Поршневой двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1982 года по МПК F02B19/10 

(5) ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в. форкамерных двигателях внутреннего сгорания.

Известны поршневые двигатели внутреннего сгорания в искровым зажиганием и возвратно-поступательным движением поршня, содержащие камеру сгсчэания, образованную в цилиндре его головкой и поршнем и сообщенную с трубопроводом для подвода бедной топливовоздушной смеси и с выпускным патрубком, и форкамеру, сообщенную через запорный орган с трубопроводом для подвода богатой топливовоздушной смеси и соединенную через факельный канал с камерой сгорания и через перепускное отверстие - с полостью воспламенения, в которой расположена свеча зажигания П.

При запуске известного двигателя выделяется малое количество углеводородов.

Однако содержание окислов азота в выхлопных газах двигателя достаточно велико.

Целью изобретения является сни5 жение содержаг«1я окислов азота в выхлопм 1х газах двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что объемы форкамеры, камеры сгорания, полости воспламенения и площади проходных сечений факельногоканала и перепускного отверстия выполнены в соответствии со следующими соотношениями

0,2.-зЩ-.0,9. где Уф - объем форкамеры; Vg( - объем камеры сг-орания при положении поршня в верхней мертвой точке; Vy - объем полости воспламенения;F - площадь проходного сечения факельного канала; Рц - площадь проходного сечения перепускного отверстия. На фиг.1 показан двигатель, разрез по камере сгорания и форкамере на фиг.2 - то же, свеча снабжена длинными электродами; на фиг.З то же, с вкладышем внутри камеры воспламенения. Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает блок 1 с водяным охлаждением, содержащий один или более цилиндров 2, в каждом из которых установлен поршень 3. Головка k с водяным охлаждением установлена на блоке 1 и снабжена куполоо азной выемкой 5 которая вместе с поршнем 3 и цилиндром 2 образует 6 сгорания. Камера 6 сгорания соединена через впускной клапан 7 с трубопровобом 8 для подвода бедной тепливовоздушной смеси и с .выпускным патрубком (не показан) через выпускной клапан (не показан). Форкамера 9 образована внутри тонкостеннсй цилин дрической чашки 10, выполненной из нержавещей стали и установленной в емкости П головки Ц, Один торец чаш ки 10 выполнен полусферическим, а другой - открытым и снабжен концевым фланцем 12. Резьбовая втулка 13 подсоединяется к головке k резьбой и осуществляет крепление чашки 10 между изолирующими шайбами 5 и 16. Форкамера 9 сообщена с камерой 6 сго рания через факельный канал 17. Между чашкой 10 и стенкой емкости 11 имеется небольшой зазор 18 для изоляции чашки 10 и уменьшения теплообмена между голоакой k и чашкой 1 Конец втулки 19 входит в открытый торец чашки 10 и образует стационарное клапанное место 20, Запорный орган 2 содержит тарель 22, котсчэая закрывает клапанное место 20. Через запорный орган 21 и внутренний канал 23 Ьо втулке 19 Форкамера 9 сообщена с трубопроводом для подвода богатой топливовоздушной смеси. Трубопровод 2 через дроссельную управляемую магистраль 25 подвода богатой топливовоздушной смеси соединен с первым карбюратором (не показан). рубопровод 8 для подвода бедной топивовоздушной смеси через дроссельную управляемую магистраль 26 подвода бедной топливовоздушной смеси соединен со вторым карбюратором. Полость 27 воспламенения образована стенкой 28 головки k двигателя. Чашка 10 образует один полости 7-7 воспламенения, а перепускное отверстие 29, выполненное в цилиндрической части чашки 10, сообщает полость 27 воспламенения с форкамерой 9, причем ось факельного канала 17 неооосна оси перепускного отверстия 29. Свеча 30 зажигания подсоединяется резьбой 31 к стенке 28 гоповки двигателя. Электроды 32 30 зажигания расположены внутри попости 27 воспламенения, искровой зазор между электродами распотюжен вблизи перепускного отверстия 29 и 8 отдалении от тсч цовой стенки 33 полости 27 воспламенения. Двигатель, показанный на фиг.2, снабжен втулкой 3 для свечи 30 заиигамля, имеющей Длинные электроды 32. Этот вариант двигателя имеет преимущество, состоящее в том, что ;некотоэые тигы двигателей со слоис.той загрузке, не имеющей полости Iвоспламенения, могут быть прямо приспособлены для использования принципов настоящего изобретения. Двигатель, показанный на фиг.З, снабжен тонкостен№1м вкладышем 35, выполненным из нержавеющей стали и образующим.полость 27 воспламенения. Вкладыш 35 быстро нагревается и остается нагретым в тече№1е всей работы двигателя. Это очень выгодно влияет на эксплуатационные характеристики двигателя. Двигатель работает следующим образом. Выпускной клапан, впускной клапан 7 и запечный сфган 21 открываются и закрываются во временной последовательности, определяемой обычными кулачковыми механизмами (не показаны). В конце такта выпуска остаточные газы остаются в камере 6 сгорания, в фсч камере 9 и в полости 27 воспламенения. Во время последующего впускного такта впускнсЛ клапан 7 открывается для подачи бедной топливовоздушной смеси в камеру 6 сгорания, а запорный орган 21 открыаается для подачи богатой топливовоздушной смеси в форкамеру 9. Выпускной клапан закрывается. Во вреня впускного такта в полос ти 27 воспламенения происходят очен малые изменения, но богатая топливовоздушная смесь заполняет форкамеру 9 и втягивается через факельный канал 17 в камеру 6 сгорания. Из-за форк«1| камеры 6 сгорания образуется минимальная турбулентность, и богатая топливовоздушная Смесь из форкамеры 9 образует область относител но богатой топливовоздушной смеси внутри большой области относительно бедной топливовоздушной смеси, т.е. в камере 6 сгорания происходит расслоение заряда. Некоторое количество остаточных газов остается рассеянным в камере 6 сгорания. Во время такта сжатия выпускной клапан, впускной клапан 7 и запорный орган 21 закрываются, и увеличение давления в камере 6 сгорания вызыеает обратный поток через факельный канал 17. В результате этого топливовоздушная смесь в форкамере 9 становится беднее, чем первоначально введенная, а в полости 27 воспламенения, содержащей электроды 32 свечи 30 зажигания, образуется сжатая смесь воздуха, топлива и остаточных газов. В соответствии с этим в момент зажигания смеси в полости 27 воспла менения имеется больший процент остат;очных газов, чем в форкамере 9 или в камере 6 сгорания. В момент о разования искры в зазоре между элек тродами 32 свечи зажигания максимал ная температура горящей смеси получа ется ниже, чем могла быть, если бы а полости 27 воспламенения не присутствовали остаточные газы. Первые порции струи пламени, несущей и горя щие и остаточные газы, выходят через перепускное отверсти 29 и поджигают относительно небольшое количество бо гатой смеси в форкамере 9 вызывая высокую турбулентность. Остальные порции струи пламени проходят через факельный канал 17 для воспламенения расслоенного заряда и для поджога тем самым большого объема относитель но бедной топливовоздушной смеси внутри камеры 6 сгорания. Так как оси перепускного отверстия 29 и факельного канала 17 смещены относительно друг друга, то в начальной фазе струя пламени, проходя через перепускное отверстие 2Э, не проходит прямо через факельный канал 17. электроды 32 свечи 30 зажигания не засоряются во время такта сжатия прямым ударом струи богатой смеси, уменьшается турбулентность в полости 27 воспламенения во время такта сучатия, благодаря чему основная масса остаточного газа находится при сждтиц около торцовой стенки 33. После завершения рабочего хода выпускной клапан открывается, отработанные газы покидают двигатель, продолжая сгорать в выпускной системе, следующей за выпускным клапаном. Из-за того, что полный воздушно-топливный состав меньше стехиометрического, избыток воздуха присутствует в выпускной системе для сгорания любых несгоревших углеводородов и для окисления окиси углерода перед выпускном в атмосферу. Максимальная температура горящей смеси в полости 27 воспламенения в форкамере 9 и в камере 6 сгорания получается ниже,чем должна была быть, если бы полость 27 воспламенения не содержала бы остаточных газов. С уменьшением максимальной температуры горящей смеси уменьшается содержание окислов азота в выхлопных газах. При этом концентрация остаточных газов в камере 6 сгорания, форкамере 9 и полости 27 воспламенения, следовательно, максимальная температура горящей смеси и содержание окислов азота в выхлопных газах зависит от соотношений размеров камеры 6 сгорания, при нахождении поршня 3 в верхней мертвой точке, форкамеры 9, полости 27 воспламенения, проходных сечений факельного канала 17 и перепускного отверстия 29. Соотношение этих размеров в настоящем двигателе позволяет получить минимальную концентрацию окислов азота в выхлопных газах двигателя без-снижения его эффективных показателей. Формула изобретения Поршневой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием и возвратно-поступательным движением поршня, содержащий камеру сгорания, образованную в цилиндре его головкой и поршнем и сообщенную с трубопроводом для подвода бедной топливо790воздушной смеси и с выпускным патрубком, и форкамеру, сообщенную через запорный орган с трубопроводом для подвода богатой топлиаоаоздушной смеси и соединенную через факельный канал с камерой сгорания и через перепускное отверстие - с полостью воспламенения , в которой расположена свеча зажигания, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания окислов азота в выхлопных газах, объемы форкамеры, камеры сгорания, полости воспламенения и площади проходных сечений факельного канала и перепускного отверстия выполнены в соответствии со следующими соотношениями 0.05 0,3; ,, ii .2..9. Уф - объем форкамеры; VQI - объем камеры сгорания при полсжении поршня в верхней мертвой точке; Уц - объем полости воспламенения; F - площадь проходного сечения факельного канала; Гц площадь гфоходного сечения перепускного отверстия. Источники информации, ятые во внимание при экспертизе . Патент СССР ИР , F 02 В 19/10, 23.0.73.

Фуг.1