Двигатель внутреннего сгорания

.801370271 с 50 4 Р 02 В 23/08 у 29/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К А ВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВУ(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 выполненавыемка 5, и вогнутой сферической поверхностьи 6 в головке 7 цилиндра.В нижней части стенки цилиндра надпоршнем при положении его в нижнеймертвой точке выполнено окно 16, сообщенное с выпускным каналом 17, расположенным вдоль стенки 15 в направлении вращения потока топливо-воздушной смеси. В канале 17 расположенобратный клапан, открываемый в концетакта впуска. Ось 18 канала 17, продолженная в полость цилиндра, размещена с внешней стороны выемки 5 покасательной к окружности, расположенной в плоскости, перпендикулярнойоси цилиндра. Происходит интенсификация вихревого движения заряда вконце такта впуска и в начале тактасжатия за счет дополнительного им1370271 пульса, сообщаемого основной смесирабочим телом, приготовленным вне цилиндра. Оптимально распределяется Изобретение относится к двигателе- строению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.Цель изобретения в повышен топлив 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 дополнительного впускного канала для подачи рабочего тела в цилиндр; на фиг.З -то же, поперечный разрез (при расположении поршня в верхней мертвой точке; 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 впускного25 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 сфе 30 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 1 и выпускной канал 11, Впускной 9 и выпускной . 40 11 каналы перекрываются соответственно впускным 12 и выпускным 13 клапанами. Серповидная камера 3 сгорания (Лиг.З) выполнена н виде сферического сегмента с радиусами Р и г при по 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 г и В составляет 0,75-0,9. Серповидная камера 3 сгорания имеет кольцевой вытеснитель 14, внутренняя граница которого ограничена диаметром 6 выемки 5, Отношение величин диаметра й выемки 5 к диаметру 0 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)топливо- воздушной 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 1, с диаметром 0,5- 0,9 диаметра цилиндра 1. Отношение площади минимального по" перечного сечения Гд (фиг,1 и 2) дополнительного впускного канала 17 к площади горловины Г впускного канала 9 составляет 0,10-0,25, а отношение длины дополнительного впускного канала 1 дк его диаметру ддв минимальном сечении составляет 2-5.Окно 16 дополнительного впускноФго 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 поступ з 13702 пения в полость цилиндрарабочего тела, приготовленного вне цилиндра 1,Предлагаемое выполнение двигателя позволяет улучшить топливную эконо 5 мичность на режимах частичных нагрузок и антидетонационные качества двигателя на полных нагрузках путем интенсификации 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 15 по отнонению к источнику зажигания, а также охлаждение поверхности камеры сгорания.Двигатель работает следующим образом. 20При движении поршня 2 (фиг.1) вниз за счет создаваемого в цилиндре 1 разрежения топливо-воздушная смесь иэ впускного канала 9 через открытый впускной клапан 12 поступает в по 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 ЗО 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 4 О сохраняется по форме, Вместе с тем интенсивность этого движения за счет трения о стенки цилиндра 1 снижается. При перемещении поршня 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, пер 71 4пендикулярной оси цилинДра 1, с диаметром 0,5-0,9 диаметра 1) цилиндра 1. Благодаря тому, что отношение площади минимального поперечного сечения Г. дополнительного впускного канала 17 к площади горловины впускного канала 9 составляет 0,10-0,25, а отнонение длины дополнительного впускного канала 1к его диаметру 6в минимальном сечении составляет 2- 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 70 о100 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 топлнво-воздушной смеси относительно свечи 8 зажигания1 ри 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 16 дополнительного впускного канала 17 происходит сжатие рабочейБлагодаря 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 стабильностиструктуры вихревого движения зарядаи особой формы камеры 3 сгорания рабочее тело, введенное в цилиндр 1,к концу такта сжатия в основном сохраняет свое расположение по периферии камеры 3. В результате этогообразующаяся в периферийной зоне надкольцевым вытеснителем 14 (фиг.3)рабочая смесь по своему составу беднее, чем в центральной зоне камеры 15сгорания.В конце такта сжатия рабочуюсмесь, расположенную в центральнойзоне камеры сгорания, воспламеняютот искрового разряда свечи 8 зажигания. При обогащении состава смеси усвечи 8 зажигания, обеспеченном оптимальным распределением состава смеси по объему камеры 3 сгорания, достигается высокая цикловая стабильность воспламенения более бедных составов смеси. Развитие начальногоочага горения и распространение пламени по объему камеры 3 сгорания происходит с высокими скоростями, дос- З 0 тигаемыми более высокой интенсивностью движения смеси и стабильными турбулентными характеристиками вращающегося заряда.Это позволяет эффективно сжигать более бедные составы смеси иулучшать 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 зи верхней мертвой точки, объем смеси в которой обеспечивается при отношении диаметра выемки Й к диаметру Э цилиндра 1 в пределах 0,54-0,7.50 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 выходного окна дополнительного впускного канала на расстоянии 0,75-0,95 максимального хода поршня от верхиего торца цилиндра обеспечивает возможность ввода рабоочего 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 поршняРазмещение 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 поло использовать кинетическую энер-, гию рабочего тела для ускорения вращения топливо-воздушной смеси в цилиндре.Величина отношения плошади минимального поперечного сечениядополнительного впускного канала к площади горловины впускного в пределах 0,10-0,25 и отношение длины дополнительного впускного канала 1 д, к его диаметру бв минимальном сечении в пределах 2-5 определены экспериментально на основе регулировочных характеристик при различных диаметрах бдминимального сечения дополнительного впускного канала. Выбран-, ные соотношения обеспечивают наибольший эффект улучшения топливной экономичности на частичных нагрузках (в пределах 5-207) и более высокие антидетонационные качества двига 7 13702 теля, позволяющие повысить степень сжатия на 0,3-0,5 единиц.Выполнение двигателя с принудительным зажиганием позволяет снизить5 удельный расход топлива, преимущественно на режимах частичных нагрузок, при улучшении антидетонационных качеств двигателя на полных нагрузках.1 ОФормула 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 гания, впускной канал со средством закрутки потока топливо-воздушной смеси и выпускной канал, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения топливной экономичности на режимах частичных нагрузок и улучше.- ния антидетонационных качеств двига 71 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 щ и й с я 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 ич а ю щ и й 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 щ и й с я тем, что дополнительный впускной канал снабжен обратным клапаном.1370271 Составитель Л,ПавловичРедактор Т.Парфенова Техред М.Ходанич . тор С.йекмар Заказ 385/30 ВНИИП е 5 4/ 130 ушская на изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 505 И Государств о делам изобМосква, ЖПодписноего комитета СССРний и открытий