проходного канала 7, находится ближе к дальнему торцу, чем сторона, расположенная ближе к проходному каналу 7. Вообще говоря, у стенки ближнего торца может быть наклонная поверхность, направленная в осевом направлении в сторону от ближнего конца.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения стенка ближнего торца может иметь более сложную форму, например, форму клина, закрученного по периферии с образованием винтового уклона, при этом данный винтовой уклон может иметь постоянный или переменный шаг (в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения - увеличивающийся).

На фиг.3 и 4 показан один пример осуществления такого устройства по настоящему изобретению. На фиг.3 показан внутренний вид ближнего конца камеры сгорания 8, на котором можно видеть входное отверстие топливного инжектора 11 вместе с проходным каналом 7 и вектор, являющийся вектором скорости воздушной струи 40 на входе в камеру сгорания. Показана также линия потока 14, закрученная по периферии. Радиальная линия А показывает начало подъема винтового уклона 8В после плоской площадки 8А, при этом площадка 8А совпадает с краем (круглого) проходного канала 7. Уклон 8В занимает сектор 270° вокруг камеры сгорания до линии В, где он заканчивается в стенке 8С, расположенной параллельно продольной оси камеры сгорания, и соединяет конец уклона 8В с площадкой 8А.

Площадка 8А, которая в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения занимает сектор более 90°, выполняет три важные функции, описанные ниже. Она обеспечивает относительно непрерывный доступ воздушной струи, поступающей из проходного канала, обеспечивает доступ факела распыла второго топливного инжектора (не показан), расположенного напротив проходного канала, и служит плоской площадкой для входного отверстия первого топливного инжектора. Стенка 8С также выполняет функцию удержания воздушной струи, поступающего из проходного канала между ней и периферией камеры сгорания, заставляя струю, таким образом, изменять направление и подниматься по уклону.

На фиг.4 винтовой уклон 8В (см. фиг.3) показан более наглядно, включая линию между ней и периферией камеры сгорания, заставляя струю, таким образом, изменять направление и подниматься по уклону.

На фиг.4 винтовой уклон 8В (см. фиг.3) показан более наглядно, включая линию потока 14, по мере ее прохождения по уклону. Размер Р представляет половину шага спирали, при этом данный шаг определяет интенсивность осевой составляющей движения завихрения. В соответствии с данным примером осуществления настоящего изобретения шаг постоянен.

На фиг.6 и 7 показаны два конструктивных решения винтового уклона, занимающего сектора К1 и К2. На фиг.6 уклон 8В заканчивается на линии В, а за ним следует приподнятая площадка 8Е, на которой лежит линия В. Площадка 8Е идет до осевой стенки 8С, которая снова переходит в площадку 8А. На фиг.7 более короткий уклон заканчивается на линии В, и за ним нет приподнятой площадки. Линия В также располагается на стенке 8С, которая снова переходит в площадку 8А.

Выбор сектора К, формы и протяженности площадок 8А и 8Е и стенки 8С осуществляет конструктор.

Кроме того, для решения этой задачи возможно придется использовать внутреннюю поверхность камеры сгорания либо для задания движения воздушной струи по касательной, либо для усиления этого движения, вместо того, чтобы полагаться только на размещение проходного канала. Одно такое устройство показано на фиг.5, и оно походит на устройство, изображенное на фиг.2, но винтовой уклон 8В вокруг периферии камеры сгорания занимает сектор более 270° (но менее 360°), и в соответствии с данным примером осуществления настоящего изобретения, приблизительно 310° и заканчивается на линии В.

На этой иллюстрации торцевая стенка 8С может располагаться чуть дальше угла 270°, сбегая вниз во впадину С ниже последнего оставшегося участка винтового уклона 8В. Расположенный ниже уклона «потолок» такой впадины может быть эффективным продолжением проходного канала 7 в камеру сгорания под «крышей». Направляющая стенка 8D, расположенная полностью или частично под этой «крышей» ближе к центральной оси камеры сгорания, может использоваться для задания направления воздушной струи в тангенциальном направлении на периферию камеры сгорания и в открытое пространство 8А.

Оттуда, где начинается винтовой уклон 8В за радиальной линии А, продолжается направленный периферийный поток.

Направляющая поверхность 8D может быть изогнутой или плоской или сочетать в себе эти два варианта, и может идти за пределы «крыши» в конце уклона 8В как показано, или может заканчиваться на линии В, где заканчивается и уклон.

Как показано на фиг.5, при данной компоновке проходной канал 7 располагается на небольшом удалении от крайней точки касания. Таким образом касательная составляющая скорости задается как внутренней поверхностью 8D, так и почти касательной ориентацией воздушной струи 40.

На фиг.8 показан двигатель, у которого поршень 1 не доходит до конца такта сжатия на расстояние, соответствующее приблизительно 30° угла поворота коленчатого вала. На этой упрощенной схеме камера снабжена двумя топливными инжекторами, которые вместе являются средством инжекции топлива. Первый топливный инжектор 11 направлен на дальний торец камеры сгорания и в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения направляет свой факел распыла топлива поперек и через воздушную струю, появляющуюся из проходного канала 7. Второй топливный инжектор 111 направляет факел распыла топлива, появляющийся из проходного канала, в воздушную струю по ее оси, в направлении, противоположном направлению движения воздушной струи. Положение поршня, представленное на фигуре, выбрано в качестве примера, а заштрихованный объем V1, расположенный выше поршня 1, равен объему V6 камеры сгорания. Поэтому, масса воздуха в одном объеме почти равна массе воздуха в другом объеме. Если топливный инжектор 111 не сработал до этого момента, воздух в объеме V1 выше поршня не будет содержать топлива, тогда как воздух в камере сгорания, в объеме V6, будет содержать топливо, которое расслаивается (стратифицируется) около свечи зажигания вихревым движением газа. Если теперь на свечу зажигания 9 подать напряжение, смесь в объеме V6 будет гореть, но в процессе горения будет использоваться только около половины массы воздуха, первоначально находившегося в цилиндре.

В данном примере первый топливный инжектор 11 обеспечивает топливом половину подаваемого воздуха на угле поворота коленчатого вала свыше приблизительно 150° из 180° угла поворота коленчатого вала такта сжатия. Если при сгорании используется весь кислород воздуха, то второй топливный инжектор 111 должен подавать приблизительно такое же количество топлива, но только на угле поворота коленчатого вала свыше приблизительно 30°. Массовый расход топлива, поступающий в единицу времени, усредненный по этому углу поворота коленчатого вала, должен быть приблизительно в пять раз больше массового расхода топлива, подаваемого первым топливным инжектором 11.

Если бы первый топливный инжектор 11 мог увеличивать расход приблизительно в пять раз за время такта двигателя при контроле со стороны системы управления двигателем, второй инжектор был бы не нужен, но насколько известно в настоящее время, не существует такого инжектора с изменяемым расходом, и таким коротким временем реагирования.

Первый топливный инжектор 11 может самостоятельно обеспечивать двигатель топливом в диапазоне от режима холостого хода до середины диапазона ЭДСТ, но при работе на повышенных оборотах для того же самого цикла двигателя необходим второй топливный инжектор 111. Топливо, впрыскиваемое вторым топливным инжектором, смешивается с воздухом на входе в камеру при самом большом массовом расходе, так как в конце такта сжатия величины скорости и плотности воздуха в проходном канале достигают наибольших значений. Это способствует быстрому испарению топлива, подаваемого в воздух топливным инжектором 111. Полученная таким образом смесь с топливом из первого инжектора 11 поджигается пламенем от свечи зажигания 9.

Хотя использование двух топливных инжекторов может казаться экстравагантным, это может оказаться небольшой ценой за то, чтобы позволить бензиновому двигателю конкурировать по термическому кпд с дизельными двигателями при работе в режиме частичной нагрузки.

Следует понимать, что на второй топливный инжектор 111 может также подаваться управляющее воздействие, обеспечивающее подачу топлива во время цикла сгорания так, чтобы топливо сгорало вскоре после подачи так же, как и в цикле сгорания дизельного двигателя.

Следует также понимать, что из-за того, что второй топливный инжектор 111 располагается напротив проходного канала, его можно использовать в некоторых режимах эксплуатации двигателя для распыления топлива через проходной канал 7 непосредственно в цилиндр 2 тогда, когда воздушная струя либо отсутствует, либо во время такта впуска или на ранней стадии такта сжатия, либо в обоих случаях. Таким образом воздушная струя, подаваемая в камеру сгорания во время такта сжатия, может содержать некоторое количество топлива.

Работа двигателя может быть описана следующим образом. В режиме холостого хода первый топливный инжектор 11 подает небольшое количество топлива на ранней стадии такта сжатия и затем прекращает свое действие. Скорость воздушной струи в это время мала, и топливо достигает дальней торцевой стенки 10 и оседает на ней. Когда воздух попадает на дальний торец камеры 10, у него есть время, чтобы испарить осевшее топливо, а винтовое движение завихрения способствует тому, что полученная смесь остается около торцевой стенки 10. Рядом с этой смесью, достаточно богатой для возгорания, происходит искровое зажигание, что обеспечивает работу в режиме недросселируемого холостого хода.

Для ЭДСТ между холостым ходом и средними оборотами время подачи топлива инжектором 11 продливается, при том, что момент начала инжекции и остановки регулируется с целью оптимизации процесса горения. В этом диапазоне второй топливный инжектор 111 не работает.

В случае более высокого ЭДСТ после включения первого топливного инжектора 11 и резкого увеличения скорости воздушной струи и плотности газов в ней к концу такта сжатия включается еще и второй топливный инжектор 111. После того как свеча зажигания 9 обеспечит зажигание пламя попадает на топливную смесь, образуемую в результате подачи топлива вторым топливным инжектором 111, который может продолжать вводить топливо даже во время горения. В некоторых проектах может быть выгодно поместить вторую свечу зажигания 9В ближе к ближнему торцу 8 камеры, чтобы помочь в воспламенении топлива при работе с большими нагрузками.

Обычно регулирование расхода топлива при впрыске в соответствии с изменениями скорости двигателя осуществляется путем изменения давления в топливопроводе на входе в топливные инжекторы.

На фиг.9 и 10 показано изменение степени сжатия по настоящему изобретению. Как и прежде, воздух перемещается в камере сгорания 6 по спирали.

Для обеспечения изменяемой степени сжатия цилиндрическая камера сгорания 6 со стороны дальнего торца снабжена подвижной стенкой или границей в форме плунжера 100. Плунжер по окружности снабжен множеством уплотнений 101, например поршневыми уплотнениями кольцевого типа, способными выдерживать высокие температуры. С целью защиты уплотнений внешние стенки камеры сгорания могут охлаждаться. Плунжер 100 может быть приведен в движении для изменения и сохранения своего положения в пределах заданного расстояния по оси камеры при обеспечении газоплотности по периферии камеры.

Плунжер показан внутри, в положении, обеспечивающем самое большое значение степени сжатия, и ему не дает двигаться выступ 102, который создает еще одну уплотняющую поверхность.

Полость 107 (см. фиг.9) позади плунжера заполнена гидравлической жидкостью, попадающей в полость по трубке 115, подходящей к отверстию, и в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения в качестве жидкости может использоваться масло. Подача жидкости может осуществляться сжатым газом. Давление на жидкость, создаваемое насосом, должно превышать максимальное давление газа в цилиндре,

На фиг.9 показаны два возможных положения свечи зажигания 9. Если выбирается положение 9А, то свеча должна быть окружена трубкой 109, закрепленной на плунжере с помощью герметичного соединения, например, сваркой, и на трубке должно быть уплотнение 110, так как она перемещается вместе с плунжером.

Если выбирается положение 9В, то свеча должна располагаться рядом с поверхностью плунжера, находящегося, как показано, внутри камеры, что обеспечивает искровое зажигание в условиях скудного горения. Как показано, обе свечи зажигания находятся в гнездах зажигания, которые сообщаются с камерой сгорания через небольшие отверстия, что минимизирует смачивание свечи зажигания инжектируемым топливом в режимах холостого хода и работы на малой нагрузке, но это несущественно, если зажигание обеспечивается незаглубленными свечами зажигания.

Как показано на фиг.9, плунжер находится в положении, обеспечивающем самую большую степень сжатия в режимах пуска и работы на малой нагрузке и, если подача топлива увеличивается, контроллер гидравлической линии обеспечивает подачу небольшого количества жидкости из полости 107, что позволяет максимальному давлению в цилиндре переместить плунжер в положение, обеспечивающее самую низкую степень сжатия. Подача топлива может регулироваться редукционным клапаном, реагирующим на изменение давления, который ограничивает максимальное давление в цилиндре до требуемого значения.

На фиг.10 показано механическое средство для привода плунжера 100 и регулирования его положения. Плунжер крепится на резьбовом штоке 108, а гайка 111 удерживается в кожухе, где она может вращаться и приводить в движение плунжер. Вращение может осуществляться парой шнека 113 и колеса 112, а шнек может приводиться электрическим двигателем, например шаговым электродвигателем. Этот способ позволяет точно позиционировать плунжер во всем диапазоне его перемещения, но для этого необходимо больше технических средств по сравнению с гидравлической системой многоцилиндрового двигателя.

Переменная степень сжатия может использоваться как в четырехтактных, так и в двухтактных двигателях без наддува, с наддувом или турбонаддувом. Это уменьшит максимальное давление в двигателе при работе с высокими ЭДСТ.

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания. Описывается двух- или четырехтактный двигатель с искровым зажиганием на бедной смеси и высоким термическим кпд с качественным управлением мощностью для транспортных средств на бензине. В двигателе применяется камера сгорания с непрямым впрыском и проходной канал, при этом форма камеры сгорания обеспечивает образование воздушной струи, закручиваемой по спирали по периферии камеры во время такта двигателя. При впрыскивании в камеру топливо направляется в воздушную струю, что способствует его быстрому испарению. Положение и ориентация топливного инжектора обеспечивает попадание топлива в зону свечи зажигания даже в режиме холостого хода, и закрученное течение обеспечивает расслоение горючей смеси, образуемой в зоне свечи зажигания. Степень сжатия двигателя может меняться, к тому же может применяться второй топливный инжектор. Изобретение обеспечивает повышение термического кпд в режиме частичной нагрузки. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, в состав которого входит:
цилиндр;
поршень, расположенный в цилиндре для возвратно-поступательного движения внутри него;
средство подвода воздуха, сообщающееся с цилиндром;
средство выхлопа, сообщающееся с цилиндром;
камера сгорания с непрямым впрыском, сообщающаяся с цилиндром и имеющая по отношению к поршню ближний конец и дальний конец;
проходной канал, обеспечивающий сообщение цилиндра с камерой сгорания в зоне ближнего торца, при этом проходной канал обеспечивает подачу воздушной струи в камеру сгорания во время такта сжатия поршня;
средство, обеспечивающее движение воздуха внутри камеры сгорания в форме движения спирального завихрения с тангенциальной составляющей скорости вокруг камеры сгорания и осевой составляющей скорости вдоль камеры сгорания, при этом осевая составляющая скорости направлена в сторону от ближнего торца к дальнему торцу;
средство искрового зажигания, расположенное в камере сгорания;
средство инжекции топлива, сообщающееся с камерой сгорания, обеспечивающее подачу топлива в упомянутую воздушную струю для подготовки воспламеняемой от искры смеси в газе при его приближении к средству искрового зажигания;
контроллер для управления процессом инжекции топлива и процессом искрового зажигания;
характеризующийся тем, что осевая составляющая скорости движения спирального завихрения обусловлена поверхностью в форме винтового уклона, расположенной внутри камеры сгорания.

2. Двигатель по п.1, характеризующийся тем, что камера сгорания имеет форму цилиндра.

3. Двигатель по п.1, характеризующийся тем, что винтовой уклон радиально доходит до периферии камеры сгорания и занимает сектор менее 360° вокруг оси камеры сгорания.

4. Двигатель по п.1 или 2, характеризующийся тем, что внутренняя поверхность камеры сгорания выполнена в форме винтовой проточки по периферии поверхности камеры сгорания.

5. Двигатель по п.1, характеризующийся тем, что в качестве средства инжекции топлива используется топливный инжектор, направленный на дальний торец камеры сгорания.

6. Двигатель по п.1, характеризующийся тем, что в состав средств инжекции топлива входит первый топливный инжектор, при этом второй топливный инжектор направлен на проходной канал.

7. Двигатель по п.6, характеризующийся тем, что первый топливный инжектор и второй топливный инжектор могут подавать топливо в камеру сгорания во время того же самого цикла двигателя.

8. Двигатель по п.1, характеризующийся тем, что со стороны дальнего торца камеры ходит плунжер, который изменяет и сохраняет свое положение в пределах заданного расстояния по оси камеры при обеспечении газоплотности по периферии камеры.

9. Двигатель по п.1, работающий по двухтактному циклу.

10. Двигатель по п.1, работающий по четырехтактному циклу.