Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1987 года по МПК F02B17/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям вну треннегй сгорания, а именно к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания с послойным смесеобразованием и принудительным зажиганием.

Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие цилиндр с поршнем, однополостную камеру сгорания, снабженную свечой зажигания и выполненную в головке цилиндра и поршне, и головку цилиндра с перекрываемым выпускным клапаном каналом выпуска отработавших газов и перекрываемыми двумя отдельными впускными клапанами каналом подачи обогащенной смеси в зону, примыкающую к свече, и каналом подачи обедненной смеси в зону, удаленную от свечи ll.

Однако применение дополнительного впускного клапана, имеющего самостоятельный привод от распределительног вала, существенно усложняет конструкцию известных двигателей.

Известны также двигатели внутреннего сгорания, содержащие по меньшей мере один цилиндр с поршнем, камеру сгорания, снабженную свечей зажига- ния и образованную стенками цилиндра днищем поршня и углублением в головке цилиндра, перекрываемый выпускным клапаном канал выпуска отработавших газов и перекрываемые общим впускным клапаном канал подачи обогащенной смеси в зону, примыкающую к свече, и канал подачи обедненной смеси в зону удаленную от свечи.

При поступлении в цилиндр оба потока смеси дополнительно разделяются выполненным на поверхности головки и выступающим в камеру сгорания кру- говьм дефлектором 2.

Однако одновременный впуск смесей с разной концентрацией топлива приводит к частичному смешению потоков бедной и богатой смеси и не удается обеспечить надлежащей степени расслоения заряда по объему камеры сгорани к моменту воспламенения заряда свечей зажигания. Кроме того, выполне- н ие на поверхности головки выступающего в камеру сгорания кругового дефлектора обуславливает из-за его перегрева возникновение калильного зажигания.

Целью изобретения является упрощение конструкции двигателя и повышение его надежности.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Цель достигается тем, что головка цилиндра выполнена с дополнительным местным цилиндрическим углублением, уменьшающимся к свече, впускной клапан установлен в этом углублении, канал подачи обедненной смеси направлен тангенциально и под углом к торцу цилиндра, и поршень вьтолнен с выемкой в днище под свечой.

На фиг.1 изображен предлагаемый двигатель, поперечный разрез; на фиг.2 - головка цилиндра, вид снизу (без впускного клапана)J на фиг.З- разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 и 6 - схемы движения топливовоздутиной смеси соответственно на начальном и конечном периодах такта впуска и на среднем периоде такта впуска; на фиг.7 - диаграмма подъема впускного и выпускного клапанов.

Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнем 2, головку 3 цилиндра 1 и камеру 4 сгорания. Часть камеры 4 сгорания, в которую выведена свеча 5 зажигания, расположена в углублении, вьтолненном в головке 3 цилиндра 1, а другая часть камеры 6 сгорания расположена в выемке, выполненной в днище порщня 2. Отношение объема вы- ,емки в днище поршня 2 к общему объе- му камеры сгорания составляет 0,3- 0,6. Геометрический центр выемки в днище поршня 2 не совпадает с осью цилиндра 1. Цоверхности камеры сгорания в головке 3 цилиндра 1 и верхний торец поршня 2, расположенные по другую сторону от оси поршня 2 при его положении в верхней мертвой точке, образуют вытеснитель 7, а образующая выемки в днище поршня 2 находится примерно под линией, отделяющей часть камеры 4 сгорания от другой части камеры 6 сгорания. В головке 3 цилиндра 1 размещены канал 8 вьтуска отработавших газов, перекрываемый выпускным клапаном 9 и перекрьгеаемые общим впускным клапаном 10 и разделенные перегородкой 11 канал 12 подачи обогащенной смеси в зону, примыкающую к свече 5 и канал 13 подачи обедненной смеси в зону, удаленную от свечи 5. Рассматриваемый вариант .двигателя с параллельным однорядным расположением клапанов 9 и 10 не исключает применения предлагаемого устройства в двигателях, имеющих двухрядное, в частности разное, расположение клапанов. Канал

12816964

13 подачи обедненной смеси, выходное выходного окна 14 в камеру сгорания.

окно 14 которого расположено на периферии камеры сгорания, направлен тангенциально и под углом к торцу цилиндра 1 для сообщения потоку закрутки относительно оси цилиндра 1, Канал 12 подачи обогащенной смеси, выходное окно 15 которого расположено напротив центральной зоны камеры сгорания, имеет относительно большую длину от седла клапана 10 до поворота, обеспечивая потоку смеси направление по оси цилиндра 1 в центральную часть камеры сгорания и в выемку в днище поршня 2.

В части камеры 4 сгорания, располоблагодаря этому существенно снижается смешение потоков с разной концентрацией топлива возможное при одно-

5 временном истечении их через оба выходных окна, в результате чего обеспечивается устойчивое заполнение центральной части камеры 4 сгорания в головке 3, где расположена свеча 5

W зажигания и находящейся под ней камеры 6 сгорания в днище поршня обогащенной топливовоздушной смесью.

Часть потока обедненной смеси поступает через кольцевой зазор 17.

5 Однако это не препятствует устойчивому течению потока обогащенной сме20

женной в головке 3 цилиндра 1, выполнено дополнительное местное цилиндрическое углубление, высота стенки 16 которого от торца седла впускного клапана 10 уменьшается к свече 5 зажигания. Впускной клапан 10 установлен в этом углублении с зазором 17.

Стенка 16 на части хода впускного клапана 10 опоясывает по периметру его тарелку между перегородкой 11 и периферией цилиндра 1, Отношение наибольшей высоты стенки 16 к диаметру тарелки впускного клапана 10 составляет 0,08-0,15, а величина зазора 17,30 ного сечения кольцевого зазора 17 образованного между стенкой 16 и тор- и площади п;ели 18,

си в центральную часть 4 камеры сго рания в головке 3 цилиндра 1 и в ка меру 6 в днище поршня 2, поскольку вертикальная стенка 16 сообщает это му потоку поступательное движение вдоль периферийных стенок камеры сгорания в головке 3 и цилиндра 1. Ограничение перетекания части обед- 25 ненной смеси в выходное окно 15 канала 12 через высвобождающуюся по мере подъема клапана 10 щель 18 достигается при выполнении условия примерного равенства площади проход

цом клапана 10, составляет 0,04-0,1 диаметра тарелки клапана, что соответствует условию примерного равенства площадей проходного сечения кольцевого зазора 17 и щели 18 (фиг.5 и 6), образованной между торцом перегородки 11 и поверхности кла- fiSLHa 10. Выходное окно 15 впускного канала 12 и свеча 5 зажигания расположены над выемкой, выполненной в днище поршня 2.

Двигатель работает следующим образом.

В начальный период такта впуска при открытии клапана 10 (участок I, фиг.7) обогащенная топливовоздушная смесь поступает по впускному каналу 12 через выходное окно 15 в центральПри дальнейшем подъеме клапана (участок II, фиг.7) тарелка впускного клапана 10 выходит из местного ци35 линдрического углубления и основной поток обедненной топливовоздушной смеси вытекает в периферийную часть 4 камеры в головке 3 цилиндра 1 и в цилиндр 1. Обогащенная смесь тем

40 временем продолжает поступать в центральную часть 4 камеры в головке 3 цилиндра 1 и далее в центральную ,часть цилиндра 1„ При этом тангенциальный ввод потока обедненной смеси

45 относительно образующей цилиндра обусловливает закрутку этого потока вокруг оси цилиндра. Вращающийся по- ток обедненной смеси удерживает посту пательно движущийся в центральной час

ную зону камеры сгорания, очищая зону50 ти цилиндра 1 поток обогащенной топсвечи 5 зажигания от остаточных газов, и далее в выемку в днище поршня 2, заполняя ее объем. Выходное окно 14 канала 13 подачи обедненной смеси на этом периоде такта впуска при ма- 55 Ш, фиг.7) продолжается поступление лом открытии впускного клапана 10 в центральную часть 4 камеры в голов- оказывается задросселированным стенкой 16. Стенка 16 препятствует поступлению потока обедненной смеси из

ливовоздушной смеси. При обратном ходе клапана 10 его тарелка вновь оказывается задросселированной стенкой 16. В данный период такта впуска (участок

ке 3 и цилиндр 1 обогащенной топливо- воздушной смеси, в то время как, поступление обедненной смеси из выходноблагодаря этому существенно снижается смешение потоков с разной концентрацией топлива возможное при одно-

временном истечении их через оба выходных окна, в результате чего обеспечивается устойчивое заполнение центральной части камеры 4 сгорания в головке 3, где расположена свеча 5

зажигания и находящейся под ней камеры 6 сгорания в днище поршня обогащенной топливовоздушной смесью.

Часть потока обедненной смеси поступает через кольцевой зазор 17.

Однако это не препятствует устойчивому течению потока обогащенной сме

ного сечения кольцевого зазора 17 и площади п;ели 18,

си в центральную часть 4 камеры сгорания в головке 3 цилиндра 1 и в камеру 6 в днище поршня 2, поскольку вертикальная стенка 16 сообщает этому потоку поступательное движение вдоль периферийных стенок камеры сгорания в головке 3 и цилиндра 1. Ограничение перетекания части обед- ненной смеси в выходное окно 15 канала 12 через высвобождающуюся по мере подъема клапана 10 щель 18 достигается при выполнении условия примерного равенства площади проходПри дальнейшем подъеме клапана (участок II, фиг.7) тарелка впускного клапана 10 выходит из местного цилиндрического углубления и основной поток обедненной топливовоздушной смеси вытекает в периферийную часть 4 камеры в головке 3 цилиндра 1 и в цилиндр 1. Обогащенная смесь тем

временем продолжает поступать в центральную часть 4 камеры в головке 3 цилиндра 1 и далее в центральную часть цилиндра 1„ При этом тангенциальный ввод потока обедненной смеси

относительно образующей цилиндра обусловливает закрутку этого потока вокруг оси цилиндра. Вращающийся по- ток обедненной смеси удерживает поступательно движущийся в центральной часШ, фиг.7) продолжается поступление в центральную часть 4 камеры в голов-

ливовоздушной смеси. При обратном ходе клапана 10 его тарелка вновь оказывается задросселированной стенкой 16. В данный период такта впуска (участок

Ш, фиг.7) продолжается поступление в центральную часть 4 камеры в голов-

ке 3 и цилиндр 1 обогащенной топливо- воздушной смеси, в то время как, поступление обедненной смеси из выходного окна 14 канала 13 ограничено стенкой 16 и небольшая часть его поступает в периферийную часть 4 камеры в головке 3 через зазор 17. Благодаря этому центральная часть камеры 4 в головке 3 и верхняя центральная часть цилиндра 1 заполняются обогащенной смесью. На такте сжатия вращающийся поток обедненной смеси удерживает в центральной части цилиндра 1 и в ка- мере 4 обогащенную топливовоздушную смесь. В конце такта сжатия обогащенная часть заряда, находящаяся в центральной части камеры 4 сгорания в головке 3 и в камере 6 в поршне 2 воспламеняется свечой 5 зажигания, расположенной в этой части камеры над .выемкой в днище поршня 2. При таком характере распределения топлива по объему камеры сгорания обеспечивает- ся эффективное воспламенение в среднем очень бедной смеси, воспламенение которой при однородном распределении топлива по всему объему камеры сгорания было бы невозможно. При дальнейшем движении поршня 2 к верхней мертвой точке начавшееся горение обогащенной смеси в основном объеме камеры сгорания интенсифицируется увеличивающейся скоростью движения заряда в нем за счет вытеснения обедненной смеси из щелевого объема вытеснителя 7. Поскольку геометрический центр камеры в днище поршня 2 смещен относительно оси поршня 2 обедненная топ- ливовоздушная смесь, вытесняемая из щелевого объема, поступает в основной объем камеры в поршне 2 тангенциально ее образующей.

Таким образом, предлагаемый двигатель позволяет упростить конструкцию с послойным смесеобразованием и повысить его надежность.

Кроме того, конструкция предлагаемого двигателя повьшает топливную экономичность и обеспечивает снижение выброса с отработавшими газами токсичных вещество

5 6 16

(Рив.1

te

f 8

а

12

Фиг.

(риг. 5

(Puz. 6 18 6

HfIT

П

8ПТ

Редактор Г.Волкова

Заказ 73Тираж 526Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 1

Фиг. 7

Составитель В.Морозов

Техред Л.Сердюкова КорректорЕ.Сирохман