Двигатель внутреннего сгорания

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 373839 1)4 7 02 В 23/08 29 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕЛЬСТВ А ВТОРСКОМУ СВи ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение позволяет повыситьтопливно экономичность на режимахмалых нагрузок и улучшить антидетонационные качества на полных нагрузках,Камера 3 сгорания образована днищем4 поршня 2, в котором выполнена выемка 5, и наклонной к торцу днища поршня плоскостьи 6 головки цилиндра.В нижней части стенки последнего надпоршнем при положении его в нижнеймертвой точке выполнено окно 14 впус1373839 кного канала 15, ось 16 которого припродолжении ее в полость цилиндра вплане расположена с внутренней стороны выемки 5 в поршне по касательнойк его образующей в направлении вращения Потока топливовоздушной смеси,образованного в первой половине такта впуска. Для свободного прохода рабочего тела, приготовленного вне цилиндра, поверхность выемки 5 при нахождении поршня в нижней мертвойточке, продолженная в направлении окна 14, расположена по крайней мерениже кромки последнего. Для ограничения поступления продуктов сгорания в Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием,Цель изобретения - повышение топливной экономичности на режимах частичных нагрузок и улучшение антидетонационных качеств на полных нагрузках,путем интенсификации вихревого движения заряда,На фиг,1 изображен двигатель пооси впускного клапана и оси дополнительного впускного канала для подачирабочего тела в цилиндр при положении поршня в нижней мертвой точке,поперечный разрез; на фиг.2 - то же,при положении поршня в верхней мертвой точке, поперечный разрез; нафиг3 - горизонтальное сечение двигателя по оси дополнительного каналадля подачи рабочего тела в цилиндр,на которое условно нанесено положение впускных и выпускных клапанов,а также свечи зажигания, а также углубление в днище поршня и траекторииосновного потока топливовоздушнойсмеси и рабочего тела, приготовленного вне цилиндра; на фиг.4 - горизонтальное сечение двигателя по оси дополнительного впускного канала дляподачи рабочего тела в цилиндр, накотором показан поршень с продолженной поверхностью углубления в нем внаправлении выходного окна; на фиг.5 двигатель по оси впускного клапана канал 15 в конце такта расширения впоследнем установлен обратный клапан18, открываемый в конце такта впускадля поступления в полость цилиндрарабочего тела, приготовленного внецилиндра. В конце такта впуска и начале такта сжатия интенсифицируетсявихревое движение заряда за счет дополнительного импульса, сообщаемоготопливовоздушной смеси рабочим телом, приготовленным вне цилиндра, иоптимального распределения составасмеси в камере сгорания по отношениюк источнику зажигания. 2 э.п. ф-лы,5 ил,при положении поршня в нижней мертвой точке, на котором показан проход рабочего тела в углубление в поршне, образованное за счет продолжения поверхности углубления в направлении выходного окна, поперечный разрез,Двигатель содержит цилиндр 1 (фиг,1) с поршнем 2, Камера 3 сгорания (фиг.2) образована днищем 4 поршня 2, в котором выполнена выемка 5, и наклонной к торцу днища поршня плоскостью 6 головки 7 цилиндра 1, в которой размещены впускной 8 и выпускной 9 клапаны (фиг.З), сообщающие полость камеры 3 сгорания и цилиндра 1 соответственно с впускным каналом О подачи топливовоздушной смеси и каналом 11 для выпуска отработавших газов, при этом впускной клапан 8 (фиг.3 и 4) смещен к стенке цилиндра 1, чем достигается тангенциальное движение потока топливовоэдушной смеси на такте впуска и обра-зование в цилиндре вращения заряда вокруг оси цилиндра . При этом для усиления интенсивности закрутки потока на такте впуска профиль выходного участка впускного канала 10 выполняют таким образом, чтобы по возможности большая часть поступающей смеси двигалась тангенциально образующей цилиндра 1. Свеча 12 зажигания расположена вплане между впускным 8 и выпускным 9клапанами напротив периферийной части углубления 5 в днище 4 поршня 2,В нижней части стенки цилиндра 1на расстоянии 0,80-1,1 максимальногохода Б поршня 2 от верхнего торца 13цилиндра 1 (фиг.1) над поршнем приположении его в нижней мертвой точкевыполнено окно 14 дополнительноговпускного канала 15, ось 16 которогопри продолжении ее в полость цилиндра 1 в плане (фиг.3) расположена свнутренней стороны выемки 5 в поршне2 по касательной к его образующей внаправлении вращения потока топливовоздушной смеси, образованного в первой половине такта впуска.Для свободного прохода рабочеготела, приготовленного вне цилиндра 1,поверхность 17 выемки 5 (фиг.4,5) вднище поршня 2 при нахождении его внижней мертвой точке, продолженная внаправлении окна 14 дополнительноговпускного канала 15, расположена покрайней мере ниже кромки окна 14, 25Конструктивные размеры дополнительного впускного канала 15 и еговыходного окна 14 подобраны из соображений обеспечения наибольшей,дальнобойности струи. Отношение площади минимального поперечного сечения(фиг.1) дополнительного впускнокго канала 15 к площади горловиныосновного впускного канала О составляет в пределах О,-0,25, а отношениедлины дополнительного канала 1, к егодиаметру бдв минимальном сечениисоставляет в пределах 2-5,Для ограничения поступления продуктов сгорания в дополнительный впускной канал 15 в конце такта расширения в дополнительном впускном канале15 установлен обратный клапан 18, открываемый в конце такта впуска припоступлении в полость цилиндра 1 Рабочего тела, приготовленного вне цилиндра 1.Кроме того, для приготовления ираспределения рабочего тела по цилиндрам в многоцилиндровом двигателеперед входом в дополнительный впускной канал 15 помещен коллектор 19(фиг.1,5). Для нагнетания Рабочего тела в цилиндр 1 на повьппенных нагрузках на входе ц коллектор установлен компрессор 20, имеющий привод от коленчатого валаТакое выполнение двигателя црцгорлботе позволяет улучшить топливнуюэкоцомичцость цл режимах члстцчцыхнагрузок и ацтцдетоцлциоццые качествл двигателя ца полцых цлгрузклх пу.тем интенсификации вихревого двцж- ция заряда н конце такта впуска и в начале такта сжатия за счет доцолццтельного импульса, сообщаемого топливовоздушной смеси рабочим телом,.приголовленным вне цилиндра, и оптимильцого распределения состава смеси в камере сгорания по отношению к источнику зажигания, а также охлаждения поверхности камеры сгорания,Двигатель работает следун 1 пьпм обрлзомПри движении порпгця 2 (фиг,) вниз эа счет создаваемого в цилиндре 1 разрежения топливовоздушцая смесь 21 (направление движения показано стрел" кой 21) из впускного канала 10 через открытое впускное отверстие впускного клапана 8 поступает в полость цилиндра 1Зл счет смещения впускного клапана 8 к стенке цилиндра 1 и специального профиля выходного участка впускного канала 10 топливовоздушцая смесь по мере поступления в цилиндр 1 движется преимущественно тангенциально стенке цилиндра 1, вследствие чего заряд смеси приобретает вращение 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 топливовоздушной смеси 21 сохраняется по форме. Вместе с тем интенсивность этого движения за счет трения о стенки цилиндра 1 начинает снижаться. При перемещении поршня 2 вниз на расстояние 0,8-1,1 от полного хода Б он своей верхней кромкой открывает окно 14 дополнительного канала 15 с обратным клапаном 18. Клапан 18 открывают, Через открытый клапан 18 и окно 14 канала 15 в цилиндр 1 в направлении движения основного потока топливовоздутпцой смеси 21 (фиг.1 и 2) подают рабочее тело 22 (направление движения указано стрелкой 22), приготовленное вце цилиндра . Рабочее тело поступает по тра 137383925 Н частности, топливовоздушнаясмесь 21 оттесняется рабочим телом 22в сторону к свече 12 зажигания, аболее инертное рабочее тело располагается в нижней части цилиндра 1вблизи поверхности выемки 5 в днище4 поршня 2. ектории, определяемой направлением оси 16 дополнительного впускного канала 15. Продолжение оси 16 в полость цилиндра 1 в плане расположено с5 внутренней стороны выемки 5 в порш-. не 2 по существу по касательной к его образующей в направлении вращения потока топливовоэдушной смеси 21, Благодаря оптимальной дальнобойности струи рабочего тела, достигаемой при отношении площади минимального поперечного сечения Гддополнительного впускного канала 15 к площади горловины , основного впускного канала 10 в пределах 0,1-0,25 и отношении длины 1дополнительного канала 15 к его диаметру 1, в минимальном сечении в пределах 2-5, обеспечивается интенсификация вихревого движения за ряда в конце такта впуска и в начале такта сжатия. Интенсификация вихревого движения заряда достигается за счет дополнительного импульса, сообщаемого основной топливовоздушной смеси рабочим телом, приготовленным вне цилиндра 1, Ввод рабочего тела в цилиндр 1 через дополнительный канал 15 с выходным окном 14 продолжается и после прохождения поршнем 2 нижней 30 мертвой точки до момента, когда выходное окно 14 перекроется верхней кромкой днища поршня 2. Общая продолжительность ввода рабочего тела сосотавляет 70-100 поворота коленчатого вала двигателя, что обеспечивает необходимую длительность действия дополнительного импульса, ускоряющего замедляющееся к этому моменту вихревое движение топливовоэдушной смеси, 40 созданное впускным каналом 10 на такте впуска.При вводе рабочего тела в цилиндр 1 с внутренней стороны выемки 5 в днище поршня 2 по касательной к его 45 образующей в направлении вращения топливовоздушной сЮеси 21 обеспечиваетсяжелательное распределение концентрации топлива в объеме образующейся рабочей смеси в направлении вдоль оси цилиндра 1Сохранение такого расположения рабочего тела в центральной приосеной части цилиндра 1 на такте впуска и до момента воспламенения достигается за счет стабильной формы вращающейся смеси, Для свободного прохода рабочего тела в выемке 5 при нахождении поршня 2 в нижней мертвой точке поверхность выемки 5 продолжена в направлении окна 4 дополнительного впускного канала 15 и располагается в этот момент ниже нижней кромки окна 14. По образованному таким образом направляющему каналу рабочее тело поступает сначала в периферийные у истки выемки 5, чем достигается более эффективное закручивание рабочей смеси, а также охлаждение рабочей поверхности выемки 5 днища 4 поршня 2,так как температура поступающего в цилиндр 1 рабочего тела ниже температуры поверхности днища поршня 2.При последующем движении поршня 2 вверх после прохождения верхней кромкой поршня 2 выходного окна 14 дополнительного впускного канала 15 происходит сжатие рабочей смеси, состоящей из топливовоздушной смеси и рабочего тела, поскольку впускной канал 10 закрыт.К концу такта сжатия вследствие высокой стабильности структуры вихревого движения заряда и симметричной форме выемки 5 в днище 4 поршня 2 рабочее тело, введенное в приосевую зону цилиндра 1, в основном сохраняет свое расположение в нижней части выемки 5 поршня 2; топливовоэдушная смесь оттеснена к свече 12 зажигания,В конце такта сжатия рабочую смесь, расположенную в зоне свечи 12 зажигания, воспламеняют от искрового разряда свечи 12 зажигания, При обогащенном составе смеси у свечи 12 зажигания, обеспеченном оптимальным распределением концентрации топлива по объему камеры сгорания, достигается высокая цикловая стабильность воспламенения в целом более бедных по составу смесей. Развитие начального очага горения и распространение пламени по объему камеры сгорания происходит с высокими скоростями, достигаемыми более высокой интенсивностью движения смеси и стабильными турбулентными характеристиками вращающегося заряда. Это позволяет эффективносжигать более бедные по составу сме 13738си и улучшить этим топливную экономичность двигателя. Сохранение в камере 3 сгорания вытеснителей напротив свечи 12 зажигания, а также эффективное охлаждение днища 4 поршня 2 рабочим телом ограничивает возникновение детонационного сгорания. Бла" годаря этому возможно увеличение степени сжатия и дальнейшее улучшение 1 щ тем самым топливной экономичностидвигателя.В результате сгорания рабочей смеси происходит образование продуктовсгорания, объем которых резко увеличивается, что вызывает изменение направления движения поршня 2 и его движения вниз.Выделенную энергию при расширениипродуктов сгорания преобразуют в механическую работу за счет воздействия продуктов сгорания на поршень 2,который кинематически связан с коленчатым валом двигателя. В конце тактарасширения продукты сгорания черезоткрытый выпускной клапан 9 (фиг.2,4) поступают в выпускной канал11. Затем цикл повторяется вновь.Расположение выходнс го окна 14 .дополнительного впускного канала 15 ЗЩв нижней части стенки цилиндра 1 посуществу над поршнем 2 при положенииего в нижней мертвой точке на расстоянии 0,8-1,1 максимального хода Бпоршня 2 от верхнего торца 13 цилинд- З 5ра 1 обеспечивает наиболее полное использование перепада давлений междуцилиндром и перед обратным клапаном18 для подачи в полость цилиндра 1необходимого количества рабочего те щла в течение 70-100 поворота коленчатого вала двигателя. Такая продолжительность ввода рабочего тела обеспечивает необходимую длительностьдействия дополнительного импульса,ускоряющего движение основной смеси21, а также эффективное охлаждениеднища 4 поршня 2,Расположение дополнительного впускного канала 15, при котором ось 1650его при продолжении в полость цилиндра 1 в плане расположена с внутренней стороны выемки 5 в поршне 2 покасательной к его образующей в направлении вращения потока топливовоздушной смеси 21, обеспечивает наиболее эффективное ускорение вращательного движения смеси, так как диаметр выемки 5 приблизительно соответ 39 8ствует положению максимальной скорости в закрученном потоке смеси, а форма выемки 5 приближается к форме тела вращения. Кроме того, этим достигается оптимальное распределениеконцентрации топлива и объеме камеры 3 сгорания и цилиндра 1, а следовательно, и в объеме образующейся рабочей смеси в направлении вдоль оси цилиндра 1, поскольку более инертное рабочее тело располагается в нижней части выемки 5 и прилегающих к нему зонах, а топливо-воздушная смесь оттесняется в сторону свечи 12 зажигания. Интенсивное движение рабочего тела вблизи поверхности днища 4 поршня 2 способствует эффективному охлаждению его, так как температура рабочего тела ниже температуры днища 4 поршня 2. Это способствует ограничиванию возникновения детонационного сгорания, что позволяет дополнительно повысить степень сжатия и тем самым улучшить топливную экономичностьдвигателя,Продолжение поверхности выемки 5в направлении выходного окна 14 дополнительного впускного канала 15при нахождении поршня 2 в нижнеймертвой точке обеспечивает свободныйпроход рабочего тела в периферийныеучастки выемки 5, чем достигается более эффективное закручивание рабочей смеси, а также охлаждение поверхности днища 4 поршня 2 и оптимальноераспределение концентрации топлива вобъеме рабочей смеси. Для этого поверхность выемки 5 располагают покрайней мере ниже нижней кромки выходного окна 14.Установка в дополнительном впускном канале 15 обратного клапана 18,открываемого в конце такта впуска дляподачи в полость цилиндра 1 рабочеготела, обеспечивает ограничение пос,тупления продуктов сгорания в дополнительный впускной канал 15 в концетакта расширения.Формула изобретения1.Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, размещенный в нем поршень с выемкой, выполненной в его днище, камеру сгорания, образованную днищем поршня и плоскостью головки цилиндра, наклоненной к торцу днища поршня, иснабженную свечой зажигания, размещенной между впускным клапаном сосредством закрутки потока топливовоздушной смеси и выпускным клапаном,отличающийся тем, что, сцелью повышения топливной экономичности на режимах частичных нагрузок иулучшения антидетонационных качествна полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения заряда, онснабжен дополнительным впускным каналом, а в нижней части цилиндра надпоршнем при положении его в нижнеймертвой точке выполнено окно, сообщенное с дополнительным впускным каналом, ось которого при продолженииее в полость цилиндра размещена с внугреней стороны выемки днища поршня по касательной к ее образующей внаправлении закрутки потока топливовоздушной смеси2. Двигатель по п.1, о т л и чю щ и й с я тем, что боковая поверхность выемки при положении поршня внижней мертвой точке, продолженная в О направлении окна дополнительноговпускного канала, пересекает цилиндрпо крайней мере ниже нижней кромки1окна. 15 3Двигатель по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что в дополнительном впускном канале установлен обратный клапан.373839 Фиг, ХСоставитель Л.ПавловичТехред М.Дидык Корректор Н. Король Редактор А.Долинич Заказ 546/26 Тирах 505 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4