Двигатель внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения заключается в следующем: основной объем камеры сгорания простой формы расположен в головке цилиндров 1. а дополнительный объем -- выемка выполнен в днище поршня 9 и представляет собой по форме часть сплющенного эллипсоида. Выемка в днище поршня находится в пределах проекции основной камеры сгорания на днище поршне. 8 ил.

COIO3 СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РГСПУВЛИК (5!)5 F 02 В 23/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯi

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ б 5

1 4 С

4 (Ql

7."Г

12 (21) 4402191/06 (22) 09.03.88 (46) 07.12.92. Бюл. ¹ 45 (75) В.А.Стебенев, Ю.В.Логинов, В.М,Щебетюк и Р.К. Кабиров (56) Заявка Франции 2421276, кл. F 02 В

19/08, опублик. 1983,.

Заявка ФРГ 3110986. кл. F 02 В 23/06, опублик. 1986.

Заявка Японии ¹ 60 †57, кл. F 02 В

2/08, 1985.

„., Ы „„1779758 А1 (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО С,ГОРАНИЯ (57) Сущность изобретения заключается в следующем: основной объем камеры сгорания простой формы расположен в головке цилиндров 1. а дополнительный объем — выемка выполнен в днище поршня 9 и представляет собой по форме часть сплющенного эллипсоида. Выемка в днище поршня находится в пределах проекции основной камеры сгорания на днище поршня.

8 ил.

1779758

Изобретение относится к камере сгорания поршневого двигателя с принудительным воспламенением смеси и предназначено для улучшения экономичности двигателя, снижения токсичности отработанных газов двигателя, уменьшения расходов природных ресурсов топлива и уменьшения загрязнения окружающей среды.

Известны двухобъемные камеры сгорания поршневых двигателей с принудительным воспламенением, имеющие основную камеру сгорания, расположенную в головке цилиндров и дополнительную, расположенную в днище поршня (1 и 2), Недостатком этой камеры сгорания является разрушение осевого вихревого движения потока смеси, образованного на впуске, при сжатии и образование мелкомасштабной турбулентности, ведущей к уменьшению скорости турбулентного сгорания и использования теплоты топлива.

Следствием чего является ухудшение экономичности и повышение выброса токсичных компонентов.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой камере сгорания является выбранная в качестве прототипа двухобъемная камера сгорания, содержащая основную камеру полусферической, клиновидной или иной простой формы, ограниченную со стороны поршня дополнительной камеры сгорания сферической выемкой в днище поршня. Расположенная в днище поршня сферическая выемка в меньшей степени разрушает организованное вихревое движение топливовоздушной смеси на впуске при сжатии (3).

Недостатком известной камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением смеси является следующее.

Свеча в этой камере сгорания должна быть расположена в центре сферы, что не всегда возможно при компоновке двигателя. Сферическая выемка не позволяет организовать устойчивое вихревое движение топливовоздушной смеси вокруг оси параллельной оси цилиндра на всех режимах работы двигателя. На некоторых режимах работы двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением смеси поток вращается в камере сгорания вокруг оси, расположенной под углом к оси цилиндра. В результате уменьшается скорость турбулентного распространения пламени по объему камеры сгорания, что приводит к ухудшению экономичности, детонационных свойств и ухудшению токсичности. Эти ухудшения усугубляются при наличии в ка5

55 мере сгорания вытеснителей из-за худшего сгорания в вытеснителях.

Целью настоящего изобретения является улучшение экономичности двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением смеси путем улучшения рабочего процесса и увеличения степени сжатия при бездетонационном сгорании топливовоздушной смеси с сохранением или снижением уровня выбросов токсичных компонентов, имевшихся при более низких степенях сжатия двигателя, Способствовать экономии топливоэнергетических ресурсов и уменьшению загрязнения окружающей среды.

Указанная цель достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, . головку цилиндра, в которой выполнены впускной и выпускной каналы, камеру сгорания с периферийной зоной переменной ширины, ограниченную выемкой в головке цилиндра, лунками под клапаны и углублением, выполненным в днище поршня, и свечу зажигания, расположенную в камере сгорания над частью периферийной зоны меньшей ширины, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и снижения токсичности отработавших газов, по меньшей мере часть углубления в днище поршня образована в виде части сплющенного эллипсоида вращения, одна из малых осей которого перпендикулярна поверхности днища поршня и охвачена проекцией выемки в головке цилиндра на поверхность днища поршня.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается формой выемки в днище поршня и наличием вытеснителей, которые позволяют на всех режимах работы двигателя о6раэовать организованное вихревое движение смеси вокруг оси, параллельной оси цилиндра за счет истечения потока из щелей вытеснителя и формы выемки, близкой к цилиндрической. Организованный вихрь вращается параллельно поверхности днища поршня и это позволяет сократить время достижения наиболее удаленных точек камеры сгорания турбулентным пламенем.

Это позволяет уменьшить тепловые потери в стенки, улучшить детонационные свойства двигателя. Площадь поверхности выемки в поршне эллипсоида близка к сферической, что также уменьшает потери теплоты в стенки, Следствием всего этого является уменьшение тепловых потерь за счет более .быстрого сгорания смеси и уменьшения несгоревших объемов топливовоздуш ной сме1779758 си в камере сгорания, что улучшает экономичность, уменьшает токсичность и повышает детонационную стойкость двигателя.

Дополнительное улучшение детонационной стойкости связано с резким расшире- 5 нием, образованным выемкой в головке цилиндра и выемкой в поршне — эллипсоидом вращения. Это расширение гасит детонационную волну, возникающую в щели вытеснителя. 10

Лучшие детонационные качества двигателя позволяют дополнительно улучшить экономичность путем повышения степени сжатия, На фиг.1 изображена двухобъемная ка- 15 мера сгорания двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением смеси, состоящая из основного объема в головке цилиндров и дополнительного объема — выемки в днище поршня, представля- 20 ющей собой часть сплющенного эллипсоида вращения.

Ка фиг.2 показана до пол нител ьная камера сгорания — выемка в днище поршня с сопряженными лунками под полный ход 25 клапана при положении поршня в верхней мертвой точке.

На фиг,3 показан сплющенный эллипсоид вращения, по форме которого выполняется выемка в днище поршн., и описывается 30 формулой

2 2 — +-У вЂ” +.—, = 1

2 2 2 где а = b, с — полуоси.

На фиг.4 изображена выемка в днище поршня, часть эллипсоида вращения, расположенная под выпускным клапаном, где лунка под впускной клапан соединяется тангенциальным углублением с выемкой. 40

На фиг.5 изображена выемка в днище поршня, состоящая из сопряженных цилиндрической части и дна, выполненного по поверхности эллипсоида вращения.

На фиг,6 — 8 показаны примеры выполнения вытеснителей, образующих с выемкой в днище поршня дополнительный объем камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением смеси.

Двигатель внутреннего сгорания с принудительным воспламенением смеси с предварительным сжатием топливовоздушной смеси (фиг,1) содержит головку цилиндра 1, где расположены впускной канал 2, основной объем камеры 3 сгорания, седло 4 под клапан 5, направляющая втулка 6 под клапан 5 и свеча 7 в боковой стенке камеры сгорания напротив большего вытеснителя

12. Дополнительный объем 8 камеры сгорания расположен в днище поршня 9 и состоит из выемки 10 — части сплющенного эллипсоида вращения и лунок 11 под клапаны 5, При расположении поршня 9 в верхней мертвой точке вытеснители 12 образованы между поверхностями головки цилиндров 1 и поршня 9, максимально приближенных друг к другу

Поршень 9 расположен в цилиндре 13 двигателя. При расположении выемки 10 (часть эллипсоида вращения) в днище поршня 9 под выпускным клапаном 5 лунка под впускной клапан соединена тангенциальным углублением 14 с выемкой 10 (фиг.4).

Двигатель внутреннего сгорания с принудительным воспламенением и предварительным сжатием смеси, имеющим двухобъемную камеру сгорания, работает следующим образом. Топливовоздушная смесь по впускному каналу в головке цилиндров 1 через клапанную щель, образованную клапаном 5, перемещающемся в направляющей втулке 6, и седлом клапана

4, поступает через основной объем 3 камеры сгорания в цилиндре 13 двигателя при движении поршня 9 к нижней мертвой точке.

Поступающая смесь закручивается в клапанной щели естественным образом и при встрече с днищем и р цня 9, "л.«ительно завихряется llpv .помощи выемк, 3, имеюгцей форму части сплюгче —;.ого эл "ипсоида вращения 10 1фиГ.З) и ооьа:м ..Отосой составляет от 8 до 40;4 от всего объема камеры сгорания, и которая сопрягается с лунками,1 под клапан 5. Для более интенсивного завихрения потока выемка 8, расположенная в пределах проекции основной камеры сгорания на днище поршня, может быть выполнена из цилиндрической части

15, части сплющенного эллипсоида вращения и лунок 11 (фиг.5), либо при расположении выемки под выпускным клапаном (фиг.4) она может соединяться тангенциальным каналом 14 с лункой 11 под впускным клапаном 5. При сжатии происходит частичное разрушение сформированного вихревого потока, которое восстанавливается за счет дополнительной энергии вытесняемой смеси в верхней мертвой точке из вытеснителей 12 с плоскими и параллельными поверхностями(фиг.1), либо с целью снижения выбросов несгоревших углеводородов выполнены с плоскими расходящимися поверхностями в сторону объема камеры сгорания до 6О (фиг.6) при плоском днище о поршня 9. При криволинейной поверхности днища поршня 9 вытеснители 12 выполняются с параллельными криволинейными поверхностями (фиг.7), либо с целью снижения выбросов несгоревших углеводородов с

1779758 криволинейными поверхностями расходящимися до 6 в сторону камеры сгорания (фиг,8). В результате воспламенение смеси осуществляется свечой 7 в организованном вихревом потоке, перемещающемся парал- 5 лельно поверхности днища поршня 9, что обеспечивает увеличение скорости сгорания и сжигание смеси в узких щелях вытеснителей 12 за счет их продувки вихревым потоком. 10

Формула изобретения

1, Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку 15 цилиндра, в которой выполнены впускной и выпускной каналы с наклонно расположенными соответственно впускным и выпускным клапанами, камеру сгорания с периферийной зоной. переменной ширины, 20 ограниченную выемкой в головке цилиндра, лунками под клапаны и углублением, выполненным в днище поршня, свечу зажигания. расположенную в камере сгорания над частью периферийной зоны меньшей ширины, 25 отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности и снижения токсичности отработавших газов,по меньшей мере часть углубления в днище поршня образована частью сплющенного эллипсоида 30 вращения. одна из малых осей которого перпендикулярна поверхности днища поршня и охвачена проекцией выемки в головке цилиндра на поверхность днища поршня, 2. Двигатель поп.1, о тл и ч а ю щ и йс я тем, что углубление. в днище поршня смещено в зону выпускного клапана и соединено тангенциальным каналом с лункой под впускной клапан.

3. Двигатель по пп.1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что большая ось сплющенного эллипсоида вращения расположена ниже поверхности днища поршня из сопряженных частей сплющенного эллипсоида вращения и цилиндра.

4. Двигатель по пп.1-3, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что вытеснительная зона камеры сгорания образована поверхностями головки цилиндров и днища поршня, расходящимися в направлении камеры сгорания.

5. Двигатель по пп.1 — З.о т л и ч а ю щ ий с я тем, что вытеснительная зона камеры сгорания образована параллельными поверхностями головки цилиндра днища flopшня.

6, Двигатель по пп,4 и 5, о т л и ч а юшийся тем. что вытеснительная зона камеры сгорания образована криволинейными поверхностями головки цилиндров, и днища поршня.

1779758

Х !

ФиГ. 3 вовк. цч камеры сгоравия B головке кным клапаном

1779758

1779758

I2

ФИГ. 8

Составитель В.Стобмев

Редактор В.Трубченко Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь

Заказ 4420 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101