Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1988 года по МПК F02B23/08 F02B29/06 

1

Изобретение относится к двигателе- строению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.

Цель изобретения - повышение топливной экономичности на режимах частичных нагрузок и улучпение антидетонационных качеств на полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения заряда.

На фиг.1 изображен двигатель, поперечный разрез, по осям впускного и выпускного клапанов; на фиг.2 - то же, горизонтальное сечение по оси дополнительного впускного канала для подачи рабочего тела в цилиндр; на фиг.З -то же, поперечный разрез при расположении поршня в верхней мертвой точке ; на фиг.4 - то же, попе- речньй разрез по осям впускного и выпускного клапанов (тангенциальньй паз вьтолнен в днище поршня) ; на фиг.5 - то же, горизонтальное сечение по оси дополнительного впускного канала для подачи рабочего тела в цилиндр (направляющий тангенциальный паз выполнен в днище поршня).

Двигатель содержит цилиндр 1 (фиг. 1) с поршнем 2. Камера 3 сгорания (фиг. 3) образована выпуклым сферическим днищем 4 поршня 2, в котором по его центру выполнена выемка 5, и вогнутой сферической поверхностью 6 в головке 7 цилиндра 1. В головке 7 размещена свеча 8 зажигания (фиг.2), впускной канал 9 со средством закрутки потока (направление вращения обозначено стрелкой 10) топливо-воздущной смеси вокруг оси цилиндра 1 и выпускной канал 1 1. Впускной 9 и выпускной 11 каналы перекрываются соответственно впускным 12 и выпускным 13 клапанами. Серповидная камера 3 сгорания (фиг.З) выполнена в виде .сферического сегмента с радиусами R и г при по

ложении поршня 2 в верхней мертвой точке. Отношение величин радиусов г и R составляет 0,75-0,9. Серповидная камера 3 сгорания имеет кольцевой вытеснитель 14, внутренняя граница которого ограничена диаметром d выемки 5. Отношение величин диаметра d выемки 5 к диаметру D цилиндра 1 составляет 0,54-0,70.

В нижней части стенки 15 цилиндра 1 на расстоянии 0,75-0,95 максимального хода поршня 2 от верхнего торца цилиндра выполнено окно 16, сообщенное с дополнительным выпускным

1 т

каналом 17, расположенным вдоль стенки 15 цилиндра 1 в направлении вращения noTOKafno стрелке 10)топливо- воздушной смеси, сообщаемого основным впускным каналом 9. При этом ось 18 дополнительного впускного канала 17, продолженная в полость цилиндра 1, размещена с внешней стороны выемки 5 в днище поршня 2 по касательной к окружности 19 (фиг.2), расположенной в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра 1, с диаметром 0,5- 0,9 диаметра цилиндра 1.

Отношение площади минимального поперечного сечения f (фиг. 1 и 2) дополнительного впускного канала 17 к площади горловины f впускного канала 9 составляет 0,10-0,25, а отношение длины дополнительного впускного канала 1д,- к его диаметру d в минимальном сечении составляет 2-5. Окно 16 дополнительного впускного канала 17 расположено напротив направляющего паза 20, выполненного

в днище поршня 2. С помощью паза 20 пристеночную зону цилиндра 1 сообщают с выемкой 5 в днище 4 поршня 2. Дополнительный впускной канал 17 содержит обратный клапан 21, открываемый в конце такта впуска для поступ

ления в полость цилиндра I рабочего тела, приготовленного вне цилиндра 1

Предлагаемое выполнение двигателя позволяет улучшить топливную экономичность на режимах частичных нагрузок и антидетонационные качества двигателя на полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения заряда в конце такта впуска и в начале такта сжатия за счет дополнительного импульса, сообщаемого основной смеси рабочим телом, приготовленным вне цилиндра, и оптимального распределения состава смеси в камере сгорания по отношению к источнику зажигания, а также охлаждение поверхности камеры сгорания.

Двигатель работает следующим образом.

При движении поршня 2 (фиг.1) вни за счет создаваемого в цилиндре 1 разрежения топливо-воздушная смесь из впускного канала 9 через открытый впускной клапан 12 поступает в полость цилиндра 1. По мере поступлени в цилиндр 1 топливо-воздушной смеси она за счет движения по впускному каналу 9 специальной формы приобретает вращение (направление движения показано стрелкой 10) вокруг оси цилиндра 1. При такой форме движения в цилиндре 1 к концу такта впуска сохраняется большая часть кинетической энергии, чем при поступательном движении смеси вдоль оси цилиндра 1. При подходе поршня 2 к нижней мертвой точке, когда основная часть смеси ууце поступила в цилиндр 1 , вращательпендикулярной оси цилиндра 1, с диаметром 0,5-0,9 диаметра D цилиндра I. Благодаря тому, что отношение площа- ди минимального поперечного сечения f.K дополнительного впускного канала 17 к площади горловины впускного канала 9 составляет 0,10-0,25, а отношение длины дополнительного впускного канала 1, к его диаметру d в минимальном сечении составляет 2- 5, обеспечивается интенсификация вихревого движения заряда в конце такта впуска и в начале такта сжатия за

счет дополнительного импульса, сообщаемого топливо-воздушной смеси рабочим телом, приготовленным вне цилиндра. Ввод рабочего тела через дополнительный впускной канал 17 с выходным окном 16 продолжается и после прохождения поршнем 2 нижней мертвой точки до момента, когда окно 16 перекрывается верхней кромкой днища 4 поршня 2. Общая продолжительность

ввода рабочего тела составляет 70- 100 поворота коленчатого вала двигателя, что обеспечивает большую длительность действия дополнительного импульса, ускоряющего вырождающееся

к этому моменту вихревое движение топливо-воздушной смеси по стрелке 10, созданное впускным каналом 9.

При вводе рабочего тела в цилиндр 1 с внешней стороны выемки 5 в днище 4 поршня 2 по касательной к окружности обеспечивается возможность расположения рабочего тела в пристеночных слоях цилиндра 1. Сохранение такого расположения рабочего тела в

Изобретение относится к двигате- лестроению и позволяет повысить топливную экономичность на режимах частичных нагрузок и улучшить антидетонационные качества на полных нагрузках. Камера сгорания образована выпуклым сферическим днищем 4 поршня 2, в котором по его центру выполнена выемка 5, и вогнутой сферической поверхностью 6 в головке 7 цилиндра. В нижней части стенки цилиндра над поршнем при положении его в нижней мертвой точке вьшолнено окно 16, сообщенное с вьтускным каналом 17, расположенным вдоль стенки 15 в направлении вращения потока топливо-воздушной смеси. В канале 17 расположен обратный клапан, открываемый в конце такта впуска. Ось 18 канала 17, продолженная в полость цилиндра, размещена с внешней стороны выемки 5 по касательной к окружности, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра. Происходит интенсификация вихревого движения заряда в конце такта впуска и в начале такта сжатия за счет дополнительного им (Л

ное движение топливо-воздушной смеси 40 топливо-воздушной смеси до конца таксохраняется по форме. Вместе с тем интенсивность этого движения за счет трения о стенки цилиндра 1 снижается. При перемещении поршня 2 вниз на

расстояние 0,75-0,95 от полного хода 5 телом. За счет этого достигается оп- он своей верхней кромкой открывает тимальное распределение топливо-воз- окно 16 дополнительного впускного ка- душной смеси относительно свечи 8 за- нала 17 с обратным клапаном 21. Клапан 21 открьшают. Через открытьй клапан 21 и окно 16 в цилиндр 1 в направлении движения по стрелке 10

жигания.

При поступлении рабочего тела в 5Q цилиндр 1 двигателя часть его по пазу 20, вьтолненному в днище 4 поршня 2 напротив окна I6 дополнительного впускного канала 17, направляется в

основного потока топливо-воздушной смеси (фиг.1 и 2) подают рабочее тело, приготовленное вне цилиндра 1.

При поступлении рабочего тела в 5Q цилиндр 1 двигателя часть его по пазу 20, вьтолненному в днище 4 поршня 2 напротив окна I6 дополнительного впускного канала 17, направляется в

выемку 5 в днище 4 поршня 2. Этим до- Рабочее тело поступает по траектории стигается равномерное и эффективное определяемой направлением оси 18, с . охлаждение днища 4 поршня 2. После внешней стороны выемки 5 в дншце . прохождения верхней кромки поршня 2 поршня 2 по касательной к окружности окна 16 дополнительного впускного 19, расположенной в плоскости, пер- канала 17 происходит сжатие рабочей

та сжатия достигается вращающимся потоком, движение которого ускорено за счет дополнительного импульса, сообщенного основной смеси рабочим

телом. За счет этого достигается оп- тимальное распределение топливо-воз- душной смеси относительно свечи 8 за-

жигания.

При поступлении рабочего тела в цилиндр 1 двигателя часть его по пазу 20, вьтолненному в днище 4 поршня 2 напротив окна I6 дополнительного впускного канала 17, направляется в

51

смеси, состоящей из топливо-воздушной смеси и рабочего тела, поскольку впускной клапан 12 закрывают,

Вследствии высокой стабильности структуры вихревого движения заряда и особой формы камеры 3 сгорания рабочее тело, введенное в цилиндр 1, к концу такта сжатия в основном сохраняет свое расположение по периферии камеры 3. В результате этого образующаяся в периферийной зоне над кольцевым вытеснителем 14 (фиг.З) рабочая смесь по своему составу беднее, чем в центральной зоне камеры сгорания.

В конце такта сжатия рабочую смесь, расположенную в центральной зоне камеры сгорания, воспламеняют от искрового разряда свечи 8 зажигания. При обогащении состава смеси у свечи 8 зажигания, обеспеченном оптимальным распределением состава смеси по объему камеры 3 сгорания, достигается высокая цикловая стабильность воспламенения более бедных составов смеси. Развитие начального очага горения и распространение пламени по объему камеры 3 сгорания происходит с высокими скоростями, достигаемыми более высокой интенсивностью движения смеси и стабильными турбулентными характеристиками вращающегося заряда.Это позволяет эффективно сжигать более бедные составы смеси и улучшать этим топливную экономичность двигателя. За счет обеденения рабочей смеси в периферийных зонах над кольцевым вытеснителем 14 камеры 3 сгорания, наиболее удаленных от свечи 8 зажигания, ограничено возникновение детонационного сгорания. Этому способствует также размер кольцевой вытеснительной полости, образующейся при положении поршня 2 вблизи верхней мертвой точки, объем смеси в которой обеспечивается при отношении диаметра выемки d к диаметру D цилиндра 1 в пределах 0,54-0,7.

Благодаря этому возможно увеличить степень сжатия и улучшить тем самым топливную экономичность двигателя. Кроме того, ограничению детонационного сгорания способствует также охлаждение днища поршня рабочим телом, имеющим более низкую Температуру по отношению к температуре смеси в конце такта впуска.

02716

В результате сгорания рабочей смеси происходит образование продуктов сгорания, объем которых резко

- увеличивается, что вызывает изменение направления движения поршня 2 и его движение вниз.

Энергию расширения продуктов горения преобразуют в механическую ра0 боту за счет воздействия продуктов сгорания на поршень 2, который кинематически связан с коленчатым валом двигателя. В конце такта расширения продукты горения через открытый вы15 пускной клапан 13 (фиг.1) поступают в вьтускной канал 11. Затем цикл повторяется.

Расположение выходь:ого окна дополнительного впускного канала на рас0 стоянии 0,75-0,95 максимального хода поршня от верхнего торца цилиндра обеспечивает возможность ввода рабочего тела Б течение 70-100° поворота коленчатого вала двигателя. Такая

25 продолжительность ввода рабочего тела обеспечивает необходимую длительность действия дополнительного импульса, ускоряющего движение основной смеси, ввод необходимого количе30 ства рабочего тела и эффективное охлаждение днища поршня..

Размещение оси дополнительного впускного канала с внешней стороны углубления в днище поршня по касаog тельной к окружности, расположенной в плоскости, перпендикулярно оси цилиндра с диаметром 0,5-0,9 от диаметра цилиндра, позволяет наиболее - полйо использовать кинетическую энерг

40 гию рабочего тела для ускорения вращения топливо-воздушной смеси в цилиндре .

Величина отношения площади минимального поперечного сечения f д , до45 полнительного впускного канала к площади горловины впускного в пределах 0,10-0,25 и отнощение длины дополнительного впускного канала 1д.ц к его диаметру dд « в минимальном сече5Q НИИ в пределах 2-5 определены экспериментально на основе регулировочных характеристик при различных диаметрах (1дд минимального сечения дополнительного впускного канала. Выбран-,

gg ные соотношения обеспечивают наибольший эффект улучшения топливной экономичности на частичных нагрузках (в пределах 5-20%) и более высокие антидетонационные качества двига713702

теля, позволяющие повысить степень сжатия на 0,3-0,5 единиц.

Вьтолнение двигателя с принудительным зажиганием позволяет снизить удельный расход топлива, преимущественно на режимах частичных нагрузок, при улучшении антидетонационных качеств двигателя на полных нагрузках,

10 Формула изобретения

линдр, размещенный в нем пориень со сферическим выпуклым днищем, выполненным с выемкой, камеру сгорания, образованную днищем поршня и сферической вогнутой поверхностью головки цилиндра и снабженную свечой зажи гания, впускной канал со средством закрутки потока топливо-воздушной смеси и выпускной канал, отличающийся тем, что, с целью по- вьшения топливной экономичности на режимах частичных нагрузок и улучшения антидетонационных качеств двига

71

8

теля на полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения заряда, он снабжен дополнительным впускным каналом, а в нижней части цилиндра над поршнем при положении его в нижней мертвой точке выполнено окно, сообщенное с дополнительным впускным каналом.

Фиг. 2

ФиеЛ

Фиг. 5