Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1986 года по МПК F02B23/00 

1

Изобретение относится к двигателе строению, предназначено для реализации в четырехтактных и дв у стактных малолитражных автомобильных и мотоциклетных бензиновых двигателях с электроискровым воспламенением заряда, и может быть использовано также в газовых модификациях тех же типов двига телей, а также двигателей среднего и большого литража.

Цель изобретения - упрощение конструкции и интенсификация процесса сгорания.

На фиг.1 показан двигатель внутреннего сгорания, поперечный разрез на фиг.2 - вид А на фиг.1; ча фиг.З цилиндр двигателя, продольный разрез; на фиг.4 - цилиндр другого варианта конструктивного исполнения, продольный разрез; на фиг.5 - вид Б на фиг.4.

Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнем 2, головку 3 цилиндра с размещенными в ней впускным 4 и выпускным 5 клапанами, камерой 6 сгорания и свечей 7 зажигания, вытеснителем 8, между выступами с двух сторон которого размещена камера 6 сгорания. На днище 9 поршня сформирован цилиндрический выступ 10, который своей выступающей частью входит с зазором- в углубление камеры 6 сгорания.

Уширенная часть камеры 6 сгорания образована пространством, заключенным между днищем 9 поршня, ( стенками вытеснителя 8 в цилиндро„

ВОЙ головке и ограничивающей стен- кой выступа 10.

С целью облегчения поршня 2 и технологии его изготовления Гфиг.4 и 5) днище 9 поршня выполнено плоским, а рабочая полость камеры сгорания образована ступенчатым углублением в цилиндровой головке 3, огра 1гаченным выступами вытеснителя 8 в этой головке, пространством под впускным 4 и вьтускным 5 клапанами и плоским днищем 9. При этом упирен- наА часть, в которой сосредоточено 60-90% цилиндрового заряда, размещена, как и в предыдущем конструктивном варианте, под впускным клапаном 4, Свеча 7 также размещена в непосредственной близости к очагу калильного зажигания, т.е. в зоне, ограниченной габаритными размерами выпускного клапана, однако в отличие от предыдущего конструктивного

047582

варианта, она может размещаться на противолежащей стенке вытеснителя 8, как это показано на фиг.5, со стороны появления вихрей, первичной

5 вытеснительной турбулиэации. В зтом случае электроды свечи 7 оказываются размещенными в более спокойной зоне, что благоприятствует развитию процесса сгорания в начальных его

50 фазах и повышению стабильности протекания в последующих.

Величина зазора над выступом 10 ( и З) или между днищем 9 поршня 2 и тарелкой выпускного клапана

15 5 фиг.4) выбирается из условия предотвращения его встречи с этим вытеснителем при выбранных оптимальных фазах газораспределения. Допускается выпо,тшение расточки на торце

20 вытеснителя для размещения тарелки клапана в открытом его состоянии.

Таким образом, в обеих конструктивных модификациях оба источника калильного зажигания - вьтускной

25 клапан и свеча зажигания - размещены в стесненной части камерь: сгора- ния.

Двигатель с предлагаемой камерой работает следующим образом.

На такте впуска при движении поршня 2 от верхней мертвой точки (вМТ) к нигхней мертвой точке (нмт)приго- товленньш свежий заряд поступает в цилиндр через впускной клапан 4. - При приближении поршня к ВМТ на электроды свечи 7 подается напряжение, цилиндровьй заряд восплаг-1еняет- ся. В начальной фазе сгорания благодаря первичному, поперечному к продольной оси симметрии камеры б сгорания направлению первичной вытеснительной турбулизации (фиг.15 фиг,2 и 5 - пунктир), возникающей при взаимодействии конструктивных элементов головки поршня и вытеснителя 8, цилиндровый заряд выгорает в вытес- нительных зонах, ограниченных габа- :оита1 1и выпускного клапана. Таким образом, в этой фазе образуется ши40

45

50

15ОКИЙ первичный фронт сгорагшя.

При наличии калильного зажигания, связанного с перегретыми поверхностями выпускного клапана и запальной 55 свечИд процесс выгорания заряда в стесненной зоне может ускоряться, ко приводя, однако, к заметным отрицательным последствиям в связи с

3

относительно малым количеством заряда над ВЫСТУПОМ 10.

В процессе приближения поршня 2 к ВМТ, точнее с момента, когда выступ 10 начнет входить в углубление камеры сгорания, тогда под воздействием этого подвижного вытеснителя на заряд камеры сгорания накладывается вторичная дополнительная тур- булизация (фиг.З, фиг,2 и 5 - пунктир в направлении, перпендикулярном к вихрям первичной турбулизации).

Организованная таким способом вытеснительная турбулизация в про-/ цёссах сжатия - расширения обеспечивает достаточно интенсивное вихревое движение рабочего тела на такте расширения, что в значительной мере стимулирует сокращение периода догорания.

В заключительных фазах сгорания сформировавшийся фронт пламени над выступом 10 последним выталкивается в направлении уширенной части камеры 6 сгорания, размещенной под впускнь1м клапаном 4. Благодаря поджиганию основного заряда на всем поперечном сечении камеры сгорания в сочетании с наложенной вторичной турбулизацией сгорание этого заряда приобретает прогрессивно ускоряющийся объемный характер и заканчивается вблизи БИТ. Рабочий цикл замыкается процессами расширения и выхлопа.

В конструктивном варианте, изображенном на фиг.4-5, рабочий цикл осуществляется аналогичным образом.

В предлагаемой камере вместе с выжиганием пероксидов в зоне выпускного клапана попутно нейтрализуется дестабилизирующее влияние калильного зажигания на процесс сгорания также и от установленной в этой зоне свечи зажигания.

Деформация первичного фронта пламени при воздействии на него выступа 10 в направлениях как к заряду уширенной части так и к стесненной части камеры позволяет более эффек- тивнр выжигать заряд в узком пространстве между подвижным вытеснителем и стенкой камеры, ликвидируя застойные зоны на периферии камеры сгорания, предотвращая тем самым накопление в ЭТР1Х зонах пероксидов, являющихся очагами детонационного сгора25

04758

ния и поставщиком непрореагировавших углеводородов.

Таким образом, уменьшение до оптимального допустимого значения доли

5 заряда, подверженного калильному зажиганию, первоочередное его выжигание в стесненной части камеры сгорания и образования таким способом широкого фронта пламени в надпорпше10 вом пространстве, воспламенение основной доли заряда широким фронтом, наложение на поджигаемый заряд вихрей первичной и вторичной турбулизации - все это в комплексе обеспечи15 вает непрерывно ускорякядийся объемный характер сгорания основного заряда. Вместе с предотвращением детонационного сгорания в двигателе создаются также благоприятные предпосылки

20 для снижения вредных выбросов по всем токсическим компонентам.

Как показывают результаты экспериментальных исследований, интенсифицирующее воздействие широкого фронта пламени, вытеснительной турбулизации большой интенсивности на основную долю заряда благоприятствует сокраще- нию периода догорания, т.е. более быстрому и эффективному его сгоранию 30 вблизи ВМТ также и при введении рециркуляционных отработавших газов, требует меньших углов опережения зажигания.

Сокращение времени высокотемпера- турного воздействия на цилиндровый заряд и продукты сгорания за счет меньших углов опережения зажигания позволяет снизить образование наиболее токсичного компонента N0.

Воспламенение цилиндрового заряда в относительно более спокойной зоне, т.е. турбулизацией заряда малой интенсивности и дополнительным подогревом заряда от нагретой поверхности выпускного клапана, позволяет сжигать бедные составы горючей смеси, что в комплексе с дожиганием компонента СН благоприятствует снижению токсических выбросов СО и СН. Одновременно с этим размещение электродов свечи 7 в слаботурбулизо- ванной зоне на боковой стенке углубления, как показано на фиг.5, благодаря пониженной скорости рас- 55 пространения пламени в боковых направлениях по отношению к первичному потоку вытеснительной турбулизации в большой мере блокирует стес40

неннуго часть камеры от воздействия калильного зажигания.

Выбор оптимального соотношения между объемными долями заряда в стесненной части камеры сгорания к общему его количеству может также характеризоваться условным вытесни 2047586

тельным энергетическим параметром, увеличением которого представляется возможным повьшать уровень форсиров- ки двигателя по скорости вращения. 5 Названная величина для различных по типоразмерам двигателей лежит в пределах 0,1-0,4.

Btjd А

Фие.З

(fue.S