Двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием Советский патент 1984 года по МПК F02F1/42 F02B23/08 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигат лестроения, и может быть использова но в двигателях внутреннего сгорания с принудительным зажиганием. Известен двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажигание содержащий камеру сгорания между днищем подвижного поршня, установленного в -цилиндре, и головкой цилиндра, имеющей обращенную к поршню плоскуй поверхность с выемкой, в овальной верхней стенке которой установлены выпускной клапан и параллельный ему впускной- клапан, сообщающий с камерой ргорания, в которой установлена свеча зажигания, впускной канал. Применение такой камеры сгорания позволяет увеличить часть заряда, расположенную у свечи зажигания, и повысить несколько его турбулентность за счет вытеснения части заря да из щелевого объема, заключенного между плоскими поверхностями головки цилиндра и днища поршня с про тивоположной от свечи зажигания сто роны камеры сгорания С1, Недостатком известной конструкци является ограниченное по реме У1 дейсТв ё йКЯГульсаГдвйжения смеси- от вЕгте н ей и я ар яда йз Е1елевого , проявляющееся при положении поршня вблизи верхней мертвой точки когда выделяется Не более 20-30% тепла, введенного с топливом. Из-за этолО- горедцй. на начальной и конечной .стадиях процесса, в течение которых выделяется большая часть тепла, введенного с топливом, проис хЬдит при низ1 ой -Д:урбулентнрсти, что ухудшает исполь оващзе тепла в цккле и спосдбствуЪт возник новени Детонационного сгорания, ограниди ваю11ШЕо,-применения повышенных степе ней сжатия. Известен также двигатель внутрен него сгорания с принудительным зажиганием, содержащий камеру сгорани между днищем подвижного поршня, установленного в цилиндре, и головкой цилиндра, имеющей обращенную к порш ню плоскую поверхность с выемкой, в овальной верхней стенке которой установлены выпускной клапан и параллельный ему впускной клапан, сообщающий с,камерой сгорания впускной канал, ось которого смещена в плане относительно оси впускного;канала, причем в камере сгорания уста новлена свеча зажигания, а кривая, ограничивающая выемку и образованна на пересечении боковой стенки выемк и обращенной к поршню плоской поверхности головки, включает в себя участок, описанный дугой окружности обращенный выпуклостью в противоположную сторону от впускного канала. Этот участок, ограничивающий выемку камеры сгорания в головке, расположен внутри контура, описанного диаметром цилиндра. В этой конструкции двигателя предусмотрено усиление интенсивности турбулентности и одновременно расширение ее действия по времени навесь период выделения тепла путем создания на такте впуска осевого вращения зарАда. Для этого ось впускного канала смещена относительно оси канала С21. Недостатком этой конструкции является то, что кривая, ограничивающая выемку, образованная на пересечении боковой стенки выемки и обращенной к поршню плоской поверхности головки и включающая в себя участок описанный дугой окружности, обращенной выпуклостью в противоположную сторону от впускногоканала, расположена внутри контура, описанного диаметром цилиндра. При таком положении этого участка боковой стенки выеМки камеры сгорания -поток смеси, вытекающий из клапанной щели, сталкивается с прилегающей к клапану упомянутой стенкой. Вследствие этого часть кинетической энергии потока смеси теряется на начальной стадии такта впуска. Другим недостатком этой конструкции является то, что боковые стенки камеры сгорания в головке, расположенные напротив впускного канала и на его стороне, имеют одинаковые расстояния от плоской поверхности головки до края овальной верхней с.тенки. При достаточной глубине выемки ее боковая стенка, расположенная со стороны впускного канала и находящаяся на пути движения потока смеси, препятствует формированию осевого вращения заряда. В результате этого часть, кинетической энергии смеси теряется на начальной стадии такта впуска и в период такта сжатия, т.е. до начала сгорания сохраняется недостаточная часть этой энергии. В результате этого продолжительность периода сгорания сохраняется достаточно большой, а антидетонационные качества двигателя являются неудовлетворительными. Целью,изобретения является снижение расхода топлива путем повышения скорости и полноты сгорания топливной смеси. Поставленная цель достигается за счет Toio, что в двигателе внутреннего сгорани1Я с принудительным зажиганием, содержащем камеру, сгорани размещенную между днищe пopшня установленного в цилиндре и головкой цилиндра, имеющей o6pai4gy ную к поршню лоскую noBepXHOcT vcT выемкой в овальной верхней стенке v

уст 1новлены выпускной клаnariVH расположенный параллельно ему впускной клапан сообщающий сгорания с впускным каналой ось у которюго смещена в плане относительно оси впускного клапанаг а линия{/V пересечения поверхностей боковой стенки выемкд и обращеннс й к поршню плоской поверхности головки содержит в плане участок в виде дупи окружности, обращенной выпуклой частью в сторону от впускного канала, выпуклая часть линии пересечения расположена вплане по контуру цилиндра и плавно сопряжена с внешней rio отношении к оси цилиндра поверхностью канала при помседи ра- диусной. кривой, а верхняя стенка выемки в попЭречнсаи сечении выполнена с наклоном в сторону впускного канала.

Кроме этого, радиусная кривая выполнена при помощи трех радиусов R,(, R, R, центры которых расположены на оси впускного клапана, а величины выполнены в соответствии с соотношением

,,5-0,7, , 0,4-0,6,

где Лд - радиус, примы1 ающий к внеш ней поверхности впускного канала;

Rj - рещиус сопряжения R с выпуклой частью линии пересечения;Rj - радиус выпуклой части лини

пересечения.

При этом расстояния от плоской поверхности головки до кромок овальной стенки выполнены .в соответствии с соотношением

h (0,1 - 0,4)h.i,

где h - расстояние от плоской поверхности головки до кромк овальной стенки со стороны впускного канала; hj - расстояние от плоской пог

верх 1ости головки до кромк овальной стенки со стороны противолежащей впускному каналу.

На фиг.1 показан ;вкд со стороны поршня на часть головки цилиндра с выемкой камеры сгорания; на фиг,2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.З сеЧение Б-Б на фиг.1; на фиг,4 сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 вид со стороны поршня на часть гоЛЬки цилиндров с вариантом выемки камеры сгорания, выполненной в ; литье; на фиг.б - сечение Г-Г на фиг.5; на фиг.7 - сечение Д-Д ,на фиг.Ь; на фиг.8 - сечение Е-Е на фиг.5; на фиг.9 - вариант камеры сгорания с частью ее объема, размещенного в поршнеу на фиг. 10 - вариант камеры сгорания с частью ее

объема, размещенного в цилиндре ,При наклоне днища поршня.

Двигатель содержит камеру 1 сгорания между днищем 2 поДвижного поршня 3, установленного в цилиндре 4, и головкой цилиндра 5. Головка цилиндра имеет обращенные к поршню 3 плоские noBepXHj CTiL 6 JLJL, с выемкой757 Ж овальней верхней стёнкё 9 ыемки Jl установлены вы0TiycKSoR клапан iО параллельный ему впускной клапан 11, сообщаиощий с камерой 1 сгорания впускной канал 12. Ось канала 12 смещена в OTaocK-ienbw j3S Biiy.cKJdas:

5 Ij. В камере-сгорания установлена свеча 13 зажигания. Линия 14 пересечения, ограничивающая выемку 8 j образованная на пересечении боковой стенки 15 выемки и плоской поверхности 6, включает в себя в. плане

0 участок 16,описанный дугой окружности, обращенной выпуклостью в противолежашую сторону от впускного канала. Выпуклая часть линии пересечения расположена в плане по кон5уру цилиндра 17 и плавно сопряжена с внешней по отношению к оси цилиндра поверхностью 18 канала 2при помощи радиусной кривой, а верхняя стенка 9 выемки наклонена в сторо0ну впускного канала. При этом радиусная кривая выполнена при помощи трех радиусов R, Rj, Rg, центры которых расположены на оси впускного клапана 11 и связаны между собой

5 соотношениями,

R;,,5-0,7 ,4-0,6,

где R - радиус, примыкающий к внешней поверхности впускного канала;

- Rj - радиус сопряжения 13л с

выпуклой частью линии пересечения;

Rj - радиус выпуклой части линии пересечения.

Верхняя стенка 9 выемки наклонена В сторону впускного канала, при этом расстояние -от плоской поверхности 7 головки до кромок овальной стенки выполнены в соответствии с

соотношением

h (0,l-0.,4)h2.,

где Ьл - расстояние от плйской поверхности головки до кромки овальной стенки со стороны впускного канала; hn - расстояние от плбской поверхности головки до кромки овальной стенки со стороны, противолежащей впускному

каналу.

Боковая стенда 19, расположенная со стороны впускного канала 12, на.ходится внутри контура 18 цилиндра и отстоит от его оси на расгтоянии 0,4-0,6 радиуса цилиндра. Площадь поперечного сечения 20 впускного канала 12 у начала сопряжения его боковой поверхности 18 с участком 16 линии i4 составляет 0,5-0,8 от площади сечения впускного клапана 11, В днище 2 поршня 3 может быть выполнена выемка 21/ а часть 22 днища поршня наклонена противоположно наклону верхней стенки 9 выем ки. Боковая стенка 15 между линией 14, ограничивающая выемку 8 и обра зованная на пересечении этой стенк и плоской поверхности 6 головки цилиндра и овальной верхней стенко 9, может быть механически обработанной или выполненной в литье. На фиг.1 и 3 показан вариант выемки в головке с механической обработко стенки, которая образована коничес кой поверхностью. На фиг. 5-8 изображен вариант выемки в головке выполненной в литье. Боковая стенк 15 в этом случае образована криволинейной поверхностью с уклоном к контуру цилиндра 17. Двигатель работает следующим образом. На такте впуска под действием разрежения, создаваемого движением поршня 3 от верхней к нижней мертво точке, через открытый впускной кла пан в камеру 1 сгорания и цилиндр 4 поступает топливовоздушная смесь Впускной канал 12, ось которого сметена в плане относительно оси впускного клапана 11, сообщает пото ку бензовоздушной смеси закрутку .вокруг оси кларана. Благодаря этому на выходе потока смеси из клапанной щели в камеру 1 сгорания и далее а цилиндр 4 создается неравномерное поле скоростей с результирующей, направляющей основной поток смеси вдоль боковой стенки 15 по направлению к свеч-е 13 зажигания. Плавное сопряжение проекции на плоскую поверхность 6 головки цилиндра 5 внеш ней по отношению к оси цилиндра поверхностью 18 впускного канала 12 с участком 16 линии 14, описанным дугой окружности, обращенной вьтуклостью- в противоположную сторону от впускного канала 12 и расположенным у контура 17 цилиндра, обеспечивает с наименьш1ши потерями кинетической энергии трансформацию движения бензовоздушной смеси .из вращательного вокруг оси клапаи.а 11 во вращатель.ное движение вокруг оси цилиндра 4 При соотношен; ях радиусов R,i/Rv 0,5-0,7 и R;,/Rj 0,4-0,6, определяющих степень кривизны сопряжени линии 14 с участком 16, достигается наивыгоднейший контакт,- вытекающий из клапанной шели струи с боковой стенкой 15 ибезотрывочное течение потока вдоль этой стенки. При выбранном расстоянии от плоской поверхности 7 головки до кромки верхней стенки 9 со стороны, впускного канала (hi), равным 0,1-0,4 расстояния (hjj) от плоской поверхности 6 гхловки до кромки верхней стенки 9, противолежащей впускному каналу, которое достигается наклоном верхней стенки 9 выемки 8 относительно поверхности 7 головки цилиндра, ограничивается потеря энергии потока смеси от контакта с боковой стенкой 19 выемки со стороны впускного канала, находящейся на.траектории его движения. В результате этого к середине .такта впуска в цилиндре двигателя формируется устойчивое осевое вращение заряда вокруг оси цилиндра, близкое по форме вращению твердого тела. При соотношении площади поперечного сечения 20 впускного канала у начала сопряжения его боковой поверхности 18 с участком 16 линии 14, составляющей 0,5-0,8 от площади сечения впускного клапана 11, достигается необходимая скорость втекания потока бензовоздушной смеси через клапанйую щель на такте впуска. На такте сжатия часть энергии этого потока теряется вследствие трения 6 стенки цилиндра и турбулентного обмена. Однако, благодаря обеспечению необходимой скорости втекания потока и минимальных потерь на начальном периоде впуска, необходимая энергия осевого вращения заряда сохраняется до начала воспламенения смеси свечой зажигания. Развитие начального очага горения после подачи искры происходит в условиях направленного движения заряда с ограниченными цикловыми колебаниями величины скорости и направления движения потока смеси. Благодаря этому, горение в начальной стадии происходит эффективно, с высокими скоростями при большой цикловой стабильности. Этому способствует также циклон верхней стенки 9 выемки 8 относительно плоской поверхности 7 головки цилиндров, при котором большая часть объема заряда размещается у свечи зажигания, чт.о позволяет инициировать искровым зарядом в свече зажигания большую часть объема смеси. В результате этого обеспечивается более эффективное воспламенение бедных составов смеси, что позволяет расширить пределы эффективного обеднения и тем самым снизить расход топлива, К концу такта сжатия энергия движения заряда резко усиливается за счет вытеснения части заряда из щелевого объема, заключенного между плоскими поверхностями 7 головки цилиндра и днищем поршня со стороны боковой стенки 19 в головке. Вследствие этого горение на последующей и заключительной стадиях происходит с высокими скоростями, что ограничивает возможности возникновения детонационного сгорания и поз воляет применить в двигателе более высокие сте пени сжатия и тем дополнительно снизить расход топлива. Расположение боковой стенки 19 выемки со стороны впускного канала на расстоянии 0,4-г 0,7 радиуса цилиндра от его оси обес печивает наиболее целесообразное соотношение объема, заключенного между плоскими поверхностями головки цилинд1 а и днищем поршня и основн,ым объемом камеры сгорания. При таком соотнесении объемов достигаются высокие радиальные скорости вытеснения потока. В конце рабочего хода открывается выпускной клапан 10, и отработавшие газы удаляются из цилиндра. Вариантом камеры сгорания является перенесение части ее объема в днище поршня или в цилиндр при накло не днища поршня противоположно накло ну верхней-.стенки выем1 и в головке. При таких Камерах сгораниядостигается более рациональное размещение объема камеры сгорания относительно свечи зажигания. таким образом, плавное сопряжение внешней по отношению к оси цилиндра поверхности впускного канала с участком линии, ограничивающей выемку головки, описанным дугой окружности, обращенной выпуклостью в противолежащую сторону от впускного канала, а также наклон верхней стенки выемки в сторону впускного канала и расположение упомянутого участка линии по контуру стенки цилиндра обеспечивает трансформацию вращательного движения бензовоздушной смеси вокруг оси впускного клапана во вращательное движение заряда вокруг оси цилиндра с наименьшими потерями кинетической энергии потока, вытекающего из клапанной щели. Расстояние от плоской поверхности головки до кромки овашьной верхней стенки выемки со стороны впускного канала, составляющее 0,1-0,4 расстояния от плоской поверхности головки до кромки овальной верхней стенки выемки, противолежащей впускному, каналу, позволяет ограничить контакт потока смеси с боковой сгёнкой выемки со стороны впускного канала и исключить этим потери ее кинетической энергии. В результате этого большая часть энергии заряда сохраняется до момента восплс1менения смеси искрой свечи зажигания. Благодаря этому повышается скорость и полнота сгорания, что улучшает антидетонационные качества и дает возможность эффективно использовать более бедные составы смеси, что улучшает экономичность двигателя. Выполнение в днище поршия выемки или наклона днища поршня противоположно наклону верхней стенки выемки в головке цилиндра позволяет более рационально разместитьобъем камеры сгорания относительно свечи зажигания. Это дополнительно повышает скорость сгорания заряда.

f3 8

W

f

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ, содержащий камеру сгорания, размещенную между днищем поршня, установленного в цилиндре, и головкой цилиндра, имеющей обращенную к поршню плоскую поверхность с выемкой, в овальной верхней стенке которой установлены выпускной клапан и расположенный «параллельно ему впускной клапан, сообщающий камеру сгорания с впускным каналом, ось которого смещена в плане относительно оси впускного клапана, а линия пересечения поверхностей боковой стенки выемки и обргиденной к поршню плоской поверхности головки содержит в плане участок в виде дуги окружности, обращенной -выпуклой частью в сторону от впускного канала, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью снижения расхода топлива путем повышения скорости и полноты сгорания топливной смеси,, выпуклая часть линии Пересечения расположена в плане по уонтуру цилиндра и плавно сопряжена с внешней по отношению к оси цилиндра поверхностью канала при помощи радиусной кривой, а верхняя стенка выемки в поперечном сечении выполнена с наклоном в сторону впускного канала. 2.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, чторадиусная кривая выполнена- при помощи трех радиусов RI, RZ, центры которых расположены на оси впуокного клапана а величины выполнены в соответствии с соотношением 0,5-0,7 и R,/R5 0,4-0,6, где Rj| - радиус, примыкающий к внешней поверхности впускного канала; RJ - радиус сопряжения Rj с выпуклой частью линии пересечения; R- - радиус выпуклой части линии . пересечения. 3.Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что расстояния от плоской поверхности головки до кромок овальной стенки выполнены в соответствии с соотношением h

Л-А

.Риг.,

п.6