Двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием

(21) 2925153/ (22) 16.05.80 (46) 07. 1.86. (71) Централ ного Знамени томобильный и Московский нинского комс 5-06)08994, кл. 123-. Ь ВНУТРЕННЕГО ДИТЕЛЬНЫМ ЗА- ий головку цилиндвпускным каналом, м закрутки потока и цилиндра, и выОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Бюл.41ьный ордена Трудового Крас- научно-исследовательский ави автомоторный институт автомобильный завод им. ЛеомолаВахошин. С, В. Коробченко, Я, В. Горячий, Л. Я. Литвин, нов, И. И. Окунев и Ю. М. ПтаВ, И, Сонкин,В. А, Митрофашкин(54) (57) 1. ДВИГАТЕЛ СГОРАНИЯ С ПРИНУ ЖИГАНИЕМ, содержащ ра со свечой зажигания, снабженным устройство горючей смеси вокруг ос пускным каггалом, цилиндр. поршень с коль. цевым углублением и камеру сгорения, образованную выпуклой поверхностью дннгца поршня и вогнутой поверхностью головки цилиндра, от.гггчающийсч тем, что, с целью повышения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов путем повышения полноты сгорания топлива, вогнутая поверхность головки цилиндра и выпуклая поверхность днища выпол. цены сферическими с различными радиусами сфер и образуют серповидную камеру так, что соотношение радиусов сфер составляет 0,75 - 0,9, причем соотношение диаметра углубления в днище поршня к диаметру пил и цдра соста вл яет 0,5 - 0,7. 2. Двигатель по п. 1, отлггчающнися тем, э что соотношение ооъема углубления в днищЕ поршня к объему серггогзггдногг камеры составляет 0,25 - 0,45.1Изобретение относится к двигателестрое. нию, в частности к четырехтактным бензиновым двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием. Известен двигатель внутреннего сгора. ния с принудительным зажиганием, содержащий цилиндр с поршнем, камеру сгорания, образованную выпуклым днищем поршня, в котором выполнейо углубление, и вогнутой поверхностью в головке цилиндра, в которой размещены свеча зажигания, впускной канал со средством закрутки потока горючей смеси вокруг оси цилиндра и выпускной канал.При положении поршня в верхней мертвой точке между вогнутой поверхностью в головке цилиндра и выпуклой поверхностью днища поршня, расположенной вокруг углубления в нем, образован кольцевой шелевой вытеснитель с постоянной высотой щели 11.Недостатком известной конструкции является ограничение возможности развития поверхностей вытеснителя вследствие возникающего в щелевом объеме гашения пламени, что уменьшает полноту сгорания и ухудшает топливную экономичность и увеличивает токсичность отработавших газов двигателя. Для достижения требуемых антидетонационных качеств в известном двигателе необходимо применение винтовых впускных каналов, создающих чрезмерно высокую интенсивность закрутки заряда смеси на такте впуска. Это вызывает потери наполнения из-за повышенного гидравлического сопротивления таких впускных каналов и увеличивает теплопотери в стенки камеры сгорания в период сгорания и, как следствие, ухудшение топливной экономичности и снижение мощности двигателя.Целью изобретения является повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов двигателя путем повышения полноты сгорания.Указанная цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с принудительным зажиганием вогнутая поверхность головки цилиндра и выпуклая поверхность днища поршня выполнены сферическими с различными радиусами сфер и образуют серповидную камеру так, что соотношение радиусов сфер составляет 0,75 - 0,9, причем соотношение диаметра углубления в днище поршня к диаметру цилиндра составляет 0,5 - 0,7, кроме того, соотношение объема углубления в днище поршня к объему серповидной камеры составляет 0,25 - -0,45.На фиг,изображен двигатель, попереч- н ныи разрез по осям впускного и выпускного клапанов; на фиг. 2 - конструктивная схема относительно расположения свечи зажигания, углубления в днище поршня, впускного и выпускного каналов с указаниемн направления движения топливовоздушнои О 5 20 25 ЗО 35 40 45 50 смеси и отработавших газов, вид сверху; на фиг. 3 - разрез А - А на фиг. 2.Двигатель содержит цилиндр 1 (фиг. 1 и 2) с поршнем 2, камеру 3 сгорания, образованную выпуклым сферическим днищем 4 поршня, в котором выполнено центрально расположенное углубление 5, и вогнутой сферической поверхностью 6 в головке 7 ци. линдра. В последней размещены свеча 8 зажигания, впускной канал 9 со средством закрутки потока горючей смеси вокруг оси цилиндра 1, выпускной канал 10, а также впускной и выпускной клапаны 11 и 12 соответственно. Поверхность камеры сгорания, выполненной в головке 7 цилиндра, и поверхность выступающей выпуклой части поршня 2 геометрически образуют объем в виде сферического сегмента с радиусами образующих сфер К 1 и йг соответственно. При положении поршня 2 в верхней мертвой точке (ВМТ) упомянутыми сферическими поверхностями образуется серповидная камера 13 сгорания, Соотношение величины радиусов К/Кг составляет в пределах 0,75 0,90, что позволяет определить оптимальные параметры камеры 13.При положении поршня 2 в ВМТ между вогнутой 6 и выпуклой 4 сферическими поверхностями вокруг углубления 5 образуется кольцевой вытеснитель 14 с переменной высотой клинообразной щели, увеличивающейся по направлению к углублению. Ширина кольцевого вытеснителя 14, а следовательно, и объем пространства между указанными сферическими поверхностями 4 и 6 при положении поршня 2 в ВМТ определяются соотношением величины диаметра углубления к диаметру цилиндра, равным оптимально 0,5 - 0,7. Углубление 5 в центре днища поршня образовано поверхностью, приближающейся по форме к поверхности тора, вдавленного в тело днища поршня на глубину не более, чем 0,5 - 0,8 радиуса г торовой поверхности. Соотношение объема Ък углубления 5 к объему Ч.с серповидной камеры 13 0,25 - 0,45. Свеча 8 зажигания установлена в головке цилиндра так, что электроды ее незначительно выступают над сферической поверхностью 6 головки цилиндра напротив края углубления 5 в днище поршня 2. Указанные соотношения подобраны эмпирически из условий расхода топлива, параметров токсичности и значений оптимальной мощности.Двигатель работает следующим образом.На такте впуска под действием разрежения, создаваемого движением поршня 2 от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан 11 в камеру 3 и цилиндр 1 поступает топливовоздушная смесь.Впускной канал 9 со средством закрутки потока сообшает этой смеси вращательное движение вокруг оси цилиндра 1 (фиг. 3), В этот период цикла смесь преобретает сложное ускоренное вихревое движение, 12687603Внешние слои потока, вращаясь, продвигаются в осевом направлении от впускного клапана 11 к днищу поршня 2, в то время как 10 15 сохраняет свою устойчивость при умеренной интенсивности закрутки потока во время такта впуска,На такте сжатия в начальный период симметричное относительно оси цилиндра вихревое движение продолжает, вследствие треобмена, тормозиться в тангенциальном направлении, обратное движение внутренних слоев 25 ЗО 35 рийной и центральной зонами потока приобретают вращатечьное движение в форме кольвнутренние, вращаясь в ту же сторону, что и внешние, движутся в осевом направлении в противоположную сторону от поверхности 4 днища поршня 2 к клапану 11. После достижения потоком смеси максимальной скорости движения вращение устанавливается симметричным относительно оси цилиндра . Благодаря выбранной форме углубления 5 в днище поршня и наличию сферических поверхностей 4 и 6 происходит обтекание симметричных относительно оси цилиндра 1 поверхностей углубления 5, а также поверхностей 4 и 6. Режим течения смеси из ускоренного переходит в замедленное. Однако скорость торможения вихря еще небольшая и благодаря форме углубления 5 он ния о стенки цилиндра 1 и турбулентного практически отсутствует. Во второй половине такта сжатия периферийные слои смеси все больше приобретают радиальное движение вдоль поверхности 6 головки цилиндра из-за вытеснительного действия кольцевого вытеснителя 14. Внутренние слои смеси совершают движение в центральной зоне цилиндра 1 и камеры 3 сгорания над углублением 5, В конце такта сжатия внешние слои, встречаясь в верхней части камеры 3, сталкиваются и под действием существующего перепада давлений между перифецевого вихря с сохранением вращения вокруг оси цилиндра 1 (и камеры 3) Вследствие вытеснения большей части заряда смеси в углубление 5 и центральную зону камеры 3 при выбранном соотношении интенсивность вращения возрастает,Внешние слои смеси, двигаясь вдоль поверхности 6, продувают межэлектродное пространство свечи 8 от остаточных газов практически независимо от режима работы двигателя, поскольку они размещены над краем углубления 5 в днище поршня 2, где скорости вытесненного потока наибольшие.В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от искрового разряда между электродами свечи 8. При принятом расположении электродов свечи зажигания, напротив края углубления 5 в днище поршня 40 45 50 2 достигается направленное распространение пламени по объему камеры сгорания. На первой стадии процесса горения, когда поршень еще не доходит до верхней мертвой точки, кривизна фронта пламени вокруг электродов свечи максимальна и он устойчив по отношению к возмущениям в тангенциальном направлении. При приближении поршня к верхней мертвой точке действием радиального движения вытесняемого потока на увеличившийся в размерах фронт пламени распространение пламени переносится в центрально расположенное углубление 5. Такой характер движения рабочей смеси в период сгорания обеспечивает высокую скорость процессов тепломассопереноса, что повышает скорость и полноту сгорания, а также ограничивает развитие предпламенных реакций, обуславливающих детонационное сгорание последней части заряда смеси.Кольцевой вытеснитель 14 с переменной увеличивающейся по направлению высотой к углублению 5 днища поршня 2 ограничивает влияние гашения пламени, возникающее обычно из-за охлаждения пламени в объемах вытеснения камеры сгорания с развитой поверхностью вытеснения и в больших по площади щелях с постоянной высотой. Наилучшие показатели двигателя получают при соотношениях Р/К=0,75 - 0,9 и 1)ф =0,5 - 0,6, а также --=0,25 - 0,45, на йденных опытным путем ксгВыполнение вогнутой поверхности головки цилиндра и выпуклой поверхности днища поршня между углублением в нем и цилиндром в виде сферических сегментов, образующих при положении поршня в верхней мертвой точке серповидную камеру. в которой соотношение радиусов указанных поверхностей составляет 0,75 - 0,9 и выбор соотношения диаметра углубления в днище поршня к диаметру цилиндра в пределах 0,5 - 0,7, обеспечивает оптимальные параметры вихревого движения заряда смеси в пе. риод такта сжатия и перед воспламенением без чрезмерных теплопотерь и понижения наполнения, и, как следствие, повышение полноты сгорания топлива для улучшения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов.Выбор величины соотношения объема углубления в днище поршня к объему серповидной камеры в пределах 0,25 - 0,45 и выполнение его в форме торовой поверхности, вдавленной в тело днища поршня на глубину не более чем 0,5 - 0,8 радиуса г торовой поверхности улучшают антидетонационные качества двигателя и позволяют дополнительно повысить топливную экономичность двигателя.268760 А-А И ПИ Госпо деламМосква,ПП Гат 303филиал сдактор Н. 1 арголпаква б 00933ВНИ Состави 1 сГскред Р.ираж 523ударственизобретеЖ - 35,ент, г. Ъ ль Г. СмирновВсрес Корректо одписно ого комитета СССР ний и открытий Раушская наб., д. 4 жгород, ул. Проектн