Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить топливную экономичность на режимах частичных нагрузок и улучшить антидетонационные качества на полных нагрузках . Камера сгорания образована выпуклым сферическим днищем 4 поршня 2, в котором по его центру выполнена выемка 5, и вогнутой сферической поверхностью 6 в головке 7 цилиндра. В нижней части стенки цилиндра над поршнем при положении его в нижней мертвой точке вьшолнено окно 16, сообщенное с вьтускным каналом 17, расположенным вдоль стенки 15 в направлении вращения потока топливо-воздушной смеси. В канале 17 расположен обратный клапан, открываемый в конце такта впуска. Ось 18 канала 17, продолженная в полость цилиндра, размещена с внешней стороны выемки 5 по касательной к окружности, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра. Происходит интенсификация вихревого движения заряда в конце такта впуска и в начале такта сжатия за счет дополнительного им (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1370271 (50 4 F 02 В 23/08, 29/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPGHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4101758/25-06 (22) 14.08.86 (46) 30.01.88. Бвл. )г. 4 (71) Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (72) Л.И.Вахонин, В.Г.Выборнов, Я.В.Горячий, С.В.Коробченко, Л.Я.Литвин, N.М.Пташкин, Н.П.Самойлов, В.И.Сонкин, М.Е.Шашкин и Е.В.Шатров (53) 621.433.056 (088 ° 8) (56) Патент США Р 3408994, кл. 123191, опубл. 1969. (54) ДВИГАТЕЛЪ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к двигателестроенив и позволяет повысить топливную экономичность на режимах частичных нагрузок и улучшить антидетонационные качества на полных нагрузках.Камера сгорания образована выпуклым сферическим днищем 4 поршня 2, в котором по его центру выполнена выемка 5, и вогнутой сферической поверхностьи 6 в головке 7 цилиндра.

В нижней части стенки цилиндра над поршнем при положении его в нижней мертвой точке выполнено окно 16, сообщенное с выпускным каналом 17, расположенным вдоль стенки 15 в направлении вращения потока топливо-воздушной смеси. В канале 17 расположен обратный клапан, открываемый в конце такта впуска. Ось 18 канала 17, продолженная в полость цилиндра, размещена с внешней стороны выемки 5 по касательной к окружности, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра. Происходит интенсификация вихревого движения заряда в конце такта впуска и в начале такта сжатия за счет дополнительного им13702 7 I пульса, сообщаемого основной смеси рабочим телом, приготовленным вне цилиндра. Оптимально распределяется

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.

Цель изобретения †повышен топлив- 5 ной экономичности на режимах частичных нагрузок и улучшение антидетонационных качеств на полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения заряда.

На фиг.1 изображен двигатель, поперечный разрез, по осям впускного и выпускного клапанов; на фиг.2 — то же, горизонтальное сечение по оси

1r; дополнительного впускного канала для подачи рабочего тела в цилиндр; на фиг.3 -то же, поперечный разрез (при расположении поршня в верхней мертвой точке1; на фиг.4 — то же, поперечный разрез по осям впускного и выпускного клапанов (тангенциальный паз выполнен в днище поршня) ; на .фиг.5 — то же, горизонтальное сечение по оси дополнительного впускного

25 канала для подачи рабочего тела в цилиндр (направляющий тангенциальный паз выполнен в днище поршня).

Двигатель содержит цилиндр 1 (фиг. 1) с поршнем 2. Камера 3 сгорания (фиг. 3) образована выпуклым сфе30 рическим днищем 4 поршня 2, в котором по его центру выполнена выемка 5, и вогнутой сферической поверхностью 6 в головке 7 цилиндра 1. В головке 7 размещена свеча 8 зажигания (фиг.2), 35 впускной канал 9 со средством закрутки потока (направление вращения обозначено стрелкой 10) топливо-воздушной смеси вокруг оси цилиндра I и выпускной канал 11. Впускной 9 и выпускной 40

11 каналы перекрываются соответственно впускным 12 и выпускным 13 клапанами. Серповидная камера 3 сгорания (AHr.3) выполнена н виде сферического сегмента с радиусами R u r при по- 45 состав смеси в камере сгорания по отношению к источнику зажигания.

3 з.п. ф-лы, 5 ил. ложении поршня 2 в верхней мертвой точке. Отношение величин радиусов r и R составляет 0,75-0,9. Серповидная камера 3 сгорания имеет кольцевой вытеснитель 14, внутренняя граница которого ограничена диаметром d выемки 5. Отношение величин диаметра ,1 выемки 5 к диаметру D цилиндра 1 составляет 0,54-0,70.

В нижней части стенки 15 цилиндра 1 на расстоянии 0,75-0,95 максимального хода поршня 2 от верхнего торца цилиндра выполнено окно 16 сообщенное с дополнительным выпускным каналом 17, расположенным вдоль стенки 15 цилиндра 1 в направлении вращения потока(по стрелке 10)топливовоздушной смеси, сообщаемого основным впускным каналом 9. При этом ось

18 дополнительного впускного канала

17, продолженная в полость цилиндра

1, размещена с внешней стороны выемки 5 в днище поршня 2 по касательной к окружности 19 (фиг.2), расположенной в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра I с диаметром 0,50 9 диаметра цилиндра 1.

Отношение площади минимального по" перечного сечения f> (фиг,1 и 2) дополнительного впускного канала 17 к площади горловины f, впускного канала 9 составляет 0,10-0,25, а отношение длины дополнительного впускного канала 1 д „ к его диаметру d„ „ â минимальном сечении составляет 2-5.

Окно 16 дополнительного впускноФ

ro канала 17 расположено напротив направляющего паза 20, выполненного в днище поршня 2. С помощью паза 20 пристеночную зону цилиндра 1 сообщают с выемкой 5 в днище 4 поршня 2.

Дополнительный впускной канал 17 содержит обратный клапан 21, открываемый в конце такта впуска для поступз 13702 пения в полость цилиндра 1 рабочего тела, приготовленного вне цилиндра 1.

Предлагаемое выполнение двигателя позволяет улучнить топливную эконо5 мичность на режимах частичных нагрузок и антидетонационные качества двигателя на полных нагрузках путем HH тенсификации вихревого движения заряда в конце такта впуска и в начале такта сжатия за счет дополнительного импульса, сообщаемого основной смеси рабочим телом, приготовленным вне цилиндра, и оптимального распределения состава смеси в камере сгорания по отнонению к источнику зажигания, а также охлаждение поверхности камеры сгорания.

Двигатель работает следующим образом. 20

При движении поршня 2 (фиг.l) вниз за счет создаваемого в цилиндре 1 разрежения топливо-воздушная смесь иэ впускного канала 9 через открытый впускной клапан 12 поступает в по- 25 лость цилиндра 1. По мере поступления в цилиндр 1 топливо-воздушной смеси она за счет движения по впускному каналу 9 специальной формы приобретает вращение (направление движения gp показано стрелкой 10) вокруг оси цилиндра 1. При такой форме движения в цилиндре 1 к концу такта впуска сохраняется большая часть кинетической энергии, чем при поступательном движении смеси вдоль оси цилиндра 1.

При подходе поршня 2 к нижней мертвой точке, когда основная часть смеси уже поступила в цилиндр 1, вращательное движение топливо-воздушной смеси 4О сохраняется по форме. Вместе с тем интенсивность этого движения за счет трения о стенки цилиндра 1 снижается. При перемещении порння 2 вниз на расстояние 0,75-0,95 от полного хода 45 он своей верхней кромкой открывает окно 16 дополнительного впускного канала 17 с обратным клапаном 21. Клапан 21 открывают. Через открытый клапан 21 и окно 16 в цилиндр 1 в направлении движения по стрелке 10 основного потока топливо-воздушной смеси (фиг.! и 2) подают рабочее тело, приготовленное вне цилиндра 1.

Рабочее тело поступает по траектории 55 определяемой направлением оси 18, с внешней стороны выемки 5 в днище поршня 2 по касательной к окружности

19> расположенной в плоскости, пер71 4 пендикулярной оси цилиндра 1, с диаметром 0,5-0,9 диаметра I) цилиндра 1.

Благодаря тому, что отношение площади минимального поперечного сечения

f +.< дополнительного впускного канала

17 к площади горловины впускного канала 9 составляет 0 10-0,25, а отношение длины дополнительного впускного канала 1„ „ к его диаметру 6 в минимальном сечении составляет ?5, обеспечивается интенсификация вихревого движения заряда в конце такта впуска и в начале такта сжатия за счет дополнительного импульса, сообщаемого топливо-воздушной смеси рабочим телом, приготовленным вне цилиндра. Ввод рабочего тела через дополнительный впускной канал 17 с выходным окном 16 продолжается и после прохождения поршнем 2 нижней мертвой точки до момента, когда окно 16 перекрывается верхней кромкой днища 4 поршня 2. Общая продолжительность ввода рабочего тела составляет 70о

100 поворота коленчатого вала двигателя, что обеспечивает большую длительность действия дополнительного импульса, ускоряющего вырождающееся к этому моменту вихревое движение топливо-воздушной смеси по стрелке

10, созданное впускным каналом 9.

При вводе рабочего тела в цилиндр

1 с внешней стороны выемки 5 в днище

4 поршня 2 по касательной к окружности обеспечивается возможность расположения рабочего тела в пристеночных слоях цилиндра 1. Сохранение такого расположения рабочего тела в топливо-воздушной смеси до конца такта сжатия достигается вращающимся потоком, движение которого ускорено за счет дополнительного импульса, сообщенного основной смеси рабочим телом. За счет этого достигается оптимальное распределение топливо-воздунной смеси относительно свечи 8 зажигания °

При поступлении рабочего тела в цилиндр 1 двигателя часть его по пазу 20, выполненному в днище 4 поршня

2 напротив окна 16 дополнительного впускного канала 17, направляется в выемку 5 в днище 4 поршня 2. Этим достигается равномерное и эффективное охлаждение днища 4 поршня 2. После прохождения верхней кромки поршня 2 окна lб дополнительного впускного канала 17 происходит сжатие рабочей

137027) Благодаря этому возможно увеличить степень сжатия и улучшить тем самым топливную экономичность двигателя. Кроме того, ограничению детонационного сгорания способствует также охлаждение днища поршня рабочим телом, имеющим более низкую температуру по отношению к температуре смеси в конце такта впуска.

55 смеси, состоящей из топливо-воздушной смеси и рабочего тела, поскольку впускной клапан 12 закрывают.

Вследствии высокой стабильности структуры вихревого движения заряда и особой формы камеры 3 сгорания рабочее тело, введенное в цилиндр 1, к концу такта сжатия в основном сохраняет свое расположение по перифе- 10 рии камеры 3. В результате этого образующаяся в периферийной зоне над кольцевым вытеснителем 14 (фиг.3) рабочая смесь по своему составу беднее, чем в центральной зоне камеры сгорания.

В конце такта сжатия рабочую смесь, расположенную в центральной зоне камеры сгорания, воспламеняют от искрового разряда свечи 8 зажига- 20 ния. При обогащении состава смеси у свечи 8 зажигания, обеспеченном оптимальным распределением состава смеси по объему камеры 3 сгорания, достигается высокая цикловая стабильность воспламенения более бедных составов смеси. Развитие начального очага горения и распространение пламени по объему камеры 3 сгорания происходит с высокими скоростями, достигаемыми более высокой интенсивностью движения смеси и стабильными турбулентными характеристиками вращающегося заряда.Это позволяет эффективно сжигать более бедные составы смеси и улучшать этим топливную экономичность двигателя. За счет обеденения рабочей смеси в периферийных зонах над кольцевым вытеснителем 14 камеры 3 сгорания, наиболее удаленных от 40 свечи 8 зажигания, ограничено возникновение детонационного сгорания. Этому способствует также размер кольцевой вытеснительной полости, образующейся при положении поршня 2 вбли- 45 зи верхней мертвой точки, объем смеси в которой обеспечивается при отношении диаметра выемки d к диаметру

D цилиндра 1 в пределах 0,54-0,7.

В результате сгорания рабочей смеси происходит образование продуктов сгорания, объем которых резко увеличивается, что вызывает изменение направления движения поршня 2 и

его движение вниз.

Энергию расширения продуктов горения преобразуют в механическую работу за счет воздействия продуктов сгорания на поршень 2, который кинематически связан с коленчатым валом двигателя. В конце такта расширения продукты горения через открытый выпускной клапан 13 (фиг.1) поступают в выпускной канал 11. Затем цикл повторяется.

Расположение выход :.ого окна дополнительного впускного канала на расстоянии 0,75-0,95 максимального хода поршня от верхиего торца цилиндра обеспечивает возможность ввода рабоо чего тела в течение 70-100 поворота коленчатого вала двигателя. Такая продолжительность ввода рабочего тела обеспечивает необходимую длительность действия дополнительного импульса, ускоряющего движение основной смеси, ввод необходимого количества рабочего тела и эффективное охлаждение днища поршня..

Размещение оси дополнительного впускного канала с внешней стороны углубления в днище поршня по касательной к окружности, расположенной в плоскости, перпендикулярно оси цилиндра с диаметром 0 5-0,9 от диаметра цилиндра, позволяет наиболее пол*о использовать кинетическую энер-, гию рабочего тела для ускорения вращения топливо-воздушной смеси в цилиндре.

Величина отношения плошади минимального поперечного сечения f „ дополнительного впускного канала к площади горловины впускного в пределах

0,10-0,25 и отношение длины дополнительного впускного канала 1д, к его диаметру d „ в минимальном сечении в пределах 2-5 определены экспериментально на основе регулировочных характеристик при различных диаметрах d„ „ минимального сечения дополнительного впускного канала. Выбран-, ные соотношения обеспечивают наибольший эффект улучшения топливной экономичности на частичных нагрузках (в пределах 5-20Х) и более высокие антидетонационные качества двига7 )3702 теля, позволяющие повысить степень сжатия на 0,3-0 5 единиц.

Выполнение двигателя с принудительным зажиганием позволяет снизить

5 удельный расход топлива, преимущественно на режимах частичных нагрузок, при улучшении антидетонационных качеств двигателя на полных нагрузках.

10 формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, размещенный в нем поршень со 15 сферическим выпуклым днищем, выполненным с выемкой, камеру сгорания, образованную днищем поршня и сферической вогнутой поверхностью головки цилиндра и снабженную свечой зажи- 20 гания, впускной канал со средством закрутки потока топлиВО-ВОЭДУшной смеси и выпускной канал, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения топливной экономичности на режимах частичных нагрузок и улучше.ния антидетонационных качеств двига71 теля на полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения заряда, он снабжен дополнительным впускным каналом, а в нижней части цилиндра над поршнем при положении его в нижней мертвой точке выполнено окно, сообщенное с дополнительным впускным каналом.

2. Двигатель по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что ось дополнительного впускного канала при продолжении ее в полость цилиндра размещена с внешней стороны выемки днища поршня по касательной к окружности, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра.

3. Двигатель по пп.1 и 2, о т л ичающий с я тем, что на днище поршня выполнен тангенциальный паэ, соединяющий выемку поршня при его положении в нижней мертвой точке с окном дополнительного впускного канала.

4. Двигатель по пп,1-3, о т л ич а ю шийся тем, что дополнительный впускной канал снабжен обратным клапаном.

Фиг. 2

1370271

Составитель Л.Павлович

Редактор Т.Парфенова Техред М.Коданич Корректор С.йекмар

Заказ 385/30

Тираж 505 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4