ГОЛОВКА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F02F1/24 F02B23/08 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкции головки блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Известна конструкция головки блока цилиндров ДВС, содержащая камеру сгорания, а также впускные и выпускные каналы с клапанами, выходящими на одну ее сторону. Камера сгорания головки цилиндров имеет поверхности вытеснения как со стороны каналов, так и со стороны свечи зажигания [1].

Недостатком этой конструкции является снижение скорости движения потока смеси вследствие удара струй входящего потока топливной смеси о стенки камеры сгорания из-за несовершенства ее формы. Из-за большой разности расстояний от места воспламенения смеси до точек противоположной стенки камеры ухудшается процесс горения, снижается детонационная характеристика. Эти недостатки приводят к уменьшению наполнения на максимальных нагрузках, снижению максимальной мощности, возрастанию токсичности выхлопных газов, увеличению износа ДВС. Приведенная головка цилиндров не обеспечивает оптимальных площадей вытеснителей, что приводит к увеличению минимальных оборотов работы двигателя, в результате чего увеличиваются эксплуатационные расходы топлива, износ подвижных деталей двигателя.

Наиболее близкой конструкцией такого же назначения по совокупности признаков является головка блока цилиндров, содержащая камеру сгорания клинового типа, впускные и выпускные каналы с клапанами, выходящими на одну ее сторону. Камера сгорания со смещенными клапанами от центра в сторону свечи зажигания имеет прямоугольную форму с радиусом закругления 0,48 длины меньшей стороны прямоугольника. Стенки наклонены к днищу камеры и имеют радиус перехода соответственно большей стороны 15° и R=9 мм и меньшей стороны 5° и R=6 мм, большая сторона камера направлена вдоль продольной оси двигателя. Площадь камеры не выходит за диаметр цилиндра двигателя. [2]

Недостатком данной конструкции головки блока цилиндров является снижение скорости движения потока смеси вследствие торможения струй входящего потока топливной смеси при ударе о параллельные стенки камеры. Из-за большой разности расстояний от места воспламенения смеси до точек противоположной стенки камеры образованной плоскостью параллельной оси двигателя ухудшается процесс горения, снижается детонационная характеристика. Уменьшение наполнения, ухудшение горения приводят к снижению максимальной мощности, возрастанию токсичности выхлопных газов, увеличению износа ДВС. Форма камеры сгорания образует площадь вытеснителей 20,2% от общей площади цилиндра двигателя, это не обеспечивает оптимальных площадей вытеснителей, особенно на низких частотах вращения двигателя, что приводит к увеличению минимальных оборотов работы двигателя, в результате чего увеличиваются эксплуатационные расходы топлива, износ подвижных деталей двигателя.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в улучшении процессов смесеобразования и сгорания в двигателе внутреннего сгорания, увеличение наполнения цилиндров и в результате чего повышение мощности двигателя и снижение расходов топлива.

Указанный результат достигается благодаря тому, что в головке блока цилиндров ДВС, содержащей выходящие на одну сторону головки цилиндров впускные и выпускные каналы с клапанами и размещенную в ней камеру сгорания и поверхностями вытеснителей, согласно предлагаемому изобретению камера сгорания на плоскости прилегания головки цилиндров к блоку имеет форму, образованную дугой радиусом, равным 0,63-0,65 диаметра цилиндра, с центром, отстоящим от центра цилиндра на расстоянии 0,28-0,30 диаметра цилиндра в сторону свечи зажигания, дуга сопряжена радиусами, равными 0,30-0,32 диаметра цилиндра с диаметром, проведенным из центра цилиндра и равным диаметру цилиндра. С противоположной стороны форма камеры образована этим же диаметром сопряженным с радиусами, равными 0,30-0,32 диаметра цилиндра, с центрами, лежащими на оси клапанов, отстоящей от оси цилиндров на расстоянии 0,06-0,08 диаметра цилиндра. Радиусы сопряжения ограничены линией, отстоящей от оси цилиндров на расстоянии 0,35-0,37 диаметра цилиндра. Стенки камеры сгорания наклонены к днищу камеры и имеют радиус перехода соответственно в плоскости поперечной оси цилиндра 14°…16° и радиус 12-14 мм, а в плоскости по оси клапанов 4°…6° и радиус 5-7 мм. От одного сечения к другому по контуру камеры обеспечивается плавный переход по углу и радиусу.

Выполнение камеры сгорания, образованной сопряженными дугами, со смещением относительно оси цилиндров в сторону, противоположную каналам, и наклоном стенок камеры обеспечивают минимальное гидравлическое сопротивление смеси, что увеличивает наполнение цилиндра. Равноудаленные расстояния от места воспламенения смеси до точек противоположной стенки камеры способствуют улучшению процесса горения, улучшению стойкости к детонации двигателя. Размеры камеры сгорания и ее форма обеспечивают оптимальные площади вытеснителей, 25% от общей площади цилиндра двигателя, способствуют подаче рабочей смеси в зону свечи зажигания, надежному воспламенению смеси и быстрому ее сжиганию.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

фиг. 1 - головка цилиндров, вид снизу;

фиг. 2 - разрез А-А;

фиг. 2 - разрез Д-Д.

Головка блока цилиндров 1 для ДВС содержит выходящие на одну сторону впускные каналы 2 и выпускные каналы 3 и установленные на нее впускные 4 и выпускные 5 клапана. В головке цилиндров 1 размещена камера сгорания 6. Камера сгорания имеет форму, образованную дугой 7 радиусом R=(0,63-0,65)D, где D - диаметр цилиндра с центром, отстоящим от центра цилиндра на расстоянии Г=(0,28-0,30)D, где D - диаметр цилиндра в сторону свечи зажигания 13. Дуга 7 сопряжена радиусом R₁=(0,30-0,32)D, где D - диаметр цилиндра с диаметром D, равным диаметру цилиндра и проведенным из его центра. С противоположной стороны форма камеры образована этим же диаметром D, сопряженным с радиусами R₁, центры этих радиусов лежат на оси клапанов 15, отстоящей от оси цилиндров 16 на расстоянии B=(0,06-0,08)D, где D - диаметр цилиндра. Радиусы R₁ сопряжения ограничены линией, отстоящей от оси цилиндров 16 на расстоянии Б=(0,35-0,37)D, где D - диаметр цилиндра. Стенки камеры сгорания наклонены к днищу камеры и имеют радиус перехода к днищу, соответственно в плоскости оси цилиндра 14 наклон К=14°…16° и радиус r=12-14 мм, а в плоскости по оси клапанов 15 наклон Е=4°…6° и радиус r₁=5-7 мм. От одного сечения к другому по контуру камеры обеспечивается плавный переход по углу и радиусу.

Головка блока цилиндров работает следующим образом. На такте впуска рабочая смесь через канал 2 поступает в камеру сгорания 6, перетекая вдоль дуги 7 по поверхности 8, образованной наклонной плоскостью, с плавно увеличивающимся наклоном с Ε до К и плоскостью, образованной переменным радиусом, плавно увеличивающимся от r₁ до r, а также вдоль дуги 9 по поверхности 10, образованной наклонной плоскостью с плавно увеличивающимся наклоном с Ε до Л=29°…31° с радиусом r₁ перехода к днищу камеры. Поверхности 8 и 10 с плавным профилем на расширение уменьшают гидравлическое сопротивление движению поступающей смеси и дают направленное с минимальным падением скорости движение потока. При такте сжатия, при закрытых впускном 4 и выпускном 5 клапанах, рабочая смесь перетекает с поверхностей вытеснителей 11 и 12 по поверхностям 8 и 10, образуя вихревые потоки в центральной части камеры сгорания. Рабочая смесь интенсивно перемешивается и имеет тенденцию направления движения к свече зажигания 13, что способствует гарантийному воспламенению рабочей смеси. Равноудаленные расстояния от места воспламенения смеси до точек противоположной поверхности 8 стенки камеры 6 способствуют равномерному распространению фронта пламени, что приводит к улучшению процесса горения, улучшению детонационной характеристики двигателя.

Преимущество предлагаемой конструкции состоит в том, что по сравнению с известными конструкциями головки блока цилиндров ДВС она обеспечивает большее наполнение цилиндров рабочей смесью, улучшение процесса смесеобразования и сгорания за счет оптимальной конструкции элементов и соотношения размеров камеры сгорания. За счет этого происходит повышение скорости распространения пламени, появляется возможность повышения степени сжатия без появления детонации. В результате достигается повышение мощности, снижение расходов топлива и снижение токсичности отработавших газов.

Проведенные испытания ДВС с головкой цилиндров, имеющей предлагаемую камеру сгорания, показали, что мощность возросла на 8,2%, а экономия топлива улучшалась в среднем на 12,9%.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 503033, F02F 1/42, бюллетень N6, опубликовано 15.02.76.

2. Колл. авторов под ред. Березина Е.Б. «Двигатели ОАО «Волжские моторы» для автомобилей УАЗ и «ГАЗель»» - М., Атласы автомобилей, 2001, рис 2.5 и рис 2.6 на стр. 13.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Головка (1) блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания содержит выходящие на одну сторону головки цилиндров впускные и выпускные каналы (2) и (3) с клапанами (4) и (5) и размещенную в ней камеру (6) сгорания с поверхностями (11) и (12) вытеснителей. Камера (6) сгорания на плоскости прилегания головки (1) цилиндров к блоку имеет форму, образованную дугой (7) радиусом R =(0,63-0,65) диаметра D цилиндра, с центром, отстоящим от центра цилиндра на расстоянии Г=(0,28-0,30) диаметра D цилиндра в сторону свечи зажигания. Дуга (7) сопряжена радиусами R₁=(0,30-0,32) диаметра D цилиндра с диаметром, проведенным из центра цилиндра и равным диаметру цилиндра. С противоположной стороны форма камеры (6) образована диаметром, равным диаметру D цилиндра, сопряженному с радиусами R₁ =(0,30-0,32) диаметра D цилиндра с центрами, лежащими на оси (15) клапанов, отстоящей от оси (16) цилиндров на расстоянии В=(0,06-0,08) диаметра D цилиндра. Радиусы R₁ сопряжения ограничены линией, отстоящей от оси (16) цилиндров на расстоянии Б=(0,35-0,37) диаметра D цилиндра. Стенки камеры (6) сгорания наклонены к днищу камеры и имеют соответственно в плоскости поперечной оси (14) цилиндра наклон 14°…16° и радиус перехода 12-14 мм. В плоскости по оси (15) клапанов наклон составляет 4°…6° и радиус перехода 5-7 мм. От одного сечения к другому по контуру камеры обеспечивается плавный переход по углу и радиусу. Технический результат заключается в снижении гидравлического сопротивлении смеси в камере сгорания. 3 ил.

Головка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания, содержащая выходящие на одну сторону головки цилиндров впускные и выпускные каналы с клапанами и размещенную в ней камеру сгорания с поверхностями вытеснителей, отличающаяся тем, что камера сгорания на плоскости прилегания головки цилиндров к блоку имеет форму, образованную дугой радиусом, равным 0,63-0,65 диаметра цилиндра, с центром, отстоящим от центра цилиндра на расстоянии 0,28-0,30 диаметра цилиндра в сторону свечи зажигания, дуга сопряжена радиусами, равными 0,30-0,32 диаметра цилиндра, с диаметром, проведенным из центра цилиндра и равным диаметру цилиндра, а с противоположной стороны форма камеры образована диаметром, равным диаметру цилиндра, сопряженному с радиусами, равными 0,30-0,32 диаметра цилиндра, с центрами, лежащими на оси клапанов, отстоящей от оси цилиндров на расстоянии 0,06-0,08 диаметра цилиндра, радиусы сопряжения ограничены линией, отстоящей от оси цилиндров на расстоянии 0,35-0,37 диаметра цилиндра, стенки камеры сгорания наклонены к днищу камеры и имеют радиус перехода соответственно в плоскости поперечной оси цилиндра 14°…16° и радиус 12-14 мм, а в плоскости по оси клапанов 4°…6° и радиус 5-7 мм, от одного сечения к другому по контуру камеры обеспечивается плавный переход по углу и радиусу.