Двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием

с,СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 1 (11 2 Р 1 42 Р 02 В 23 0 НИ РЕТ ВТО ЕТЕЛЬС ней рканала;радиус совыпуклойсечения;радиус выпуклопересечения.игатель по нп.ющийся теот плоской павеомок овальной соответствии с с(О,1-О,4) Ь,пряжения В( счастью линии переасти лини 3.личстояники доиены в и 2, о тчто расхностй голоа-. енки выпол- отношением де Ь- рас верГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Центральный ордена ТрудовогоКрасного Знамени научно-исследова-.тельский автомобильный и автомоторныйинститут, Автомобильный заводим. И.А. Лихачева и Заволжский моторный завод(54)(57) 1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГОСГОРАНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ,содержащий камеру сгорания, размещенную между днищем поршня, установленного в цилиндре, и головкой цилиндра, имеющей обращенную к поршнюплоскую поверхность с выемкой, вовальной верхней стенке которой установлены выпускной клапан и располо"женный,параллельно ему впускной кла" .пан, сообщающий камеру сгорания свпускным каналом, ось которого смещена в плане относительно оси впускного клапана, а линия пересеченияповерхностей боковой стенки выемкии обращенной к поршню плоской поверхности головки содержит в планеучасток в виде дуги окружности, обращенной выпуклой частью в сторонуот впускного канала, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения расхода топлива путем повышения скорости и полноты сгорания топливной смеси,.выпуклая часть линии пересечения расположена в плане по контуру цилиндра и плавно сопряжена с внешней по отношению к оси цилинд ра поверхностью канала при помощи радиусной кривой, а верхняя стенка выемки в поперечном сечении выполне на с наклоном в сторону впускного канала,2. Двигатель по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что радиусная кривая выполнена-при помощи трех ра диусов В, Е, К, центры которых расположены на оси впускного клапана а величины выполнены в соответствии с соотношением й /й= 0,5-0,7 и Ве/Вз = 04-Офбгде В 1 - ради ус, примыкающий к внеш пове хности впускного стояние от плоской похности головки до кром- . ки овальной стенки со стороны впускного канала; расстояние от плоской поверхности головки до кромки овальной стенки со стороны, противолежащей впускному каналу.Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигате.лестроения, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.известен двигатель внутреннего 5сгорания с принудительным зажиганием,содержащий камеру сгорания междуднищем подвижного поршня, установленного в цилиндре, и головкой цилиндра, имеющей обращенную к поршнюплоскую поверхность с выемкой, вовальной верхней стенке которой установлены выпускной клапан и параллельный ему впускной клапан, сообщающий с камерой сгорания, в которой установлена свеча зажигания,впускной канал.Применение такой камеры сгоранияпозволяет увеличить часть заряда,расположенную у свечи зажигания, иповысить несколько его турбулентность за счет вытеснения части заряда из щелевого объема, заключенного между плоскими поверхностями головки цилиндра и днища поршня с противоположной от свечи зажигания стороны камеры сгорания 13 .Недостатком известной конструкцииявляется ограниченное по временидействие ймйуьса движения смеси отищтрннения заряда из щеленогГ обзема, проявляющеесяпри положениипоршня вблизи верхней мертвой точки,когда выделяется не более 20-30тепла, введенного с топливом. Из-заэтно горения на начальной и конеч"йой стадиях процесса, в течение. которых выделяется большая частьтепла, введенного с топливом, происшйееааачто ухудшает использование тепла 40в цикле и сйособстевует возникновению/детоиационного огорания, ограничи-,вающегоприменения повышеннйх степеней сжатия.Известен ткж двигтль внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, содержащий камеру сгораниямежду днищем подвижного поршня, установленного в цилиндре, и головкойцилиндра, имеющей обращенную к поршню плоскую поверхность с выемкой,в овальной верхней стенке которойустановлены выпускной клапан и параллельный ему впускной клапан,сообщающий с,камерой сгорания впускной канал, ось которого смещена вплане относительно оси впускного канала, причем в камере сгорания установлена свеча зажигания, а кривая,ограничивающая выемку и образованнаяна пересечении боковой стенки выемки 60и обращенной к поршню плоской поверхности головни, включает в себяучасток, описанный дугой окружности,обращенный выпуклостью в противоположную сторону от впускного канала. у Этот участок, ограничивающий выемку камеры сгорания в головке, расположен внутри контура, описанного диаметром цилиндра.В этой конструкции двигателя предусмотрено усиление интенсивности турбулентности и одновременно расширение ее действия по времени на весь период выделения тепла путем создания на такте впуска осевого вращения заряда. Для этого ось впускного канала смещена относительно оси канала. 27.Недостатком этой конструкции является то, что кривая, ограничивающая выемку, образованная на пересечении боковой стенки выемки и обращенной к поршню плоской поверхности головки и включающая в себя участок описанный дугой окружности, обращенной выпуклостью в противоположную сторону от впускногощканала, расположена внутри контура, описанного диаметром цилиндра.При таком положении этого участка боковой стенки выемки камеры сгорания поток смеси, вытекающий из клапанной щели, сталкивается с прилегаю.щей к клапану упомянутой стенкой.Вследствие этого часть кинетическойэнергии потока смеси теряется на начальной стадии такта впускаДругим недостатком этой конструкции является то, что боковые стенкивыжимки камеры сгорания в головке,расположенные напротив впускного канала и на его стороне, имеют одина. ковые расстояния от плоской поверхности головки до края овальной верхней стенки. При достаточной глубиневыемки ее боковая стенка, расположенная со стороны впускного канала и находящаяся на пути движения потока смеси, препятствует Формированию осевого вращения заряда. В результате этого часть, кинетической энергии смеси теряется на начальной стации такта впуска и в период такта сжатият.е. до начала сгорания сохраняетсянедостаточная часть этой энергии.В результате этого продолжительность периода сгорания сохраняется достаточно большой, а антидетонационные качества двигателя являются неудовлетворительными.Целью,изобретения является снижение расхода топлива путем повышения скорости и полноты сгорания топливной смесиПоставленная цель достигается за счет того, что в двигателе внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, содержащем камеру сгора. ниф размещенную между днищемпоршня 3, установленного в цилиндре и головкой цилиндра, имеющей обрахщ ную к поршнюплоскую поверхность выемкой в овальной верхней стенке Ф1 0717 95 которой установлены выпускной клапаНМи расположенный параллельно ему впускной клапансообщающий камеру сгорания с впускным каналойось ф которого смещена в плане относительно оси впускного клапана а линия(9 пересечения пдверхностей боковой стенки выемк 4 и обращенной к поршню плоской поверхности головки содержит в плане участок в виде дуни окружности, обращенной выпуклой 10 частью в сторону от впускного канала, выпуклая часть линии пересечения расположена вплане по контуру цилиндра и плавно сопряжена с внешней по отношении к оси цилиндра 15 поверхностью канала при помощи ра- диусной,кривой,а верхняя стенка выемки в поперечном сечении выполнена с наклоном в сторону впускного канала. 20Кроме этого, радиусная кривая выполнена при помощи трех радиусов В, В 1, В, центры которых расположены на оси впускного клапана, а величины выполнены в соответствии с соотношением 40 Ь = (О, 1-0.,4) Ь,где Ь - расстояние от плОской поверхности головки до кромки овальной стенки .со стороны впускного канала;и - расстояние от плЬской по 2верхности головки до кромкиовальной стенки со стороны,противолежащей впускномуканалу.Боковая стенйа 19, расположеннаясо стороны впускного канала 12, находится внутри контура 18 цилиндраи отстоит от его оси на расстоянии/В 1=0 у 5 0 7 у Вд/В =Оу 4 Оу 6 где В - радиус, примыкающий к внеш-,ней поверхности впускного .канала; . 30Вй - радиус сопряжения Р с выпуклой частью линии пересечения;В - радиус выпуклой части линиипересечения.35При этом расстояния от плосксй поверхности головки до кромок овальной стенки выполнены,в соответствии с соотношением Ь =(0,1 - 0,4) Ьугде Ь - расстояние от плоской поверхности головки до кромкиовальной стенки со сторонывпускного канала; 45Ь - расстояние от плоской по,"верхности головки до кромкиовальной стенки со стороны,противолежащей впускномуканалу.На фиг.1 показан вид со стороныпоршня на часть головки цилиндра свыемкой камеры сгорания; на фиг.2 -сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг4 в сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 " вид со стороны поршня на часть голов . ки цилиндров с вариантомвыемки камеры сгорания, выполненной в литье; на фиг.б - сечение Г-Г .на фиг,5; на фиг.7 - сечение Д-Д на 60 фиг.5; на фиг.8 - сечение Е-Е на фиг.5; на фиг.9 - вариант камеры сгорания с частью ее объема, размещенного в поршне на фиг. 10 - ва риант камеры сгорания с частью ее 65 объема, размещенного в цилиндре при наклоне днища поршня.Двигатель содержит камеру 1 сгораная мевду днныем 2 Пйдянкного поршня 3, установленного в цилиндре 4, и головкой цилиндра 5. Головка цилиндра имеет обращенные к поршню 3 плоские поверхности 6 и 7 с ныемкой 8;" й овальная верхней стенке 9,выемкя й установлены выпускной клапан 10 д параллельный ему впускной клапан 11, сообщающий с камерой 1 сгорания впускной канал 12. Ось канала 12 смещена в п относнтельно Оол-апусклсХД.Лдал;ла. й камере сгорания установлена свеча 13 зажигания Линия 14 пересечения, ограничивающая выемку 8 и образованная на пересечении боковой стенки 15 выемки и плоской поверхности 6, включает в себя в.плане участок 16,описанный дугой окружностн, обрюяенной выпуклостью в протнволелаюую сторону от впускного канала. Выпуклая часть линии пересечения расположена в плане по конгуру цилиндра 17 и плавно сопряжена с внешней по отношению к оси цилиндра поверхностью 18 канала 12 при помощи радиусной кривой, а верхняя стенка 9 выемки наклонена в сторону впускного канала. При этом радиус. ная кривая выполнена при помощи трех радиусов Вду Ву Ву центры которых расположены на оси впускного клапана 11 и связаны между собой соотношениями В/В 2=0,5-0,7; В/В=0,4-0 у 6, где В - радиус, примыкающий к внешней поверхности впускного канала;В 2 - радиус сопряжения %й свыпуклой частью линии пере" сечения;Вэ - радиус выпуклой части линиипересечения.Верхняя стенка 9 выемки наклонена ,в сторону впускного канала, при этом расстояние .от плоской поверхностй 7 головки до кромок овальной стенки выполнены в соответствии с соотношением0,4"0,6 радиуса цилиндра, Площадь поперечного сечений 20 впускного канала 12 у начала сопряжения его боковой поверхности 18 с участком 16 линии 4 составляет 0,5-0,8 от площади сечения впускного клапана 11. В днище 2 поршня 3 может быть выполнена выемка 21, а часть 22 днища поршня наклонена противоположно наклону верхней стенки 9 выем ки.Боковая стенка 15 между линией14, Ограничивающая выемку 8 и образованная на пересечении этой стенки и плоской поверхности б головки цилиндра и овальной верхней стенкой 9, может быть механически обработанной или выполненной в литье, На фиг.1 и 3 показан вариант выемки в головке с механической обработкой стенки, которая образована конической поверхностью. На Фиг. 5 - 8 изображен вариант выемки в головке, выполненной в литье. Боковая стенка 15 в этом случае образована криволинейной поверхностью с уклоном к контуру цилиндра 17.Двигатель работает следующим образом.На такте впуска под действием разрежения, создаваемого движением поршня 3 от верхней к нижней мертной точке, через открытый впускной клапан в камеру 1 сгорания и цилиндр 4 поступает топливовоздушная смесь.Впускной канал 12, ось которого смещена в плане относительно оси впускного клапана 11, сообщает потоку бензовоздушной смеси закрутку ,вокруг оси клапана, Благодаря этому, на выходе потока смеси из клапанной щели в камеру 1 сгорания и далее в цилиндр 4 создается неравномерное поле скоростей с результирующей, направляющей основной поток смесивдоль боковой стенки 15 по направлению к свече 13 зажигания. Плавное сопряжение проекции на плоскую поверхность б голонки цилиндра 5 внешней по отношению к оси цилиндра поверхностью 18 впускного канала 12 с участком 16 линии 14, описанным дугой окружности, обращенной выпуклостью в противоположную сторону от впускного канала 12 и расположенным у контура 17 цилиндра, обеспечивает с наименьшнми потерями кинетической энергии трансформацию движения бензовоздушной смеси из нращательного вокруг оси Клапана 11 во вращательное движение вокруг оси цилиндра 4. При соотношениях радиусов К/К0,5-0,7 и К/К = 0,4-0,6, определяющих степень кривизны сопряжения линии 14 с участком 16, достигается наивыгоднейший контакт, вытекающий из клапанной щели струи с боковой45 50 60 движения потока смеси. Благодаря этому, горение в начальной стадии происходит эффективно, с высокими скоростями при большой цикловой стабильности.Этому способствует также циклон верхней стенки 9 выемки 8 относительно плоской поверхности 7 головки цилиндров, при котором большая часть объема заряда размещается у свечи зажигания, что позволяет инициировать искровым зарядом в свече зажигания большую часть объема смеси.В результате этого обеспечивается более эффективное воспламенение бедных составов смеси, что позволяетрасширить пределы эффективного обеднения и тем самым снизить расход топлива,К концу такта сжатия энергия движения заряда резко усиливается за счет нытеснения части заряда из щелевого объема, заключенного между стенкой 15 и безотрыночное течениепотока вдоль этой стенки.Прн выбранном расстоянии от плоской поверхности 7 головки до кромки5верхней стенки 9 со стороны.впускного канала (п 1), равным 0,1-0,4 расстояния (Ь ) от плоской поверхностиб головки до кромки верхней стенки9, противолежащей впускному каналу,которое достигается наклоном верхней10 стенки 9 выемки 8 относительно поверхности 7 головки цилиндра, ограничивается потеря энергии потока смеси от контакта с боковой стенкой 19выемки со стороны впускного канала,15 находящейся на,траектории его движения. В результате этого к середине.такта впуска в цилиндре двигателяФормируется устойчивое осевое вращение заряда вокруг оси цилиндра, близкое по форме вращению твердого тела.При соотношении площади поперечногосечения 20 впускного канала у начала сопряжения его боковой поверхности18 с участком 16 линии 14, составляющей 0,5-9,8 от площади сечениявпускного клапана 11, достигаетсянеобходимая скорость втекания потокабензоноздушной смеси через клапанйующель на .такте впуска. На такте сжа 30тия часть энергии этого потока теряется вследствие трения о стенкицилиндра и турбулентного обменаОднако, благодаря обеспечению необходимой скорости втекания потока иминимальных потерь на начальном пе 35 риоде впуска, необходимая энергияосевого вращения заряда сохраняетсядо начала воспламенения смеси свечойзажигания,развитие начального очага горения4 О после подачи искры происходит в условиях направленного движения зарядас ограниченными цикловыми колебаниямивеличины скорости и направленияплоскими поверхностями 7 головки цилиндра и днищем поршня со стороны боковой стенки 19 в головке. Вследствие этого горение на последующей и заключительной стадиях происходит с высокими скоростями, что ограничи" вает воэможности возникновения детонационного сгорания и позволяет применить в двигателе более высокие сте. пени сжатия и тем дополнительно снизить расход топлива. Расположение 10 боковой стенки 19 выемки со стороны. впускного канала на расстоянии 0,4-, 0,7 радиуса цилиндра от его оси обеспечивает наиболее целесообразное соотношение объема, заключенного между 15 плоскими поверхностями головки ци" линдра и днищем поршняи основным объемом каМеры сгорания.При таком соотношении объемов достигаются высокие радиальные скорости вытеснения 2 О потока.В конце рабочего хода открывается выпускной клапан 10, и отработавшие газы удаляются из цйлиндра.Вариантом камеры сгорания являет-.25 ся перенесение части ее объема в днище поршня или в цилиндр при наклоне днища поршня противоположно накло ну верхней стенки выемки в головке. При таких Камерах сгораниядостигается более рациональное размещение объема камеры сгорания относительно свечи зажигания.Таким образом, плавное сопряжение внешнзй по отношению к оси цилиндра поверхности впускного канала с 35 участком линии, ограничивающей выемку головки, описанным дугой окружности, обращенной выпуклостью в про тиволежащую сторону.от впускного канала, а также наклон верхней стенки выемки в сторону впускного канала и расположение упомянутого участка линии по контуру стенки цилиндра обеспечивает трансформацию вращательного движения бензовоздушной смеси вокруг оси впускного клапана во вращательное движение заряда вокруг оси цилиндра с наименьшими потерями кинетической энергии потока,.вытекающего из клапан ной щели.Расстояние от плоской поверхности головки до кромки овальной верхней стенки выемки со стороны впускного канала, .составляющее 0,1-0,4 рас" стояния от плоской поверхности голов" ки до кромки овальной верхней стенки выемки, противолежащей впускному. каналу, позволяет ограничить контакт потока смеси с боковой стенкой выем-. ки со стороны впускного канала и исключить этим потери ее кинетической энергии. В результате этого большая часть энергии заряда. сохраняется до момента воспламенения смеси искрой свечи зажигания. Благодаря этому повышается скорость и полнота сгорания, что улучшает антидетонационные качества и дает возможность эффективно использовать более бедные составы смеси, что улучшает. экономичность двигателя. Выполнениев днище поршня выемки или наклона днища поршня противопо" ложно наклону верхней стенки выемки в головке цилиндра позволяет более рационально разместитьобъем камеры сгорания относительно свечи зажигания. Это дополнительно повышает скорость сгорания заряда.1071795 Составитель В. Лоактор В. Иванова Техред М.Тепер н орректор В. Гирняк Заказ 100/ илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная 28 ТираВНИИПИ Госпо делам .113035, Москва 524 гарствзоб.реЖнног ений Рауш Подписнокомитета СССРоткрытийая наб., д. 4/