Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1979 года по МПК F02B19/10 

(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ теоретическим термическим КПД (ось о динат) при разных коэффициентах избы ка возлухама фиг.8 - график завясимости между степенью сжатия (ось абс цисс) и удел1) расходом TonJinisa ; на фиг. 9 - график зависимос1м ме ду коэффициентом избытка воздуха и содержанием токсичных веществ в отработавших газах: окиси углерода (СО), окислов азота (NO) и угпеводородов (СИ). Основная камера сгорания 1 образована крмокой 2, цилиндрс«ч 3 и поршнем 4 четырехтактного двигателя. Форкамера 5 образована вращения и расположена в крыике 2 нал основной камерой сгорания и соединена с ней факельньм каналом 6. На фиг. I показана сферическая фсэркамера и факельный канал б направлен по касательной к сфере. Ось форсунк 7 в этом варианте не параллельна оси цилиндра и образует с нормалью к оси тела вращения угсш - 45° как показано на фиг. 2, ас проекцией факельного канала на ее плоскость тупой угол (на фиг. 2 ось факельного канала совмещена с плоскостью, проходящей через ось форсунки),т,е. впрыскиваемого топлива направлена навстречу струе воздуха,вытесняемой в форкамеру через факельный канал. Свеча зажигания размещена своими электродами в форкамере. Объе форкамеры должен быть ласколько мож но большим с учетом необходимого минидмального расстояния между поршн-е 4 :и крышкой 2, но не должен составлять более 90% от суммарного объеме осзновной камеры сгорания и форкамеры : Форкамера может быть сферическс1й (ф:нг. 1), цилиндрической (фиг. 3,5) эклиптической или любой овальной фо;рмы, обеспечивающей вихревое дви жение, обозначенное стрелкс1ми О и возникающее под действием струи, вытесняемой в форкамеру через факеп вый канал. Факельный канал направлен по касательной к телу вращения, К оси цилиндра факельный канал также направлен под углом. Площадь поперечного сечения факельного канала должна составлять 1-10% от площадр сечения цилиндра, что обеспечивает минимальные потери на дросселировани: Направление факельного канала слелу ет выбирать так, чтобы исключить прямое попадание топлива в основную .камепу сгорания и попадание факела на поверхность поршня 4 и обеспечить распространение факела по всему объему основной камеры сгорания Свеча 8 зажигания должна быть уст новлена так, чтобы искра приходилас бы примерно посредине расс..ояния меж ду факельньйМ каналом и форсункой и была направлена перпендикулярно вихревсму потоку, а электроды свечи не ока jhirja.iii игеп ятс-гви п рнхгк.иом.потоку. Дня пол по да аозпука в кркиьке 2 ци.чи ндра ныггоЛИОН во эдухов пуск н ой кана/ 9 и размеии.-н впускной клапан л О . В цилиндрической фор самере, ось которой перпендикуттярна оси цилиндра (. 3.4) , св1эча 8 зажигания расположенс в торце цилиндра, т.е. ориентирована параллельно оси вращения и не препятствует вихревому движению. Oi7b форсунки образует уг-ол 15-45° с нормалью оси цилиндра и тупой угол с проекцией на ее тлоскость оси факельного канала. На фиг. 5 и 6 с;-зеча также распо.пожена в торце цилиндрической форкамеры, а форсунка направлена по касательной, но ось форкамеры расположена вертикально, параллельно оси цилиндра. Из приведенных иллюстраций видно, что указанное выше взаимное расположение форсунки, оси тела вращения, образуюш.его форкамеру, и оси факельного канала обеспечивает интенсивное вихревое двил(ение и в эгсм случае. Во время работы двигателя в процессе такта всасывания через впускной клапан 10 в основную камеру сгорания поступает только воздух. Топливо впрыскивается в форкамеру через форсунку 7 во враця такта сжатия, ко.гда впускной клапан закрыт. В этот период воздух через факельный канал вытесняется из основной камеры сгорания в форкамеру,вызывая там интенсивное вихревое движение. Направление оси форсунки обеспечивает впрыск топлива против направления вихревого движения, обозначенного стрелкой а, вследствие чего частицы топлива вначале тормозятся, затем начинают перемещаться в противоположном направлении , В результате образуются устойчивые вихревые потоки с равно мерньы распределением топливо-воздушной смеси, Ма условия образования вихревых потоков оказывает влияние -интексивность воздушного вихря и размер частиц топлива, поэторлу состав топливо-воздушной смеси по мере удаления от центра изменяется и происходит расслоение смеси. Как видно из зависимостей, приведенных на фиг, 7 и 8, чем больше коэффициент избытка зоздуха оГ. (отношение количества воздуха к топливу A/F) в смесиf тал больше, термический КПД и тем меньше расход топаива, Ка этих графиках соответствует чисто воздутиному циклу, чего не может быть, поэгсму значения КПД и расхода топлива дая этого саучая вычислены теоретически. l(i п Ичге лнигателя на частичны нalpv. и япрыскиванни гоплива нблизи нижней мертвой точки поршня (Зедная смесь попадает в основную ка меру сгорания. Однако вследств.ие расслоения з.аряда в форкамере смесь в районе свечи пол -чается богатой, что существенно улучшает воспламеня еиость . Кривые, приведенные на фиг. иллюстриру;от зависимость содержания токсичных веществ в отработавших газах для обычных двигателей внутрен него сгорания (слева) и для описываемого двигателя. Сравнение кривых показывает существенное уменьшение содержания как окиси углерода СО, так и окислов азота ЬОх углеводородов СН при работе на бедных смесях (с большими о ) . Вообще в системе с впрыском топлива в форкамеру скорость распространения пламени очень велика и поят.ому выбор момента воспламенения ограничен пределами ± 5 ° от верхней мертвой точ ки . Если требуется увеличить отдава&лую мощность, следует увеличить количество топлива, впрыскиваемого в нижней мертвой точке поршня, тогд в центральной части форкамеры будет преобладать пе|эеобогащенная смесь,чт затрудняет ее воспламенение. Для устранения этого недостатка увепичивают опережение впрыска и часть топлива попадает в основную камеру сгорания, предотвращая переобогащение в районе свечи. В описываемом двигателе в результ те расслоения заряда в форкамере перебои зажигания наблюдаются реже даже при работе на бедной смеси. Поскольку при обеднении смеси термический КПД повышается (фиг. 7 и 8 двигатель может быть более экономичен . Креме того, вследствие работы на бедных смесях ъ1еньшается содержание ЫОу и СО, а несгоревшие НС могут догореть в основной камере сгорания. Снижается также и температура отработавших газов . Однако основная камера сгорания в этом случае выполняет роль термического реактора и поэтому заряд бедной смеси может сжигаться или обрабатываться в то время, когда продукты горения имеют наиболее высокую температуру. Формула изобретения 1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий основную камеру сгорания, образованную цилиндром, его крышкой и поршнем, и форкамеру, образованную телом вращения, соединенную с основной камерой сгорания с помощью касательного к последнему факельного канала и снабженную свечой зажигания и форсункой, отличающийся тем, что, с целью -.повышения устойчивости воспламенения смеси, ось свечи зажигания ориентирована параллельно оси вращения, а ось форсунки образует с нормалью к оси тела вращения угол15-45° и с пpoekциeй на ее плоскость оси факельного канала тупой ол. 2. Двигатель поп.1, отличающийся тем, что тело вращения, образующее форкамеру, выполнено цилиндрической формы, а его ось перпендикулярна оси цилиндра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Motor Tecfinische Zeitung, MTZ, 1975, 36, № 4, p. 116-122, ФРГ (прототип) .

10

Фиъ.1

Вв

Рае.З

-PU3-it

.

fue.S

50

fff

30