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

(Л

|

00 00 00

со

{риг1

кного канала 13, ось 16 которого при продолжении ее в полость цилиндра в плане расположена с внутренней стороны выемки 5 в поршне по касательной к его образующей в направлении вращения потока топливоиоздушной смеси, образованного в первой половине такта впуска. Для свободного прохода рабочего тела, приготовленного вне цилиндра, поверхность выемки 5 при нахождении поршня в нижней мертвой точке, продолженная в направлении окна 14, расположена по крайней мере ниже кромки последнего. Для ограничения поступления продуктов сгорания в

3839

канал 15 в конце такта расширения в последнем установлен обратный клапан 18, открываемый в конце такта впуска для поступления в полость цилиндра рабочего тела, приготовленного вне цилиндра. В конце такта впуска и начале такта сжатия интенсифицируется вихревое движение заряда за счет дополнительного импульса, сообщаеморо топливовоздуганой смеси рабочим телом, приготовленным вне цилиндра, и оптимального распределения состава смеси в камере cгopaн iя по отношению к источнику зажигания. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение позволяет повысить топливную экономичность на режимах малых нагрузок и улучшить янтидетона- ционные качества на полных нагрузках. Камера 3 сгорания образована днищем 4 поршня 2, в котором выполнена выемка 5, и наклонной к торцу днища поршня плоскостью 6 головки цилиндра. ,В нижней части стенки последнего над поршнем при положении его в нижней мертвой точке выполнено окно 14 впус

1

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

Цель изобретения - повьпиение топливной экономичности на режимах час- тичных нагрузок и улучшение антидетонационных качеств на полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения заряда.

На фиг.1 изображен двигатель по оси впускного клапана и оси дополнительного впускного канала для подачи рабочего тела в цилиндр при положении порганя в нижней мертвой точке, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, при положении поршня в верхней мертвой точке, поперечный разрез; на фиг.3 - горизонтальное сечение двигателя по оси дополнительного канала для подачи рабочего тела в цилиндр, на которое условно нанесено положе- ние впускных и выпускных клапанов, а также свечи зажигания, а также углубление в днище поршня и траектории основного потока топливовоздушной смеси и рабочего тела, приготовленного вне цилиндра; на фиг.4 - горизонтальное сечение двигателя по оси дополнительного впускного канала для подачи рабочего тела в цилиндр, на котором показан поршень с продолженной поверхностью углубления в нем в направлении выходного окна; на фиг.5 двигатель по оси впускного клапана

при положении поршня в нижней мертвой точке, на котором показан проход рабочего тела в углубление в поршне, образованное за счет продолжения поверхности углубления в направлении выходного окна, поперечный разрез.

Двигатель содержит цилиндр 1 (фиг.1) с пор1шем 2. Камера 3 сгорания (фиг.2) образована днищем 4 поршня 2, в котором вьтолнена выемка 5, и наклонной к торцу днища поршня плоскостью 6 головки 7 цилиндра 1, в которой размещены впускной 8 и выпускной 9 клапаны (фиг.З), сообщающие полость камеры 3 сгорания и цилиндра 1 соответственно с впускным каналом 10 подачи топливовоздушной смеси и каналом 11 для выпуска отработавших газов, при зтом впускной клапан 8 (фиг.З и 4) смещен к стенке цилиндра 1, чем достигается тангенциальное движение потока топливовоздушной смеси на такте впуска и образование в цилиндре вращения заряда вокруг оси цилиндра I. При этом для усиления интенсивности закрутки потока на такте впуска профиль выходного участка впускного канала 10 выполняют таким образом, чтобы по возможности большая часть поступающей смеси двигалась тангенциально образующей цилиндра 1 .

Свеча 12 зажигания расположена в плане между впускным 8 и выпускным 9

клапанами напротив периферийной части углубления 5 в днище 4 поршня 2.

В нижней части стенки цилиндра 1 на расстоянии 0,80-1,1 максимального хода S порпшя 2 от верхнего торца 13 цилиндра 1 (фиг.1) над поршнем при положении его в нижней мертвой точке выполнено окно 1А дополнительного впускного канала 15, ось 16 которого при продолжении ее в полость цилиндра 1 в плане (фиг.З) расположена с внутренней стороны выемки 5 в поршне 2 по касательной к его образующей в направлении вращения потока топливо- воздушной смеси, образованного в первой половине такта впуска.

Для свободного прохода рабочего тела, приготовленного вне цилиндра 1 поверхность 17 выемки 5 (фиг,4,5) в днище поршня 2 при нахождении его в нижней мертвой точке, продолженная в направлении окна 14 дополнительного впускного канала 15, расположена по крайней мере ниже кромки окна 14.

Конструктивные размеры дополнительного впускного канала 15 и его выходного окна 14 подобраны из соображений обеспечения наибольшей , дальнобойности струи. Отношение пло- щади минимального поперечного сечения fg (фиг.I) дополнительного впускного канала 15 к площади горловины f основного впускного канала 10 составляет в пределах 0,1-0,25, а отношение длины дополнительного канала 1, к его диаметру d.k в минимальном сечении составляет в пределах 2-5.

Для ограничения поступления продуктов сгорания в дополнительный впуск- ной канал 15 в конце такта расширения в дополнительном впускном канале 15 установлен обратный клапан 18, открываемый в конце такта впуска при поступлении в полость цилиндра 1 ра- бочего тела, приготовленного вне цилиндра I .

Кроме того, для приготовления и . распределения рабочего тела по цилиндрам в много цилиндровом двигателе перед входом в дополнительный впускной канал 15 помещен коллектор 19 (фиг.1,5).

Для нагнетания рабочего тела в ди- линдр 1 на повышенных нагрузках на входе н коллектор установлен компрессор 20, имеющий привод от коленчатого вала.

Такое выполнение дпиглтсля при (M работе позволяет улучшить тогтлиинур) экономичность на режимах частичных нагрузок и антидетпнацзюнныс качества двигателя на полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения заряда в конце такта впускл н в начале такта сжатия за счет дополнительного импульса, сооб1чаемого топ- ливовоздушной смеси рабочим телом,. приго овленным вне цилиндра, и опти- мильного распределения состава смеси в камере сгорания по отношению к источнику зажигания, а также охлаждения поверхности камеры сгорания.

Двигатель работает следуклиим образом.,

При движении порш}1Я 2 (фиг. ) вни за счет создаваемого в цилиндре 1 разрежения топливовоздушная смесь 21 (направление движения показано стрелкой 21) из впускного канала 10 через открытое jnycKHoe отверстие впускного клапана 8 поступает в полость цилиндра 1 . За счет смещения впускного клапана В к стенке цилиндра 1 и специального профиля выходного участка впускного канала 10 топливовоздушная смесь по мере поступления в цилиндр 1 движется преимущественно тангенциально стенке цилиндра I, вследствие чего заряд смеси приобретает вращение 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 уже поступила Б цилиндр 1, вращательное движение топливовоздушной смеси 21 сохраняется по форме. Вместе с тем интенсивность этого движения за счет трения о стенки цилиндра 1 начинает снижаться. При перемещении поршня 2 вниз на расстояние 0,8-1,1 от полного хода S он своей верхней кромкой открывает окно 14 дополнительного канала 15 с обратным клапаном 18. Клапан 18 открывают. Через открытый клапан 18 и окно 14 канала 15 в цилиндр 1 в направлении движения основного потока топливовоздуш}той смеси 21 (фиг.1 и 2) подают рабочее тело 22 (направление движения указано стрелкой 22), приготовленное вне 1шлинд- ра 1. Рабочее тело поступает по трлектории, определяемпй напранлением оси 16 дополнительног о впускного канала 13. Продолжение оси 16 в полость цилиндра 1 в плане расположено с внутренней стороны выемки 5 в поршне 2 ПО существу по касательной к его образующей в направлении вращения потока топливовоздушной смеси 21. Благодаря оптимальной дальнобойности струи рабочего тела, достигаемой при отношении площади минимального поперечного сечения Гд, дополнительного впускного канала 15 к площади горловины i основного впускного канала 10 в предел Эх 0,1-0,25 и отношении длины 1, дополнительного канала 15 к

Л,к

его диаметру ад)в минимальном сечении в пределах 2-5, обеспечивается интенсификация вихревого движения за ряда в конце такта впуска и в начале такта сжатия. Интенсификация вихревого движения заряда достигается за счет дополнительного импульса, сообщаемого основной топливовоздушной смеси рабочим телом, приготовленным вне цилиндра 1. Ввод рабочего тела в цилиндр 1 через дополнительный канал 15 с выходным окном 14 продолжается и после прохождения поршнем 2 нижней мертвой точки до момента, когда выходное окно 14 перекроется верхней кромкой днища поршня 2. Общая продолжительность ввода рабочего тела сос тавляет 70-100 поворота коленчатого вала двигателя, что обеспечивает необходимую длительность действия дополнительного импульса, ускоряющего замедляющееся к этому моменту вихревое движение топливовоздушной смеси, созданное впускным каналом 10 на такте впуска.

При вводе рабочего тела в цилиндр 1 с внутренней стороны выемки 5 в , поршня 2 по касательной к его образующей в направлении вращения топливовоздушной С14еси 21 обеспечива ется желательное распределение концентрации топлива в объеме образующейся рабочей смеси в направлении вдоль оси цилиндра 1.

В частности, топливовоздушная смесь 21 оттесняется рабочи) телом в сторону к свече 12 зажигания, а

В конце такта сжатия рабочую смесь, расположенную в зоне свечи 12 зажигания, воспламеняют от искрового разряда свечи 12 зажигания. При обогащенном составе смеси V свечи 12 за жигания, обеспеченном оптимальным ра пределением концентрации топлива по объему камеры сгорания, достигается высокая цикловая стабильность воспламенения в целом более бедных по со ставу смесей. Развитие начального очага горения и распространение пламени по объему камеры сгорания проис ходит с высокими скоростями, достигаемыми более высокой интенсивностью

22

более инертное рабочее тело распола- 55 движения смеси и стабильными турбугается в нижней части цилиндра I вблизи поверхности выемки 5 в днип1е 4 портня 2.

10

15

25

30

20дод5

738396

Сохранение такого рпсположсния рабочего тела в центральной приосевой части цилиндра 1 на такте впуска и до момента воспламенения достигается за счет стабильной формы вращающейся смеси. Для свободного прохода рабочего тела в выемке 5 при нахождении поршня 2 в нижней мертвой точке поверхность выемки 5 продолжена в направлении окна 14 дополнительного впускного канала 15 и располагается в этот момент ниже нижней кромки окна 14. По образованному таким образом направляющему каналу рабочее тело поступает сначала в периферийные участки выемки 5. чем достигается более эффективное закручивание рабочей смеси, а также охлаждение рабочей поверхности выемки 5 днища 4 поршня 2,так как температура поступающего в цилиндр 1 рабочего тела ниже температуры поверхности днища поршня 2.

При последующем движении поршня 2 вверх после прохождения верхней кромкой порвшя 2 выходного окна 14 дополнительного впускного канала 15 происходит сжатие рабочей смеси, состоящей из топливовоздушной смеси и рабочего тела, поскольку впускной канал И) закрыт.

К концу такта сжатия вследствие высокой стабильности структуры вихревого движения заряда и симметричной форме выемки 5 в днише 4 поршня 2 рабочее тело, введенное в приосевую зону цилиндра 1, в основном сохраняет свое расположение в нижней части выемки 5 поршня 2; топливовоздушная смесь оттеснена к свече 12 зажигания.

В конце такта сжатия рабочую смесь, расположенную в зоне свечи 12 зажигания, воспламеняют от искрового разряда свечи 12 зажигания. При обогащенном составе смеси V свечи 12 зажигания, обеспеченном оптимальным распределением концентрации топлива по объему камеры сгорания, достигается высокая цикловая стабильность воспламенения в целом более бедных по составу смесей. Развитие начального очага горения и распространение пламени по объему камеры сгорания происходит с высокими скоростями, достигаемыми более высокой интенсивностью

50

лентными характеристиками вращающегося заряда. Это позволяет эффективно сжигать более бедные по составу сме

си и улучшить этим топливную экономичность двигателя. Сохранение в камере 3 сгорания вытеснителей напротив свечи 2 зажигания, а также эф- фективное охлаждение днища 4 поршня 2 рабочим телом ограничивает возникновение детона1Ц10нного сгорания. Благодаря этому возможно увеличение степени сжатия и дальнейшее улучшени тем самым топливной экономичности двигателя.

В результате сгорания рабочей смеси происходит образование продуктов сгорания, объем которых резко увели- чивается, что вызывает изменение направления движения поршня 2 и его движения вниз.

Выделенную энергию при расширении продуктов сгорания преобразуют в механическую работу за счет воздействия продуктов сгорания на поршень 2, которьй кинематически связан с коленчатым валом двигателя. В конце такта расширения продукты сгорания через открытый вьтускной клапан 9 (фиг.2, 4) поступают в выпускной канал 11. Затем цикл повторяется вновь.

Расположение выходнсго окна 14 . дополнительного впускного канала 15 в нижней части стенки цилиндра 1 по существу над поршнем 2 при положении его в нижней мертвой точке на расстоянии 0,8-1,1 максимального хода S поршня 2 от верхнего торца 13 цилинд- ра 1 обеспечивает наиболее полное использование перепада давлений между цилиндром и перед обратным клапаном 18 для подачи в полость цилиидра 1 необходимого количества рабочего тела в течение 70-100 поворота коленчатого вала двигателя. Такая продолжительность ввода рабочего тела обеспечивает необходимую длительность действия дополнительного импульса, ускоряющего движение основной смеси 21, а также эффективное охлаждение днища 4 поршня 2.

Расположение дополнительного впускного канала 15, при котором ось 16 его при продолжении в полость цилинд ра 1 в плане расположена с внутрен- стороны выемки 5 в поршне 2 по касательной к его образующей в направлении вращения потока топливо- воздушной смеси 21, обеспечивает наиболее эффективное ускорение вращательного движения смеси, так как диаметр выемки 5 приблизительно соответ

20

25

с tO

153530

40

45

50

55

ствует положению максимальной скорости в закрученном потоке смеси, а форма выемки 5 приближается к форме тела вращения. Кроме того, этим достигается оптимальное распределение концентрации топлива в объеме камеры

3сгорания и цилиндра 1, а следовательно, и в объеме образующейся рабочей смеси в направлении вдоль оси цилиндра 1, поскольку более инертное рабочее тело располагается в нижней части выемки 5 и прилегающих к нему зонах, а топливо-воздушная смесь оттесняется в сторону свечи 12 зажигания. Интенсивное движение рабочего тела вблизи поверхности днища 4 поршня 2 способствует эффективному охлаждению его, так как температура рабочего тела ниже температуры днища

4поршня 2. Это способствует ограни- чиванию возникновения детонационного сгорания, что позволяет дополнитель- но повысить степень сжатия и тем самым улучшить топливную экономичность двигателя.

Продолжение поверхности выемки 5 в направлении выходного окна 14 дополнительного впускиого канала 15 при нахождении поршня 2 в нижней мертвой точке обеспечивает свободный проход рабочего тела в периферийные участки выемки 5, чем достигается более эффективное закручивание рабочей смеси, а также охлаждение поверхности днища 4 поршня 2 и оптимальное распределение концентрации топлива в объеме рабочей смеси. Для этого поверхность выемки 5 располагают по крайней мере ииже нижней кромки выходного окна 14.

Установка в дополнительном впускном канале 15 обратного клапана 18, открываемого в конце такта впуска для подачи в полость цилиндра 1 рабочего тела, обеспечивает ограничение пос- |Тупления продуктов сгорания в дополнительный впускной канал 15 в конце такта расширения.

Формула изобретения

913

снабженную свечой зажигания, размещенной между впускным клапаном со средством закрутки потока топливовоз- душной смеси и выпускным клапаном, отличающийся тем, что, с целью-повышения топливной экономичности на режимах частичных нагрузок и улучшения антидетонационных качеств на полных нагрузках путем интенсифи- кадии вихревого движения заряда, он снабжен дополнительным впускным каналом, а в нижней части цилиндра над поршнем при положении его в нижней мертвой точке вьшолнено окно, сооб- щенное с дополнительным впускным каналом, ось которого при продолжении ее в полость цилиндра размещена с

у

вяугренией стороны выемки дниио поршня по касательной к ее образующей в направлении закрутки потока топливо- воздушной смеси.

12

22

Фиг.З

Редактор А.Долинич

Фиг. 5

Составитель Л.Павлович Техред М.Дидык

Корректор Н, Король