Способ работы двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1988 года по МПК F02B29/06 

сл

с:

оэ

QD Й1

-4

00

точке вращательное движение смеси 15 по своей форме сохраняется. При перемещении поршня на расстояние 0,85- 0,97 от полного хода через открытые BnycKHoii клапан 12 и окно 10 дополнительного впускного канала 11 в направлении основного потока смеси 15 осуществляют дополнительную подачу рабочего тела 16, приготовленного вне цилиндра. Тем-самым в конце процесса наполнения и в начале процесса сжатия рабочей смеси сообщают дополнительный импульс вращения рабочим телом. Ограни 1ению детонационного сгорания способствует также охлаждение днища поршня рабочим телом, имеющим более низкую т-ру по отношению к т-ре смеси 15 в конце такта впуска. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение позволяет повысить топливную экономичность двигателя на режимах часттгчных нагрузок и улучшить антидето}1ационные качества на полных нагрузках путем интелсифика- ции вихревого движения рабочей смеси. При движении поршнл 3 к Н1гжней мертвой точке за счет создаваемого в цилиндре разрежения топливовоздушную смесь 15 из впускного капала 7 подают в полость 6 цили)дра. По мере поступления смесь 5 за счет движения по каналу 7 специальной формы приобретает вращение вокруг оси цилиндра. При подходе к нижней epтвoй

1

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, и может быть использовано в автомобильных двигателях.

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

На фиг.1 схематично показан двигатель внутреннего сгорания с изображением движения топливовоздушной смеси и рабочего тела, дополнительно подаваемого в цилиндр; на фиг.2 - камера сгорания двигателя с изображением траектории движения топливовоздушной смеси и рабочего тела, вид со стороны поршня; на фиг.З - схематичное изображение двигателя внутреннего сгорания и движения топливовоздушной смеси и рабочего тела, приготовленного вне цилиндра; на фиг.4 - то же, для двигателя, имеющего поршень с плоской поверхностью дниша, с частью камеры сгорания в нем с изображением движения топливовоздушной смеси и рабочего тела, приготовленного вне цилиндра; на фиг.5 - схематичное изображение двигателя вггутреннего сгорания при положении поршня в в.м.т.

Двигатель внутреннего сгорания, в котором реализуется предлагаемый способ работы, содержит цилиндр 1 с головкой 2 (фиг.5), в котором установлен поршень 3, впускной 4 и выпускной 5 клапаны, сообщающие полость 6 цилиндра 1 соответственно с впускным 7 и выпускным 8 каналами, и свечу 9 зажигания.

В стенке цилиндра 1 выполнено окно 10, сообщающее полость 6 цилиндра

Iс дополнительным впускным каналом

I1и через установленный в нем обратный клапан 12 с полостью 13 и источНИКОМ 14 давления, выполненным, например, в виде объемной машины.

Через впускной клапан 4 из впускного канала 7 в полость 6 цилиндра 1 поступает топливовоздушная смесь 15. Форма канала 7 обеспечивает ее осевую закрутку-вращение вокруг оси цилиндра 1 (показано стрелкой).

Через окно 10 в цилиндр 1 при положении поршня в н.м.т. поступает рабочее тело 16 в зону I7 цилиндра 1. В поршне 3 вьтолнена выемка 18, образующая камеру 19 сгорания. При положении поршня 3 в в.м.т. (фиг.5) над периферийной частью поршня 3

образуется зона 20.

Способ работы двигателя осуществляется следуюш 1м образом.

При движении поршня 3 (фиг,1) вниз за счет создаваемого в цилиндре разрежения топливовоздушную смесь 15 из впускного канала 7 через открытый впускной клапан 4 подают в полость 6 цилиндра 1. По мере пос- тупления в цилиндр 1 топливовоздушная смесь 15 за счет движения по впускному каналу 7 специальной формы приобретает вращение вокруг оси цилиндра 1. При подходе поршня 3 к

н.м.т,, когда основная часть топли- вовоздушной смеси 15 уже поступила в цилиндр 1, вращательное движение топливовоздушной смеси 15 по своей форме сохраняется. Вместе с тем интенсивность этого движения за счет трения о стенки цилиндра I начинает снижаться.

При перемещении поршня 3 вниз на расстояние 0,85-0,97 от полного хода он своей верхней кромкой открывает окно 10 дополнительного впускного канала 11. Дополнительный впускной клапан 12 открывают. Через открытые клапан 12 и окно 10 канала 1I в цилиндр 1 в направлении движения основного потока топливовоздушной смеси 15 (фиг.1 и 2) осуществляют дополнительную подачу рабочего тела 16, при готовленного вне цилиндра 1. Тем самым в конце процесса наполнения и в начале процесса сжатия рабочей смеси сообщают дополнительный импульс вращения рабочим телом 16, приготовлен- ном вне цилиндра 1. Рабочее тело I6 подают в зону 17 (фиг.2), наиболее удаленную от источника воспламенения свечи 9 зажигания.

Ввод рабочего тела 16 в зону 17 ускоряет вращательное движение рабочей смеси, состоящей из топливовоздушной смеси 15 и рабочего тела 16, при этом сохраняется структура вихревого движения смеси 15. При вводе в зону 17, наиболее удаленную от свечи 9 зажигания, рабочего тела 16, отличающегося по своему составу от топливовоздушной смеси 15, образующаяся структура движения заряда обеспечивает оптимальное распределение состава топливовоздущной смеси относительно свечи 9 зажигания.

Вход рабочего тела 16 через канал 11 с выходным окном 10 продолжается и после прохождения поршнем 3 н.м.т. до момента, когда выходное окно 10 перекроется верхней кромкой днища поршня 3. Общая продолжительность ввода рабочего тела 16 составляет 70-100 поворота коленчатого вала двигателя, что обеспечивает большую длительность действия дополнительного импульса, ускоряющего вырождающееся к этому моменту вихревое движение смеси 15, созданное впускным каналом 7.

Рабочее тело 16, введенное в цилиндр 1 над днищем поршня 3 в зону

10

15

2025

30

35

40

45

50

5

17 по направлению вращения смеси 15, располагают преимущественно по периферий цилиндра 1 (фиг.2) и удерживают там силами, действую1ц1гми во вращающемся потоке, и соответствующей геометрией камеры 19 сгорания (фпг.1 и 2). После прохождения верхней кромкой поршня 3 выходного окна 10 канала II происходит сжатие рабочей смеси, поскольку клапан 4 закрывают. При сжатии топливовоэд тпиой смеси 15 часть рабочей смеси вытесняют из периферийной зоны 20 (фиг.5) при приближении поршня к в.м.т. по существу в центральную зону выемки 18.

Вследствие высокой стабильности структуры вихревого движения заряда и формы камеры 19 сгорания рабочее тело 16, введенное в цшппщр 1, к концу такта сжатия в основном сохраняет свое расположение по периферии камеры. В результате этого образующаяся в периферийной зоне 20 (фиг.5) рабочая смесь по своему составу беднее, чем в центральной зоне выемки 18.

В конце такта сжатия рабочую смесь, расположенную в центральной зоне камеры 19 сгорания, воспламеняют от искрового разряда свечи 9 зажигания. При обогащенном составе смеси у свечи 9 зажигания, обеспеченном оптимальным распределением состава смеси по объему выемки 18, достигается высокая цикловая стабильность воспламенения в целом более бедных составов смеси. Развитие начального очага горения и распространение пламени по объему камеры сгорания происходят с высокими скоростями, достигаемыми более высокой интенсивностью двюкения смеси и стабильными турбулентными характеристиками вращающегося заряда. Это позволяет эффективно сжигать более бедные смеси и улучшать этим топливную экономичность двигателя.

За счет обеднения рабочей смеси в периферийных зонах 20 выемки 18, наиболее удаленных от свечи 9 зажигания, ограничено возникновение детонационного сгорания, что позволяет увеличить степень сжатия и улучшить тем самым топливную экономичность двигателя. Ограничению детонационного сгорания способствует также охлаждение днища поршня рабочим телом 16, имеющим более низкую температуру по отношению к температуре смеси 15 в

51

конце такта впуска. В результате сгорания топлива происходит образование продуктов сгорания, объем которых резко увеличивается, что вызывает изменение направления движения поршня 3 и его движение вниз. Энергию расширения продуктов горения преобразуют в механическую работу за счет воздействия Продуктов сгорания на поршень 3, .который кинематически связан с коленчатым валом двигателя .

В конце такта расширения продукты горения через открываемый выпускной клапан 5 (фиг.1) поступают в выпускной канал 8. Затем цикл повторяется. Осуществление описанного способа работы двигателя позволяет снизить удельный расход топлива, преиму щественно на режимах частичных нагрузок, при улучшении ант1здетонационных качеств на полных нагрузках.

Рабочее тело 16 (фиг.2) вводят в цилиндр 1 тангенциально его образующей в зону 17, наиболее удаленную от свечи 9 зажигания. Это обеспечивает усиление интенсивности враща-, тельного движения рабочей смеси и сохранение его структуры для оптимального распределения состава смеси по объему камеры сгорания относительно свечи зажигания до воспламенения и сгорания. Благодаря этому достигается эффективное воспламенение и горение бедных составов смеси на частичных нагрузках работы двигателя и ограничивается возникновение детонационного сгорания на полных нагрузках.

Ввод рабочего тела в направлении касательной к окружности с диаметром 0,5-0,9 диаметра цилиндра обеспечивает наибольшее усилие вращательного движения и сохранение его структуры до конца такта сжатия. Вводимое на частичных нагрузках рабочее тело, приготовленное вне цилиндра, содержит воздух и углеводородное топливо в концентрациях, отличных от коргцентрации топлива, содержащегося в топливовоздушной смеси 15.

На полных нагрузках вводят предпочтительно воздух и отработавшие газы. Это позволяет обеспечить оптимальное распределение состава смеси по объему камеры сгорания относително свечи зажигания, в результате че

5

5

0

0

5

0

5

0

5

го достигается эффективное сгорание рабочей смеси на часто используемых нагрузочных режимах и улучшается топливная экономичность двигателя. Рабочее тело 16 перед вводом в цилиндр принудительно сжимают. Это позволяет увеличить энергию рабочего тела при вводе его в цилиндр для усиления дополнительного импульса ускорения вращения топливовоздушной смеси 15. Кроме того, при сжатии рабочего тела расширяется диапазон регулирования относительного расхода его при различных нагрузочных режимах. Для сжатия рабочего тела с целью уменьшения затрат мощности двигателя используют энергию отработавших газов или энергию дросселирования. Формула изобретения

с целью повышения топливной экономичности на режимах частичных нагрузок и улучшения антидетонационных качеств на полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения рабочей смеси, при подаче в цилиндр топливовоздушной смеси обеспечивают ее осевую закрутку, а дополнительную подачу в цилиндр рабочего тела осуществляют в направлении закрутки топливовоздушной смеси.

ное топливо, а на полных нагрузках-тело перед подачей его в цилиндр

воздух и отработавшие газы.сжимают.

тг

2 7/ Ю 17

Фиг.2

16

(Риг.З

Loj;

Редактор П.Гереши

Ф111.5

Составитель Л.Павлович

Техред М.Дидык Корректор С.Черни