Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1983 года по МПК F02B19/10 

to

СО

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем и головку цилиндра с размещенными в ней основной камерой сгорания и форкамерой, причем основная камера сгорания сообщена через впускной клапан с трубопроводом подвода .обедненной топливовоздушной смеси и че- рез выпускной клапан - с трубопроводом отвода отработавших газов и выполнена в виде двух соединенных между собой полостей разного объема, полость большего объема размещена под выпускным клапаном вокруг его оси, а полость меньщего объема выполнена переменной по высоте,- и форкамера снабжена свечой зажигания и подключена через дополнитьный впускной клапан к трубопроводу подвода обогащенной смеси и при помощи факельного канала - к одной из полостей камеры сгорания, отличающийся тем, что, с целью, повышения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов, факельный канал подключен к полости большего объема со стороны наибольшей высоты полостк мень(Л шего объема, а его ось направлена тангенциально боковой стенке полости большего объема.

со

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроенйю.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем и головку цилиндра с размещенными в ней основной камерой сгорания и форкамерой, причем основная камера сгорания сообщена через впускной клапан с трубопроводом подвода обедненной топливовоздущной смеси и через выпускной клапан - с трубопроводом отвода отработавших газов и выполнена в виде двух соединенных между собой полостей разного объема, полость большего объема размещена под выпускным клапаном вокруг его оси, а полость меньшего объема выполнена переменной по высоте, и форкамера снабжена свечой зажигания и подключена через дополнительный впускной клапан к трубопроводу подвода обогащенной смеси и при помощи факельного канала - к одной из полостей камеры сгорания 1.

Однако в полости большего объема камеры сгорания этого двигателя вращение заряда недостаточно интенсивно, что снижает топливную экономичность двигателя и увеличивает токсичность его отработавших газов.

Цель изобретения повыщение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов.

Указанная цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем, по меньщей мере, один цилиндр с порш нем и головку, цилиндра с размещенными в ней основной камерой сгорания и форкамерой, причем основная камера сгорания сообщена через впускной клапан с трубопроводом подвода обедненной топливовоздущной смеси и через выпускной клапан - с трубопроводом отвода отработавших газов и выполнена в виде двух соединенных между собой полостей разного объема, полость большего объема размещена под выпускным клапаном вокруг его оси, а полость меньшего объема выполнена переменной по высоте, и форкамера снабжена свечой зажигания и подключена через дополнительный впускной клапан к трубопроводу подвода обогащенной смеси и при помощи факельного канала - к одной из полостей камеры сгорания, факельный канал подключен к полости большего объема со стороны наибольшей высоты полости меньшего объема, а его ось направлена тангенциально боковой стенке полости большего объема.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого двигателя; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.

Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнем 2 и головку 3 цилиндра 1 с размещенными в ней основной камерой сгорания и форкамерой 4. Основная камера сгорания

сообщена через впускной клапан 5 с трубопроводом 6 подвода обедненной топливовоздушной смеси и через выпускной клапан 7 - с трубопроводом 8 отвода отработавших газов и выполнена в виде двух соединенных между собой полостей 9 и 10 разного объема. Полость 9 большего объема размещена под выпускным клапаном 7 вокруг его оси, а полость 10 меньщего объема выполнена переменной по высоте. Форкамера 4 снабжена свечой 11 зажигания и подключена через дополнительный впускной клапан 12 к трубопроводу 13 подвода обогащенной смеси и при помощи факельного канала 14 - к полости 9 со стороны

5 наибольшей высоты полости 10, а ось канала 14 направлена тангенциально боковой стенке 15 полости 9.

Трубопровод 6 выполнен тангенциальным или снабжен средством закрутки потока смеси вокруг оси цилиндра 1.

0 Двигатель работает следующим образом. На такте впуска под действием разрежения, создаваемого движением порщня 2 от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) по трубопроводу 6, через открытый впускной клапан 5 в полости 9 и 10 основной камеры сгорания и цилиндр 1 двигателя поступает обедненная топливовоздушная смесь или воздух. Одновременно с этим по трубопроводу 13 через клапан 12 в форкамеру 4 поступает

0 обогащенная топливовоздушная смесь.

Трубопровод 6 сообщает потоку обедненной топливовоздущной смеси или воздуху вращательное движение вокруг оси цилиндра 1. Вследствие наклона впускного клапана 5 поток первоначально движется в направлении наибольшей высоты полости 10 (см. фиг. 1).

Часть обогащенной топливовоздушной смеси из форкамеры 4 поступает в полость 9 основной камеры сгорания. Благодаря тангенциальному расположению канала 14 от носительно стенки 15, ограничивающей полость 9 по мере заполнения полости 9 обогащенной топливовоздушной смесью, поток ее также приобретает вращательное движение (см. фиг. 1), совпадающее по направлению вращения с движением потока обедненной смеси или воздуха, создаваемым трубопроводом 6. Под действием центробежных сил жидкая фаза, содержащаяся в обогащенной смеси, удерживается на стенке 15 полости 9, обеспечивая к концу такта

0 впуска в результате испарения локальное обогащение смеси.

К концу такта сжатия при приближении поршня 2 к ВМТ из полости 10 переменной высоты вытесняется содержащаяся там обедненная топливовоздущная смесь или воздух

5 в полость 9. Благодаря переменной высоте полости 10, увеличивающейся в направлении вращения потока обедненной смеси или воздуха, скорость вытеснения потока в полость 9 к концу такта сжатия резко увеличивается, и .движение обедненной смеси из вращения вокруг оси цилиндра 1 трансформируется во вращение вокруг оси выпускного клапана 7.

В конце такта сжатия обогащенная топливовоздущная смесь в .форкамере 4 воспламеняется искрой свечи 11 зажигания.

8результате сгорания смеси в форкамере 4 под действием повътщенного давления продукты горения с большой скоростью выбрасываются из нее через канал 14 в полость 9.

Для создания оптимальной интенсивности выброса факела (истечения струи проДукто1в), необходимой для обеспечения заданной скорости вращения смеси в полости

9и соответственно скорости сгорания, величина площади поперечного сечения канала 14 должна изменяться в относительно узких пределах.

.Установлено, что оптимальная скорость истечения продуктов достигается в том случае, когда величина отнощения объема Уф форкамеры 4 к площади в форкамере 4, ограничивающей истечение, т.е. Ёр-VK, где РФ - площадь поперечного сечения форкамеры 4, а tp.K- площадь наименьщего поперечного сечения факельного канала 14, находится в пределах 1,5-3.

В конце такта расширения продукты сгорания, продолжая совершать вращательное движение вокруг оси выпускного клапана 7, под действием перепада давлений истекают в трубопровод 8. Затем цикл повторяется.

Наличие в двигателе дополнительного впускного клапана 12 с дополнительной самостоятельной впускной системой позволяет в зависимости от режима работы двигателя управлять процессами внутрицилиндрового смесеобразования и распределения топлива в заряде по полостям 9 и 10 основной камеры сгорания, обеспечивая тем управление в определенной мере выходными показателями двигателя.

При работе двигателя на режимах хо: лостого хода, малых и средних нагрузках необходимо сосредоточение располагаемой энергии топлива в локальной зоне основной камеры сгорания для исключения неэффективного горения в переохлаждаемых защемленных или удаленных от источников зажигания объемах камеры сгорания. Для этого при работе двигателя на холостом ходу н малых нагрузках топливо вводится через дополнительную впускную систему и клапан 12, а через впускной клапан 5 подается воздух. Это ограничивает попадание топлива

в защемленную полость 10 основной камеры сгорания.

На нагрузочных режимах работы двигателя выще средних, когда из-за повыщения температуры и давления процесс сгорания протекает более эффективно, топливо вводится через оба впускных клапана 5, 12 и на режимах полных нагрузок достигается равномерное распределение топлива по всему объему основной камеры сгорания.

Подключение полости 9 основной камеры сгорания к факельному каналу 14 позволяет повысить эффективность процесса сгорания за счет сосредоточения тепловой и 5 химической энергии факела в относительно небольшом объеме камеры сгорания. В то же время направление канала 14 тангенциально боковой стенке 15 полости 9 позволяет использовать высокую кинетическую энергию струи продуктов для увеличения интенсивности вращательного движения заряда в период горения и значительно повысить тем скорость н полноту сгорания, а также антидетонационные качества двигателя, что дает возможность применения высоких

степенен сжатия и дополнительно повышает экономичность двигателя.

Размещение полости 9 большего объема основной камеры сгорания под выпускным клапаном 7 вокруг его оси позволяет осуществлять процесс сгорания в компактном объеме, начиная от воспламенения до выпуска отработавших газов, сформировать ограничивающую стенку 15 полости. 9 основной камеры симметрично относительно оси клапана 7 для сохранения организованного

вращения заряда, а также дает возможность дополнительно частично разобщить в пространстве основной камеры сгорания область обогащенной смеси, вытекающей нз форкамеры 4 в зоне канала 14 и обедненную смесь, поступающую в цилиндр 1 из трубопровода 6.

Благодаря подключению канала 14 со стороны наибольшей высоты полости 10 обеспечивается согласование направления вращательного движения смеси в полости 9

основной камеры сгорания с движением вытесненного потока из полости 10 и направлением выброса факела из форкамеры 4. Таким образом, реализация изобретения позволит повысить эффективность процесса сгорания форкамерного двигателя и тем самым топливную экономичность и снизить токсичность отработавших газов. /5 Ф//г./ ВВ.4