Способ работы поршневого двигателя Советский патент 1981 года по МПК F02B23/08 

(54) СПОСОБ РАБОТЫ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ

I

Изобретение ртносйтся к двигателестроению, а именно к поршневым двигателям с принудительным зажиганием.

Известен способ работы поршневого дви гателя путем впуска рабочей смеси, создания ее вихревого движения в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, разделения смеси на основную и дополнительную порции заряда, сжатия смеси, воспламенения дополнительной порции заряда и последовательного выжигания обеих порций с.истечением продуктов сгорания дополи11тельной порции в основную и турбулизации ее (}.

Одиако данный способ ие в достаточной степени реализует газодинамические возможности воспламененной дополнительной порции заряда, вследствие чего не обеспечивает достаточно высокой степени мелкомасштабной турбулентности в основном заряде и, тем самым, не исчерпывает имеющихся возможностей получения еще более высоких экономических и токсических показателей двигателя.

Цель изобретения - повышение экономичности и снижения токснчиости отработавших га:)В.

Указанная цель достигается тем, что дополнительную порцию заряда перед воспламенением тормрзят, а продукты сгорания этой порцииускоряют в процессе их истечения..

J При этом направление движения дополнительной порции и продуктов ее сгорания совмещают с направлением движеиия основной порции заряда.

Направление движения основной и дополнительной порций заряда задают в про-to цессе впуска.

Целесообразно дополнительную порцию заряда обогащать и, по меньшей мере, часть этой порции турбулизировать.

На фиг. I изображена камера сгорания для осуществления способа, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, со стороны поршня..

Камера I сгорания образована углублением 2 в головке 3 цилиндра 4 и днищем 5поршня 6. Камера 1 сгорания выступающей частью 7 в головке 3 разделена на ос30новную 8 и вспомогательную 9 зоны сгорания. В выступающей части 7 размещены канал 10 для подводарабочей смеси во вспомогательную зону 9 и канал Н для отвода продуктов сгорания дополнительной порции заряда из вспомогательной зоны 9 в Ьсновную 8. Во вспомогательной зоне 9 размещен источник 12 воспламенения. Каналы 10 и 11 сориентированы по направлению движения рабочей смеси, канал 10 расширяется, а канал 1 суживается по ходу движения рабочей смеси в основной зоне 8 камеры сгорания. В головке 3 размещен впускной канал 13. .

Способ осуществляется следующим образом.

Рабочей смеси, поступающей в камеру 1 сгорания поршневого двигателя, придают направлеииое вихревое движение, создаваемое на такте впуска при помощи специально спрофилированного впускного канала 13. Это достигается при помощи известных впускных устройств, например, с помощью винтового или тангенциального каналов или с помо.щью клапана с установленной на нем ширмой, или с помощью лопаточного или другого завихрителя, установленного во впускном канале.

Используя направленное движение смеси в основной зоне 8 камеры I сгорания, направляют часть этой смеси во вспомогательную зону 9 по подводящему каналу 10, разделяя при этом смесь на основную и дополнительную порцнн заряда. Подводящий канал 10 с этой целью ориентируют по направлению движения рабочей смеси в основиой зоне 8 камеры 1 сгорания. Расширяющийся канал 10 обеспечивает снижение скорости дополнительной порции заряда во вспомогательной зоне 9 по сравнению с основной зоной 8 камеры сгорания, что позволяет повысить давление во вспомогательной зоне 9 по отношению к основной 8. На такте сжатия, до прихода поршня в верхнюю мертвую точку, дополнительную порцию заряда воспламеняют источником 12 воспламенения во вспомогательной зоне 9 камеры сгорания и обеспечивают там ее горение по мере поступления в эту зону свежей рабочей смеси из основной зоны 8 камеры сгорания. Затем отводят продукты сгораиня из вспомогательной зоны 9 камеры сгорания в основную 8 и обеспечивают с их помощью турбулизацию, воспламенение н распростраиение фронта пламени в основной зоне 8 камеры сгорания. В этом случае во вспомогательной зоне 9 камеры сгораиия и каналах 10 и 11, сообщающих ее с основной зоной 8 камеры сгорания, реализуется известный термодинамический цикл со сжатием, подводом тепла н расширением, что позволяет усилить турбулизирующий эффект газов, выходящих из вспомогательной зоны 9,.и повысить скорость сгорания смеси в двигателе. Продукты сгорания, об раэующиеся во спомогательиой зоне 9, отводит в осиовиую 8 через канал для подвода рабочей смеси во вспомогательную зону

9, т. е. навстречу движущейся в основной зоне 8 смеси и через зазоры между плоскостями днища поршня 5 и головки цилиндров 3, которые неизбежно сообщают упомянутые зоны. Вместе с. тем этот отвод целе5 сообразнее осуществлять так, чтобы направление движения выходящих продуктов сгорания совпадало с первоначальном направлением движения рабочей смеси в основной зоне 8 камеры сгорания. В этом случае рабочая смесь в основной зоне камеры егорання ускоряется, что позволяет повысить скорость сгораиия.

Дополнительную порцию заряда обогащают по сравнению с основной порцией. Это также до стигается с помощью известных

впускных устройств.

Предлагаемый способ можно реализовать не только в камере сгорания, разделенной на основную и вспомогательную зоны, соединенные каналами, поскольку для реализации этого способа прииципиальиое значение имеют следующие признаки: торможение смеси с целью создания в зоне воспламенения повышенного давления по сравнению с остальными зонами камеры, ускорение смеси н продуктов сгорания, выходящих из

5 зоны воспламенения. Его можно реализовать и в неразделенной камере сгораиия, имеющей специальными профиль по ходу движения рабочей смеси. Эффективность предлагаемого способа прямо зависит от , скорости и количества продуктов сгорания,

0 поступающих из вспомогательной зоны камеры сгорания в основную и, следовательно, от скорости и количества рабочей смеси, поступающей во вспомогательную зоиу, от степени повышения давления во вспомогательной зоне. Расчеты проходных сечеНИИ и процесса во вспомогательной зоне камеры сгораиия можно выполнить по известным методикам и формулам газодинамики, например по методикам, применяемым для расчета газового тракта прямоточных воз0 душно-реактивиых двигателей. При этом следует иметь в виду, что интенсификация процессов сгорания, положительно влияющая на экономичность и токсичность двигателей, отрицательно влияет на показатели по шуму и долговечности. Поэтому выбор

5 расчетного режима целесообразно проводить при помощи экспериментов с учетом требований по-экономичности, токсичности и шуму двигателя. При работе вспомогательной зоны в нерасчетных режимах работа двигаg теля не ухудшится, поскольку вспомогательная зона камеры сгорания будет выполнять роль турбулизатора смеси на любом скоростном режиме работы двигателя. В случае работы двигателя при более низких скоросг иых движениях смеси в камере cгopdния (ниже мииимально расчетных) вспомогательная зона может работать таким образом, что продукты сгорания будут поступать в основную зону камеры сгорания в обе сто-.

РОНЫ, т. е по лвижению смеси в основной зоне и в протлвоположную сторону. Такая работа вспомогательной зоны также не ухудшит работу двигателя. С целью улучшення условий для воспламенения рабочей смеси во вспомогательной зоне; камеры сгорания в этой зоне может быть организована область, предпочтительно непосредственно прилегающая к источнику воспламенения, с мелкомасштабным турбулентнь1м движением рабочей смеси. Такое движение может быть создано, например, с помощью плохо обтекаемых выступов или впадин, размещенных на пути движения рабочей смеси во вспомогательной зоне камеры сгорания. Осуществление предлагаемого способа работы поршневого, двигателя обеспечит более качественное протекание процесса сгорания, что, в свою очередь, позволит улуч- шить экономические и токсические показатели двигателя.

Формула изобретения

. Способ работы поршневого двигателя путем впуска рабочей смеси, создания ее вихревого движения в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, разделения смеси на осно&ную и дополнительную порции заЧ 8

ряда, сжатия смеси, воспламенення дополнительной порции заряда и последовательного выжигания обеих порций с истечением продуктов сгорания дополнительной порции в основную и ее турбулнзации, отличающийся

тем, что. с целью повышения экономичности и снижения токсичности отработавших газов, дополнительную порцию заряда перед воспламенением тормозят, а продукты сгорания этой порции ускоряют в процессе их истечения.

2,; Способ по п. I, отличающийся тем,

что направление движения дополнительной

порции и продуктов ее сгорания совмещают

с направлением движения основной порции

заряда.

обогащают.

«ой порции заряда турбулизуют/ ; Источники информации,

прнн:ятые во вниманне при экспертизе I. Патент США № 4М9064,кл. 123-30,

опублик. 1978.

1Z

1

(Риг.1

8

(риг, 2

11

10