Двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: в двигателестроении, а именно к устройствам камеры сгорания четырехтактного поршневого бензинового двигателя. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания содержит по крайней мере один цилиндр с поршнем, головку цилиндра с установленными в ней впускным и выпускным клапаном и камеру сгорания, выполненную из двух сообщающихся объемов, в нем объем камеры сгорания под впускным клапаном выполнен в в форме улитки, объем камеры сгорания под выпускным клапаном - в форме полусферы, оба объема расположены на линии, параллельной оси двигателя и смещенной относительно оси клапанов на расстоянии 0,05...0,1 диаметра цилиндра, объемы связаны между собой каналом, образованным дефлектором и вытеснителем, выполненными по клиновой форме и создающими в объеме камеры сгорания под выпускным клапаном вихревой карман, а тарелка выпускного клапана выполнена в виде полусферы с радиусом, равным 40...50 диаметрам тарелки. 5 ил.

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания, а именно к устройствам камеры сгорания 4-тактного поршневого бензинового двигателя, преимущественно автомобильного.

Известен двигатель внутреннего сгорания [1] содержащий цилиндр с поршнем, головку цилиндра с установленным в ней впускным и выпускным клапанами и камеру сгорания, выполненную в виде выемок в головке цилиндра и днища поршня, соединенных тангенциально направленными каналами.

В качестве наиболее близкого технического решения, принятого за прототип, принят двигатель внутреннего сгорания [2] который содержит по крайней мере один цилиндр с поршнем, головку цилиндра с установленными в ней впускным и выпускным клапанами и камеру сгорания, выполненную из двух сообщающихся объемов.

Предлагаемая конструкция двигателя внутреннего сгорания по сравнению с известными аналогичными позволяет существенно повысить удельную мощность и уменьшить удельный расход топлива.

Данный эффект достигается за счет того, что объем камеры сгорания под выпускным клапаном выполнен в форме полусферы, объем камеры сгорания под впускным клапаном в форме улитки, оба объема расположены на линии, параллельной оси двигателя, смещенной относительно оси клапанов на расстояние, равное 0,05.0,1 диаметра цилиндра, объемы связаны между собой каналом, образованным дефлектором и вытеснителем, выполненными в поликлиновой форме и создающими в объеме камеры сгорания под выпускным клапаном вихревой карман, а тарелка выпускного клапана выполнена в виде полусферы с радиусом, равным 40. 50 диаметрам тарелки.

Конструкция двигателя поясняется чертежами, где фиг. 1 вид двигателя в плане; фиг. 2 продольной разрез по А-А; фиг. 3 поперечный разрез по Б-Б выпускного клапана со своим объемом камеры сгорания, фиг.4 поперечный разрез по В-В впускного клапана со своим объемом камеры сгорания; фиг.5 график зависимости P=f(V).

Двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра 1, поршня 2, головки цилиндра 3, в теле которой параллельно оси двигателя 4 выполнены два объема камеры сгорания: один в форме полусферы 5, другой в форме улитки 6. Оба объема соединены между собой каналом 7, образованным дефлектором 8 и вытеснителем 9. К объемам камеры сгорания подведены сверху, размещенные в той же головке цилиндра, выпускной канал 10 к объему 5 и впускной канал 11 к объему 6, причем вводы этих каналов в объемы камеры сгорания размещены параллельно оси двигателя и смещены относительно нее на расстоянии d, равное 0,05.0,1 диаметра цилиндра, и перекрываются клапанами: соответственно выпускным 12 и впускным 13, при этом тарелка 14 выпускного клапана 12 выполнена в виде полусферы с радиусом, равным 40.50 диаметрам тарелки. Свеча зажигания 15 размещена в вертикальной стенке объема 5 камеры сгорания, а дефлектор 8 и вытеснитель 9, образующие соединительный канал 7, формируют также в объеме 5 вихревой карман 15.

Наполнение камеры сгорания в процессе такта впуска (впускной клапан 13 открыт) производится через впускной канал 11. В процессе наполнения цилиндра топливовоздушная смесь, протекая через впускной клапан 13 в объем 6 за счет его улиточной формы и смещения впускного клапана относительно оси объема 6, создают разницу противодавлений, в результате чего смесь получает вращательное движение.

Благодаря вращательному движению смеси происходит турбулизация потока смеси и за счет центробежных сил происходит перемещение крупных капель топлива к периферии надпоршневого пространства цилиндра. В турбулентном потоке соударение капель топлива значительно возрастает, а крупные капли, получившие за счет действия центробежных сил дополнительный импульс, соприкасаясь с наиболее горячей верхней частью цилиндра двигателя, переходят в пленочное состояние и интенсивно испаряются.

По окончании такта впуска и закрытии впускного клапана поршень 2 перемещается к верней мертвой точке (ВМТ), производит сжатие предварительно приготовленной смеси и передавливание смеси во второй объем 5 камеры сгорания. В процессе передавливания в объеме 5 камеры сгорания возникают вихревые потоки смеси из-за срывных явлений на остриях кромок объема и за счет перепада температур при обтекании смесью тарелки выпускного клапана 14, имеющей повышенную температуру, приобретенную в процессе такта выхлопа и поэтому, с целью улучшения теплоотдачи, выполненной, как уже указывалось, в форме полусферы.

При приближении поршня 2 к ВМТ в объеме 5 камеры сгорания сосредотачивается около 60.65% смеси, имеющей практически идеальное состояние /коэффициент избытка воздуха 1.1,15/, причем в конце такта сжатия в кармане 15 объема 5 камеры сгорания образуется поток высокотурбулентной смеси.

Свеча зажигания 14 выдает импульс инициирующий горение в момент, определяемый в зависимости от рабочего объема двигателя, ходности, оборотности и для данной конфигурации камеры сгорания на оборотах холостого хода /начальный угол/ составляет 2.4^o до прихода поршня в ВМТ.

После инициации горения, примерно на протяжении 2.3>198> поворота коленвала, протекает процесс скрытого горения /окисления/ после чего на протяжении последующих 4. 7^o поворота коленвала происходит лавинообразное распространение фронта пламени по всему объему камеры сгорания за счет вихревого движения смеси и качества ее приготовления.

Распространение фронта пламени происходит со скоростью до 200 м/сек, что обеспечивает полное сгорание заряда за 4.7^o поворота коленвала и, как следствие, быстрое нарастание давления в камере сгорания дол максимума.

Эффективность предлагаемой конструкции двигателя внутреннего сгорания наглядна видна из графика фиг. 5, на котором выделены области приращения полезной работы в процессе рабочего цикла двигателя.

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, который содержит по крайней мере один цилиндр с поршнем, головку цилиндра с установленными в ней впускным и выпускным клапанами и камеру сгорания, выполненную из двух сообщающихся объемов, отличающийся тем, что объем камеры сгорания под впускным клапаном выполнен в форме улитки, объем камеры сгорания под выпускным клапаном в форме полусферы, оба объема расположены на линии, параллельной оси двигателя и смещенной относительно оси клапанов на расстояние, 0,05 0,1 диаметра цилиндра, объемы связаны между собой каналом, образованным дефлектором и вытеснителем, выполненными по поликлиновой форме и создающими в объеме камеры сгорания под выпускным клапаном вихревой карман, а тарелка выпускного клапана выполнена в виде полусферы с радиусом, равным 40 50 диаметрам тарелки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5