Способ сжигания горючей смеси и двухтактный двигатель внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой Советский патент 1982 года по МПК F02B23/02 

Изобретение относится к мавшностроению, в частности к транспортному машиностроению, а именно к устройствам для улучшения рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания , Известны способы сжигания горючей смеси в двухтактном двигателе внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой путем введения горЮ чей смеси в кривошипную камеру, сжатия смеси в кривошипной камере, отбора и подачи горючей смеси из последней через продувочный канал в камеру сгорания и зажигания смеси в камере сгорания. Двигатели внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой, реализующие этот способ, содержат корпус с кривошипной камерой и размещенным в последней коленчатым валом, соединенный с ним цилиндр, снабженный крышкой, продувочными и впускными окнами, поршень, размещенный в цилиндре и кинематичес ки связанный с коленчатым валом и образующий с цилиндром и его крышкой камеру сгорания, впускной канал со смесеобразующим устройством, подключенный к кривошипной камере, продувочный канал, расположенный между кривошипной камерой и продувочными окнами, и выпускной канал, соединяющий выпускное окно с атмосферой.ij . По изв-естному способу самовоспламенение свежей -горючей смеси в двигателе может произойти в камере сгорания без зажигания запальной свечой. Условия для такого воспламенения возникают, когда двигатель работает с высокой.скоростью при небольшой нагрузке, т.е. когда количество остающихся в цилиндре отработавших газов превышает количество свежей смеси, поступающей в цилиндр. При этом свежая смесь, поступающая в цилиндр нагревается отработавшими газами и в ней образуются радикалы, что приводит к детонационному сгоранию или к пропускам вспышек. Нестабильность работы двигателя является существенным недостатком. Однако, если образовавшаяся в цилиндре упомянутая смесь .сохраняется до конца цикла, то происходит ее самовоспламенение без помощи запальной свечи. При таком сжигании образовавшейся смеси наблюдается спокойная работа двигателя, если используется бедная топливовоздушная смесь. Одновременно уменьшаетс расход топлива и снижается токсичность отработавших газов. Целью изобретения является повы шение стабильности. Для достижения поставленной цели смесь отбирают из нижней части кри вошипной камеры и перед подачей в камеру сгорания изменяют направление ее движения и уменьшают скорос причем путь, проходимый смесью пос ле уменьшения скорости, меньше пут проходимого смесью до уменьшения скорости. Перед подачей смеси в камеру сго рания ее разделяют на два одинаковы потока, а в процессе изменения направления движения и уменьшения скорости производят сталкивание этих потоков, В двигателе для осуществления способа продувочный канал разделен на первую и вторую части, причем пе вая часть вьшолнена с y eньшeнным сечением и увеличенной длиной по сравнению со второй подключена чере.э впускное отверстие к кривошипн ка.мере и соединена со второй частью подключенной к продувочным окнам, по меньшей мере через одно выпускно отверстие, выполненное с пересечением его оси с осью второй части продувочного канала. Впускное отверстие первой части продувочного канала подключено к нижней зоне кривошипной камеры. В нижней зоне кривошипной камер выполнена канавка, к которой подключено впускное отверстие первой части продувочного канала. Канавка выполнена наклонной, а впускное отверстие подключено к ее нижней части. Первая часть продувочного канал дополнительно разделена на первый второй участки, соединенные послед вательно, причем первый участок по ключен к впускному отверстию, а второй выполнен в виде двух трубопроводов, соединенных со второй частью продувочного канала. Первый участок первой части про дувочного канала может быть вьшолнен в виде одного трубопровода, со диненного с двумя трубопроводами второго участка. Трубопроводы второго участка пе вой части могут быть выполнены оди наковой длины. Трубопроводы второго участка первой части продувочного канала м гут быть подключены к впускным отверстиям,- расположенным в нижней стороне второй части продувочного канала через переходные каналы. Выпускные отверстия первой части продувочного канала могут быть расположены друг против друга так, что потоки горючей смеси, выходящие из упомянутых отверстий, сталкиваются. Корпус двигателя может быть выполнен по меньшей.мере в виде двух частей, а первая часть продувочного канала выполнена в виде канавок навнутренней поверхности одной из частей корпуса. Канавки могут быть расположены концентрично оси вращения коленчатого вала. Кроме того, канавка, образующая второй участок первой части продувочного канала, может быть выполнена охватывающей канавку, образующую первый участок. На фиг.1 показан описываемый двигатель, разрез по оси; на фиг.2 то же, разрез по оси в перпендикулярной плоскости;на фиг.З - кривошипная камера, вид сверху; на фиг.4 - внутренняя поверхность одной из частей корпуса; на фиг.5 - внутренняя поверхность другой части корпуса; на фиг.б - сечение А-А на фиг. 4; на фиг.7 - дно кривошипной камеры, вид в перспективе; на фиг.8 сечение Б-Б на фиг.7; на фиг,9 второй вариант и-зготовления двигателя, разрез по оси; на фиг.10 - то же, разрез по оси в перпендикулярной ПЛОСКОСТИ; на фиг,11 - то же, кривошипная камера, вид сверху; на фиг.12 то же, внутренняя поверхность одной из частей корпуса двигателя; на фиг.13 - третий вариант изготовления двигателя, разрез по оси; на фиг.14 график, показыва-юш.ий отношение степени открытия дросселя и выхлопного контрольного клапана; на фиг,15 четвертый вариант изготовления двигателя, разрез по оси. На корпусе 1 двигателя установлен цилиндр 2 с крышкой 3. Поршень 4 размещен в цилиндре и образует с его стенками 5 и крышкой 3 камеру 6 сгорания, в которой установлена запальная свеча 7. В кривошипной камере 8, представляющей собой внутреннюю полость корпуса, установлен коленчатый вал 9 с балансирами, кинематически связанный поршнем через шатун 10, Впускная труба 11 снабжена впускным каналом 12, который подключен к смесеобразующему устройству 13. В канале установлен дроссель 14 карбюратора. Цилиндр снабжен двумя продувочными окнами 15 и выпускньам окном 16, которое подключено к выхлопной трубе 17, снабженной выпускным каналом 18. Во отпускном канале установлен лепестковый клапан 19, Показанный на фиг.1 и 2 двигаTejib выполнен с продувкой по методу

Шнюрле с эффективной степенью сжати 6,5. Продувочные каналы 20 расположены между кривошипной камерой и каждым продувочным окном 15.

Корпус 1 двигателя выполнен из трех частей 21, 22 и 23 (фиг.2).

Две канавки 24 и 25 образованы на внутренней поверхности одной и другой частей корпуса и простираютс по их периферии концентрично оси вращения вала. Мелкая кольцевая канавка 26f имеющая постоянную ширину L , расположена между канавками 24 и 25, кроме того, канавка 27, проходящая вдоль кольцевой канавки 26, образована на центральной части дна кольцевой канавки 26. Прерывистая линия К - наружный контур кривошипной камеры (фиг. 4 и 5). Когд все части 21, 22 и 23 корпуса собраны и образуют картер, все канавки размещаются между частями картера. В то время как канавки 24 и 25 со(Общены между собой в самой нижней части вертикальным переходным канс1лом 28, другой конец канавки 27 соединен с вертикальным переходным ка налом 29, верхний конец которой открыт в кривошипную камеру. Кольцевая пластина 30 (фиг.6) закрывает канавку 27. Канавки образуют первую часть продувочного канала, имеющую увеличеннута длину и уменьшенное сечение по сравнению со второй частью образованной каналом 20.

Когда части 21, 22 и 23 корпуса собраны и образуют картер коленчатого вала, каждая из канавок образует канал (фиг.4 и 6). Канавка 31 выполнена в нижней зоне кривошипной камеры о наклоном и сообщена с переходным каналом 29 (фиг.7) .

Два симметрично расположенных канала 32 и два аналогичных канала 33 (штриховая линия нафиг.1-5), открытые в продувочные каналы 20, образованы в частях корпуса и относително плавно соединены Ссоответствующими верхними частями канавок 24 и 25. Оси каналов 32 и каналов 33 пересекаются друг с другом и с осью второй части канала под углом.

Во втором варианте конструкции , двигателя (фиг.9 - 12) канал 20 обрзован в части 23 корпуса. Верхние концы канавок 24 и 25 образованы в частях 21 и 23 и соединены с нижними объемами каналов 20 через каналы 32 и 33, образованные в части 22 корпуса. Так же, как и в первом варианте (фиг. 1-5), каждые два канала 32 и 33 расположены так, что их оси пересекаются, и потоки, вытекающие из этих каналов, сталкиваютс

Причинами турбулентности и увеличения количества остаточных газов является резкое выдувание продуктов

сгорания через выпускное окно 1б и наличие пульсаций давления отработавших газов. Для предотвращения этих явлений в выпускном канале 18 может быть установлен регулирующий клапан 34 (фиг. 13) илипостоянн а1й дроссель 35 (фиг.15).

При работе двигателя горючая смесь, введенная в кривошипную камеру 8 из канала 12 через лепестковый клапан 19, сжимается при движе,НИИ поршня вниз. Ее-отбирают из нижней точки камеры при. помощи наклонной канавки 31 и подают в камеру 6 через переходный канал. 29 и продувочный канал, разделенный на две части; первую,увеличенной длины и уменьшенного сечения, образованную . канавками 24 и 25, и вторую - канал 20, Так как свежая горючая смесь

0 течет с высокой скоростью в первой )части из-за уменьшенного поперечного сечения, во время ее движения в каналах происходит испарение жидкого топлива. После испарения топлива смесь поступает во второй канал 20. Из-за столкновения потоков свежей смеси и потери кинетической энергии при увеличении сечения скорость движения смеси снижается, по

Q каналу 20 смесь движется с пониженной скоростью и попадает в цилиндр через окна 15, когда они открыты поршнем.

Даже, если давление в кривошипной камере 8 значительно выше, чем в камере 6 сгорания, то, вследствие того, что первая часть продувочного канала действует как дроссель, скорость втекания смеси в камеру сгот рания не может быть высокой. В результате этого скорость течения

свежей горючей смеси ниже, чем при ее подаче. Следовательно, когда она попадает в камеру сгорания, скорость остаточных.продуктов сгорания в камере 6 сгорания предельно мала, В результате этого предотвращается их рассеивание и рассеивание тепла. Кроме того, в начале цикла сжатия при неполной нагрузке двигателя в камере 6 сгорания остается большое

количество остаточных продуктов сгорания, имеющих высокую температуру, В результате этого свежая смесь нагревается, пока не образуются

радикалы,и, следовательно, в камере 6 сгорания - активная термоатмосфе- . ра.

Далее, так как скорость газа в камере сгорания предельно мала во время такта сжатия,турбулентность эаряда и потери тепла черезстенки камеры сгорания ограничены до минимума. Это способствует увеличению температуры конца сжатия и, соответственно, увеличению количества радикалов.

Образование радикалов прездставляет собой предпламенную реакцию. После toro, как температура заряда в конце сжатия становится высокой, возникает горячее пламя, способное вызвать самовоспламенение без воспламенения запальной свечой 7. Затем происходит плавное сгорание, управляемое оставшимся ci- оревшим газом. При движении вниз поршень 4 открывает выпускное окно 16 и отработавшие газы ВЕлпускаются в канал 18.

Чтобы вызвать активное термоатмосферное сгорание, необходимо, вопервых, обеспечить высокую скорость течения свежей ,смеси в первой части продувочного канала, чтобы полностью испарить жидкое топливо и, во-вторых, резко замедлить горючую смесь, чтобы она поступила в камеру сгорания с низкой скоростью. ЧтобЕ- создать течение смеси с высокой скоро тью в первой части продувочного канала (фиг. 4 и 5), канавки 24, 25 и 27 образуют длинный канал с уменьшенным сечением. При этом желательно, чтЪбы первая часть была как можно более гладкой. Высокая скорость протекания может быть получен даже тогда, когда круто поворачивающая часть канала, например соединительная часть канавки 27 и канаво 24, 25 .и переходного канала 29, удалена от продувочного канала 20,

Когда свежая горючая смесь попадает в камеру 6 сгорания из окон 15 в паровой фазе образуются радикалы в зоне контакта между свежей смесью и оставшимися продуктами сгорания. Однако там, где смесь соприкасается с внутренней стенкой камеры б, радикалы не образуются. Следовательно, в случае двухтактного двигателя желательно применять для продувки схему Шнюрле, имеющую два продзвочных окна 15, которые расположены так, что потоки свежей смеси, поступивши из них в камеру б, контактируют дру с другом, и в результате смесь собирается в центральной части камеры 6 сгорания и окружается остаточньми продуктами сгорания. Может быть также использован двухтактный двигател любого другого типа, если в нем свежая смесь окружается оставшимися пpoдyктa 1и сгорания.

Свежая горючая смесь, всасываеj мая в кривошипную камеру 8 из канал 12 при движении поршня вверх содержит большое количество жидкого топлива. Оно собирается на дне камеры В, Отбор смеси из нижней зоны камер 8 позволяет подавать в продувочный канал все топливо, поступающее в камеру, вколичестве, изменяющемся в зависимости от нагрузки (в соответствии с открытием дросселя 14),

В обычном двухтактном двигателе, чтобы уменьшить сопротивление течению горючей смеси при работе двигателя с большой нагрузкой, длина продувочного канала уменьшается таким образом, что он открывается в верхнюю часть кривошипной камеры. Однако из-за этого топливо скапливается на дне кривошипной ка.меры и при заП5ске смесь в камеру сгорания поступает обедненной, что увеличивает время, необходимое для создания нужного состава смеси. Кроме того, из-за большого разрежения, создаваемого в кривошипной камере после воспламенения, жидкое топливо, скопившееся на дне кривошипной камеры, испаряется и поступает в камеру сгорания, вызывая переобогащение смеси и пропуски вспышек. В предлагаемом двигателе этот недостаток устранен тем, что впускное отверстие первой части корпуса и продувочного канала подключено к нижней части кривошипной камеры, а из канавки 31,.расположенной в нижней части, топливо сдувается при вращении коленчатого вала. Наклон канавки 31 также позволяет направить жидкое топливо к впускным отверстиям первой части продувочного канала.

Работа регулировочного клапана, установленного в выпускном канале, поясняется фиг,14, где по ординате X показана относительная величина площади открытия клапана, а по абсциссе У - отношение площади открытия клапана 34 к площади полностью открытого дросселя 14. Регулирующий клапан 34 открывается постепенно и затем остается в полностью открытом положении прежде, чем дроссель 14 достигнет положения, соответствующего площади открытия X , равного примерно 30%. Клапан 34 остается полностью открытым в то время, как дроссель 14 продолжает открываться.

Когда двигатель работает с неполной нагрузкой, в выпускном канале может быть установлен постоянный дроссель 35 (фиг.15), Чтобы предотвратить резкий выброс газов из цилиндра необходимо, чтобы объем канала 18 между выпускным окном 16 и регулирующим клапаном 34 был меньше, чем объем камеры 6 сгорания, когда поршень находится в нижней мертвой точке.

Запальная свеча 7 в предлагаемом двигателе используется при разогреве и при работе с большой нагрузкой. n На остальнЕлх режимах воспламенение происходит без свечи.

Предлагаемый двухтактньй двигатель пригоден для работы при неполной нагрузке, причем может быть достигнута его спокойная работа. Сгорание

активной термоатмосферы обеспечивает значительное уменьшение вредных компонентов в отработавших газах и улучшает расход топлива.

Формула изобретения

1.Способ сжигания горючей смеси в двухтактном двигателе внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой путем введения горючей смеси в кривошипную камеру, сжатия смеси в кривошипной камере, отбора и подачи горючей смеси из последней через продувочный канал в камеру сгорания и зажигания смеси в камере сгорания, отличающийс я тем, что, с целью повышения стабильности, смесь отбирают из нижней части кривошипной камеры и перед подачей в камеру сгорания изменяют направление ее движения и уменьшают скорость, причем путь, проходимый смесью после уменьшения скорости, меньше пути, проходимого смесью до уменьшения скорости.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед подачей смеси в камеру сгорания ее разделяю на два одинаковых потока, а в процессе изменения направления движени и уменьшения скорости производят сталкивание этих потоков.

3.Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с кривошипно-камер.ной продувкой, содержащий корпус с кривошипной камерой и размещенным в последней коленчатым валом, соединенный с ним цилиндр, снабженный крышкой, продувочными и выпускными окнами, поршень, размещенный в цилиндре и кинематически связанный с коленчатым валом и образующий с цилиндром и его крышкой камеру сгорания, впускной канал со смесеобразующим устройством, подключенный к кривошипной камере, продувочный канал, расположенный между кривошипной камерой и продувочными окнами, и выпускной канал, соединяющий выпускное -окно с атмосферой, о т л ичающийс я тем, что продувочный канал разделен на первую и вторую части, причем первая часть выполнена с уменьшенным сечением и увеличенной длиной по сравнению со второй, подключена через свое впускное отверстие к кривошипной камере и соединена со второй частью, подключенной к продувочным окнам, по меньшей мере через одно свое выпускное отверстие, выполненное с пересечением его оси с осью второй части продувочного канала.

3, о т л и4. Двигатель по п. что впускное чающийся тем,

отверстие первой части продувочного канала подключено к нижней зоне кривошипной камеры.

5.Двигатель по п. 4, отличающийся тем, что в нижней

зоне кривошипной камеры выполнена канавка, к которой подключено впускное отверстие первой части продувочного канала.

6.Двигатель по п. 5, о т л и10 чающийся тем, что канавка

выполнена наклонной, а впускное отверстие первой части продувочного канала подключено к ее нижней части.

7.Двигатель по п. 3, о т л и15 чающийся тем, что первая

часть продувочного канала дополнительно разделена на первый и второй . участки, соединенные последовательно,

причем первый участок подключен к 0 впускному отверстию, а второй выполнен в виде двух трубопроводов, соединенных со второй частью продувочного канала.

8.Двигатель по п. 7, о т л и25 чающийся тем, что первый

участок первой части продувочного канала выполнен в виде одного трубопровода, соединенного с двумя трубопроводами второго участка.

9.Двигатель по п. 7, отли0чающийся тем, что трубопроводы второго участка первой части продувочного канала выполнены одинаковой длины.

10.Двигатель по п. 7, о т л и чающийся тем, что трубопроводы второго участка первой части продувочного канала подключены

к выпускным отверстиям, расположенным с нижней стороны второй части 0 продувочного канала, через переходные каналы.

11.Двигатель по п. 10, отличающийся тем, что выпускн ые отверстия первой части продувочного

5 канала расположены друг против друга так, что потоки горючей смеси, выходящие из упомянутьх отверстий сталкиваются.

0 12. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что корпус двигателя выполнен по меньшей мере в виде двух частей, а первая часть продувочного канала выполнена в виде канавок на внутренней поверхности одной из частей корпуса.

13.Двигатель по п. 7, отличающийся тем, что канавки

расположены концентрично оси вращения коленчатого вала.

14.Двигатель по п. 8, отличающийся тем, что канавка, образующая второй участок первой

5 части продувочного канала, выполйена охватывающей канавку, щую участок,

Приоритет по пунктам: 29.112.76 по пп. 1 и 2; 11.10.77 по пп. 3-14.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СССР № 3610, кл. F 02 В 39/04, 1924.

фуг. г

J

20--.

25

гв 27 30

Фиг.

/

20

г

фиг. 9

/7

. fff

2f