Двигатель внутреннего сгорания и способ его работы

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания и, в частности, с продуваемыми форкамерами. Существо двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что между камерой сгорания и форкамерой, которая через вспомогательный впускной клапан соединена с каналом для подвода богатой смеси, расположена полость, в которой установлена свеча зажигания, камера сгорания может быть снабжена вытеснителем, в котором может быть расположена полость, объем которой составляет 0,75-1,5 объема форкамеры, объем которой составляет 0,03-0,05 объема сжатия при суммарной площади проходных сечений сопловых каналов, составляющей 3-4 мм² на 1 см³ объема форкамеры. Способ работы заключается в том, что зону с обогащенной смесью образуют в отдельной полости, в которой обогащенную смесь поджигают в конце сжатия, а форкамерную смесь зажигают продуктами сгорания обогащенной смеси, истекающими в форкамеру через сопловые каналы, при увеличении заряда цилиндра увеличивают продувку форкамеры и поступление в полость богатой смеси, причем к моменту зажигания в полости образуют обогащенную смесь с коэффициентом избытка воздуха α=0,8-1,0, а в форкамере образуют форкамерную смесь с коэффициентом избытка воздуха α= 0,5-0,7. Изобретение обеспечивает улучшение топливной экономичности и снижение вредных веществ в отработавших газах путем улучшения эффективности работы двигателя внутреннего сгорания на бедных смесях. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания с продуваемыми форкамерами.

Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие цилиндр, в котором расположен поршень, подсоединенную к цилиндру головку, в которой изготовлены, по меньшей мере, один впускной патрубок, впускной канал, камера сгорания, сообщенная с впускным патрубком через впускной клапан, и форкамера, соединенная с впускным каналом через вспомогательный впускной клапан и с камерой сгорания, по крайней мере, через один сопловой канал, и свечу зажигания.

Известны способы работы двигателя внутреннего сгорания, характеризующиеся впуском в цилиндр заряда, по меньшей мере, из одного впускного патрубка, продувкой форкамеры богатой смесью, поступающей из впускного канала, образованием зоны с обогащенной смесью в камере сгорания вблизи сопловых каналов форкамеры, сжатием в цилиндре с вытеснением обогащенной смеси через сопловые каналы в форкамеру и получением форкамерной смеси, зажиганием форкамерной смеси, воспламенением продуктами сгорания форкамерной смеси заряда в камере сгорания, сгоранием заряда в цилиндре и выпуском из цилиндра отработавших газов.

В известных двигателях внутреннего сгорания свеча зажигания расположена либо в самой форкамере [1], либо в отдельной камере, расположенной после форкамеры относительно камеры сгорания [2], либо в сопловом канале форкамеры [3].

В известном варианте [1] сложно установить вспомогательный впускной клапан и свечу зажигания в форкамере на двигателях с относительно малым рабочим объемом, что приводит к необходимости увеличения объема форкамеры и соответственно расхода богатой смеси при ее продувке. Повышенные расходы богатой смеси приводят к нецелесообразному обогащению смеси, на которой работает двигатель.

Эти недостатки могут быть устранены при использовании двигателей с расположением свечи зажигания в соответствии с вариантами [2] и [3].

Во всех этих известных конструкциях двигателей внутреннего сгорания богатая смесь, подаваемая в форкамеру и частично поступающая непосредственно в цилиндр во время впуска, смешивается с бедной смесью и формируется обогащенная смесь, которая при сжатии поступит обратно в форкамеру. Состав обогащенной смеси, во многом определяющий эффективность процесса горения, как в форкамере, так и в цилиндре, зависит, главным образом, от величины продувки форкамер и турбулизации бедной смеси в цилиндре. Для улучшения эффективности сгорания с малым содержанием вредных веществ в отработавших газах состав обогащенной смеси должен быть максимально богатым при минимальных продувках форкамеры и высокой турбулизации бедной смеси в цилиндре, что сложно получить в известных двигателях внутреннего сгорания.

Задачей изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания с относительно малыми объемами форкамер, в котором при впуске были бы созданы условия для формирования возле сопловых каналов устойчивой зоны с обогащенной смесью при минимальных продувках форкамеры и независимо от турбулизации бедной смеси при впуске и сжатии.

В соответствии с поставленной задачей целью изобретения является улучшение топливной экономичности и снижение вредных веществ в отработавших газах путем улучшения эффективности работы двигателя внутреннего сгорания на бедных смесях.

Для этого в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, в котором расположен поршень, подсоединенную к цилиндру головку, в которой изготовлены, по меньшей мере, один впускной патрубок, впускной канал, камера сгорания, сообщенная с впускным патрубком через впускной клапан, и форкамера, соединенная с впускным каналом через вспомогательный впускной клапан и с камерой сгорания, по крайней мере, через один сопловой канал, и свечу зажигания, причем каждый сопловой канал соединен с камерой сгорания через полость, в которой установлена свеча зажигания; камера сгорания может быть снабжена вытеснителем, в котором может быть расположена полость, объем которой составляет 0,75-1,5 объема форкамеры, объем которой составляет 0,03-0,05 объема сжатия при суммарной площади проходных сечений сопловых каналов, составляющей 3-4 мм² на 1 см³ объема форкамеры.

Для осуществления способа работы двигателя внутреннего сгорания, характеризующегося впуском в цилиндр заряда, по меньшей мере, из одного впускного патрубка, продувкой форкамеры богатой смесью, поступающей из впускного канала, образованием зоны с обогащенной смесью в камере сгорания вблизи сопловых каналов форкамеры, сжатием в цилиндре с вытеснением обогащенной смеси через сопловые каналы в форкамеру и получением форкамерной смеси, зажиганием форкамерной смеси, воспламенением заряда в камере сгорания продуктами сгорания форкамерной смеси, сгоранием заряда в цилиндре и выпуском из цилиндра отработавших газов, зону с обогащенной смесью образуют в полости, в которой обогащенную смесь поджигают, а форкамерную смесь зажигают продуктами сгорания обогащенной смеси, истекающими в форкамеру через сопловые каналы; при увеличении заряда цилиндра увеличивают продувку форкамеры и поступление в полость богатой смеси; причем к моменту зажигания в полости образуют обогащенную смесь с коэффициентом избытка воздуха α=0,8-1,0, а в форкамере образуют форкамерную смесь с коэффициентом избытка воздуха α= 0,5-0,7.

Такое выполнение двигателя внутреннего сгорания и осуществление его работы позволит эффективно сжигать более бедные смеси при снижении содержания вредных веществ в отработавших газах по сравнению с известными техническими решениями.

Пример осуществления изобретения поясняется на чертежах.

На фиг.1 показан продольный разрез двигателя внутреннего сгорания с двумя впускными клапанами и двумя сопловыми каналами в форкамере; на фиг.2 - вид по А-А на фиг.1.

Как показано на фиг.1 и 2, двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, в котором расположен поршень 2, совершающий возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра 1. К цилиндру 1 подсоединена головка 3, в которой изготовлены два впускных патрубка 4, форкамера 5, соединенная с впускным каналом 6 через вспомогательный впускной клапан 7, и камера сгорания 8, образованная в головке 3 вытеснителем 9 и поршнем 2 при его положении в верхней мертвой точке. Камера сгорания 8 сообщена с впускными патрубками 4 через впускные клапаны 9 и с выпускным патрубком (не показан) через выпускной клапан 10. В вытеснителе 11 расположена полость 12 со свечой зажигания 13, соединенная с камерой сгорания 8 и через сопловые каналы 14 с форкамерой 5. Полость 12 может быть общей для двух сопловых каналов 14, а может быть соединена с форкамерой 5 одним сопловым каналом 14. Целесообразно, чтобы объем полости 14 составлял 0,75-1,5 объема форкамеры 5, который, в свою очередь, должен составлять 0,03-0,05 объема сжатия, включающего объем камеры сгорания 8, объем полости 12 и объем форкамеры 5 с сопловыми каналами 14. Причем для улучшения эффективности процесса сгорания суммарная площадь проходных сечений сопловых каналов 14 должна составлять 3-4 мм² на 1 см³ объема форкамеры 5.

При работе двигателя внутреннего сгорания впуск заряда в цилиндр 1 осуществляется из одного или нескольких впускных патрубков 4 через открытые впускные клапаны 9. В это время из впускного канала 6 через открытый вспомогательный впускной клапан 7 в форкамеру 5 поступает богатая смесь, осуществляя продувку форкамеры 5 и заполняя полость 12 через сопловые каналы 14.

При сжатии бедная смесь из цилиндра 1 будет поступать в полость 12, смешиваясь в ней с богатой смесью и вытесняя последнюю в форкамеру 5. Таким образом, к концу сжатия и к моменту зажигания камера сгорания 8 будет заполнена бедной смесью, в полости 12 возле свечи зажигания 13 должна быть образована легко воспламеняемая обогащенная смесь с коэффициентом избытка воздуха α= 0,8-1,0, а в форкамере сформирована форкамерная смесь с коэффициентом избытка воздуха α=0,5-0,7.

Свечей зажигания 13 происходит поджигание обогащенной смеси в полости 12 и продукты сгорания обогащенной смеси, истекающие через сопловые каналы 14, зажигают в форкамере 5 форкамерную смесь. От сгорания форкамерной смеси увеличивается давление в форкамере 5, и факелы продуктов сгорания форкамерной смеси, истекающие через сопловые каналы 14 и полость 12, воспламеняют бедную смесь, находящуюся в камере сгорания 8. После сгорания заряда отработавшие газы выпускают из цилиндра 1 через открытый выпускной клапан 10.

Для осуществления эффективной работы двигателя внутреннего сгорания на различных режимах целесообразно при увеличении заряда цилиндра 1 увеличивать продувку форкамеры 5 и поступление в полость 12 богатой смеси.

Таким образом, выполнение двигателя внутреннего сгорания и осуществление способа его работы позволяют ускорить процесс сгорания, увеличив его эффективность, и снизить содержание вредных веществ в отработавших газах.

Источники информации 1. Патент США 4491104, кл. 123-291, 1985.

2. Патент СССР 609483, кл. F 02 B 19/10, 1978.

3. Патент СССР 1438621, кл. F 02 B 19/10, 1988.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, в котором расположен поршень, подсоединенную к цилиндру головку, в которой изготовлены, по меньшей мере, один впускной патрубок, впускной канал, камера сгорания, сообщенная с впускным патрубком через впускной клапан, и форкамера, соединенная с впускным каналом через вспомогательный впускной клапан и с камерой сгорания, по крайней мере, через один сопловой канал и свечу зажигания, отличающийся тем, что каждый сопловой канал соединен с камерой сгорания через полость, в которую установлена свеча зажигания.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что камера сгорания снабжена вытеснителем, в котором размещена полость.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что объем полости составляет 0,75-1,5 объема форкамеры.

4. Двигатель по пп. 1-3, отличающийся тем, что объем форкамеры составляет 0,03-0,05 объема сжатия.

5. Двигатель по пп. 1-4, отличающийся тем, что суммарная площадь проходных сечений сопловых каналов составляет 3-4 мм² на 1 см³ объема форкамеры.

6. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, характеризующийся впуском в цилиндр заряда, по меньшей мере, из одного впускного патрубка, продувкой форкамеры богатой смесью, поступающей из впускного канала, образованием зоны с обогащенной смесью в камере сгорания вблизи сопловых каналов форкамеры, сжатием в цилиндре с вытеснением обогащенной смеси через сопловые каналы в форкамеру и получением форкамерной смеси, зажиганием форкамерной смеси, воспламенением продуктами сгорания форкамерной смеси заряда в камере сгорания, сгоранием заряда в цилиндре и выпуском из цилиндра отработавших газов, отличающийся тем, что зону с обогащенной смесью образуют в отдельной полости, в которой обогащенную смесь поджигают, а форкамерную смесь зажигают продуктами сгорания обогащенной смеси, истекающими в форкамеру через сопловые каналы.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при увеличении заряда цилиндра увеличивают продувку форкамеры и поступление в полость богатой смеси.

8. Способ по пп. 6 и 7, отличающийся тем, что к моменту зажигания в полости образуют обогащенную смесь с коэффициентом избытка воздуха α= 0,8-1,0, а в форкамере образуют форкамерную смесь с коэффициентом избытка воздуха α= 0,5-0,7.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2