Двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием

 

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ, содержащий камеру сгорания, размещенную между днищем поршня, установленного в цилиндре, и головкой цилиндра , имеющей обращенную к поршню плоскую поверхность с выемкой, в овальной верхней стенке которой установлены выпускной клапан и расположенный «параллельно ему впускной клапан , сообщающий камеру сгорания с впускным каналом, ось которого смещена в плане относительно оси впускного клапана, а линия пересечения поверхностей боковой стенки выемки и обргиденной к поршню плоской поверхности головки содержит в плане участок в виде дуги окружности, обращенной -выпуклой частью в сторону от впускного канала, о т л и ч а ющ и и 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 уонтуру цилиндра и плавно сопряжена с внешней по отношению к оси цилиндра поверхностью канала при помощи радиусной кривой, а верхняя стенка выемки в поперечном сечении выполнена с наклоном в сторону впускного канала. 2.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, чторадиусная кривая выполненапри помощи трех радиусов RI, RZ, центры которых расположены на оси впуокного клапана а величины выполнены в соответствии с соотношением 0,5-0,7 и R,/R5 0,4-0,6, где Rj| - радиус, примыкающий к внешней поверхности впускного канала; RJ - радиус сопряжения Rj с выпуклой частью линии пересечения; R- - радиус выпуклой части линии . пересечения. 3.Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что расстояния от плоской поверхности головки до кромок овальной стенки выполнены в соответствии с соотношением h

l с, СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3496073/25-06 (22) 05 ° 08 ° 82 (46) 07 ° 02 84. Бюл В 5 (72) Л.И. Вахошин, В.В. Карницкий, С.С. Истомин, В. Й. Сонкин, С.В. КОробченко, Б.И. Прудников, Н.А. Алексеев, 10.П. Романенко, Н.Й. МоисееВ, В.Д. Муравьев,. П.Ф. Тро4имов, В.П. Ивлев, Л.A. Захаров, A.A. Калашников, Й.Ф . Суханов и С .А. Вдовин (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследова-. тельский автомобильный и автомоторный институт, Автомобильный завод им. И.A. Лихачева и Заволжский моторный завод (53) 621. 434. 12-224 (088. 8) (56) 1. Патент США 9 2991780, кл:, 123-191 „- опублик 1961, 2 ° Авторское свидетельство СССР

9 503033, кл F 02 F 1/42, 1974. (54) (57) 1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ, содержащий камеру сгорания, размещенную между днищем поршня, установленного в цилиндре, и головкой .цилиндра, имеющей обращенную к поршню плоскую поверхность с выемкой, в овальной верхней стенке которой установлены выпускной клапан и расположенный,параллельно ему впускной кла- . пан, сообщающий камеру сгорания с впускным каналом, ось которого смещена в плане относительно оси впускного клапана, а линия пересечения поверхностей боковой стенки выемки н обращенной к поршню плоской поверхности головки содержит в плане участок в виде дуги окружности, обращенной.выпуклой частью в сторону от впускного канала, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сниже(191 (111

3(51) F 02 F 1 42 F 02 В 23 08 ния расхода топлива путем повышения скорости и полноты сгорания топливной смеси,.выпуклая часть линии rieресечения расположена в плане по контуру цилиндра и плавно сопряжена с внешней по отношению к оси цилиндра поверхностью канала при помощи радиусной кривой, а верхняя стенка выемки в поперечном сечении выполнена с наклоном в сторону впускного канала.

2. Двигатель по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что радиусная кривая выполнена-при помощи трех радиусов Rq, R» R, центры которых расположены на оси впускного клапана, а величины выполнены в соответствии с соотношением Ry /R<= 0,5-0,7 и

R„/Нз= 0 4 0 6 где  — радиус, примыкающий к внешней поверхности впускного канала;

R< — радиус сопряжения В(с выпуклой частью линии пересечения;

R — радиус выпуклой части линии

3 пересечения.

3. Двигатель по цп. 1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что расстояния от плоской поверхностй голоа-. ки до кромок овальной стенки выполнены в соответствии с соотношением

h„= (О, 1-0,4) h2, где h расстояние от плоской поверхности головки до кром- . ки овальной стенки со стороны впускного канала;

h - расстояние от плоской по2 ! верхности головки до кромки овальной стенки со стороны, противолежащей впускному каналу.

1071795

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области двигателестроения, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с принудительным зажиганием. известен двигатель внутреннего 5 сгорания с принудительным зажиганием, содержащий камеру сгорания между днищем подвижного поршня, установленного в цилиндре, и головкой цилиндра, имеющей обращенную к поршню плоскую поверхность с выемкой, в овальной верхней стенке которой установлены выпускной клапан и параллельный ему впускной клапан, сообщающий с камерой сгорания, в кото- 15 рой установлена свеча зажигания, впускной канал.

Применение такой камеры сгорания позволяет увеличить часть заряда, расположенную у свечи зажигания, и повысить несколько его турбулентность за счет вытеснения части заряда из щеленого объема, заключенного между плоскими поверхностями голОвки цилиндра и днища ПОршня c IIpo 25 тивоположной от свечи зажигания стороны камеры сгорания 11 .

Недостатком иэнестной конструкции является ограниченное по времени действие ймйу ьса-движения смеси от ищтрннения заряда из щеленогЮ оозема, проявляющееся при положении поршня вблизи верхней мертвой точки, когда выделяется не более 20-30% тепла, введенного с топливом. Из-за этоуогоренидна начальной и конечйой стадиях процесса, в течение . которых выделяется большая часть тепла, введенного с топливом, происчто ухудшает использование тепла 40 в цикле и сйособстевует возникновению

f детоиационногQ огорания, ограничи-, вающего..применения повышеннйх степеней сжатия.

Известен также двигатель внутрен- 45 него сгорания с принудительным зажиганием, содержащий камеру сгорания между днищем подвижного поршня, установленного в цилиндре, и головкой цилиндра, имеющей обращенную к порш- 50 ню плоскую поверхность с выемкой, в овальной верхней стенке которой установлены выпускной клапан и параллельный ему впускной клапан, сообщающий с,камерой сгорания впускной канал, ось которого смещена в плане относительно оси впускного канала, причем в камере сгорания установлена свеча зажигания, а кривая, ограничивающая выемку и образованная на пересечении боковой стенки выемки 60 и обращенной к поршню плоской Iloверхности голонки, включает в себя участок, описанный дугой окружности, обращенный выпуклостью н 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. С21

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 впускного канала, расположена внутри контура, описанного диаметром цилиндра.

При таком положении этого участка боконой стенки выемки камеры сгорания поток смеси, вытекающий из клапанной щели, сталкивается с прилегающей к клапану упомянутой стенкой.

Вследствие этого часть кинетической энергии потока смеси теряется на начальной стадии такта впуска °

Другим недостатком этой конструкции является то, что боковые стенки выемки камеры сгорания в головке, расположенные напротив впускного канала и на его стороне, имеют одинаковые расстояния от плоской поверхности головки до края овальной верхней стенки. При достаточной глубине выемки ее боковая стенка, расположенная со стороны нпускного 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 н период такта сжатия т.е. до начала сгорания сохраняется недостаточная часть этой энергии.

В результате этого продолжительность периода сгорания сохраняется достат очно большой, а антидетонационные качества двигателя являются неудов летворительными.

Целью,изобретения является снижение расхода топлива путем повышения скорости и полноты сгорания топливной смеси °

Поставленная цель достигается за счет того, что в двигателе внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, содержащем камеру сгорани ф размещенную между днищем поршняф установленного в цилиндре и головкой цилиндра, имеющей обрах:,е ную к поршню1 плоскую поверхность выемкой в овальной верхней стенке 4

1071795 которой установлены выпускной клапаНМи расположенный параллельно ему впускной клапан сообщающий камеру сгорания с впускным канало@/ ось ф которого смещена в плане относительно оси впускного клапана à линия(ф пересечения пдверхностей боковой стенки выемк@ и обращенной к поршню плоской поверхности головки содержит в плане участок в виде дуни окружности, обращенной выпуклой частью в .сторону от впускного канала, выпуклая часть линии пересечения расположена в плане 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. 20

Кроме этого, радиусная кривая выполнена при помощи трех радиусов

R„, R« R, центры которых расположены на оси впускного клапана, а величины выполнены в соответствии с соотношением

h< = (О, 1-0.,4) h, где h — расстояние от плоской поверхности головки до кромки овальной стенки .со стороны впускного канала;

h - расстояние от плЬской по2 верхности головки до кромки овальной стенки со стороны, противолежащей впускному каналу.

Боковая стенка 19, расположенная со стороны впускного канала 12, находится внутри контура 18 цилиндра и отстоит от его оси на расстоянии

/R =0 у 5 0 ° 7 ° R„/Бй =О, 4-0, 6, где Я„- радиус, примыкающий к внеш-, ней поверхности впускного . канала; - - 30

Rq — радиус сопряжения R» с выпуклой частью линии пересечения;

R — радиус выпуклой части линии пересечения.

При этом расстояния от плоской поверхности головки до кромок овальной стенки выполнены,в соответствии с соотношением

hq =(001 — 0,4) h, где h< - расстояние от плоской поверхности головки до кромки овальной стенки со стороны впускного канала; 45

Ь вЂ” расстояние от плоской по; верхности головки до кромки овальной стенки со стороны, противолежащей впускному каналу.

На фиг.1 показан вид со стороны поршня на часть головки цилиндра с выемкой камеры сгорания; на фиг.2.сечение A-A на фиг.l; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг ° 4сечение В-В на фиг.l; на фиг.5вид со стороны поршня на часть roiibs-! . ки цилиндров с вариантом выемки камеры сгорания, выполненной в литье; на фиг.6 - 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 сгоранна мевду днищем 2 Пйдяииного поршня 3, установленного в цилиндре 4, и головкой цилиндра 5. Головка цилиндра имеет обращенные к поршню 3 плоские поверхности 6 и 7 с ныемкой В." В овальной верхней стенке 9,выемки В установлены выпускной клапан 10 д параллельный ему впускной клапан 11, сообщающий с камерой 1 сгорания впускной канал

12. Ось канала 12 смещена в п относительно осл апусклсхя тдал;31а11. В 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-окружности, обрюяенной выпуклостью в противолеиаюую сторону от впускного канала. Выпуклая часть линии пересечения расположена в плане по кон.гуру 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 радиусная кривая выполнена при помощи трех радиусов R< Rz R центры которых расположены на оси впускного клапана 11 и связаны между собой соотношениями

Rq R@=0i 5 0,7; R

R2 — радиус сопряжения Q0 с выпуклой частью линии пересечения;

R - радиус выпуклой части линии пересечения.

Верхняя стенка 9 выемки наклонена .в от рону впускного канала, при этом расстояние .от плоской поверхностй 7 головки до кромок овальной стенки выполнены в соответствии с соотношением

1071795 б

0,4-0,6 радиуса цилиндра. Площадь поперечного сечения 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 линией

14, 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 смеси вдоль боковой стенки 15 по направлению к свече 13 зажигания. Плавное сопряжение проекции на плоскую поверхность 6 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 наименьшими потерями кинетической энергии трансформацию движения бензовоздушной смеси из нращательного вокруг оси клапана 11 во вращательное движение вокруг оси цилиндра 4.

При соотношениях радиусов К /Rq

0,5-0,7 и R

65 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 позволяет расширить 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 течение потока вдоль этой стенки.

Прн выбранном расстоянии от плоской поверхности 7 головки до кромки

5 верхней стенки 9 со стороны.впускного канала (h ), равным 0,1-0,4 расстояния (h ) от плоской поверхности б головки до кромки верхней стенки

9, противолежащей впускному каналу, которое достигается наклоном верхней стенки 9 выемки 8 относительно поверхности 7 головки цилиндра, ограничивается потеря энергии потока смеси от контакта с боковой стенкой 19 выемки со стороны впускного канала, 15 находящейся на,траектории его движения. В результате этого к середине .такта впуска в цилиндре двигателя формируется устойчивое осевое вращение заряда вокруг оси цилиндра, близкое по форме вращению твердого тела.

При соотношении площади поперечного сечения 20 впускного канала у начала сопряжения его боковой поверхности

18 с участком 16 линии 14, составляющей 0,5-9,8 от площади сечения впускного клапана 11, достигается необходимая скорость втекания потока бензоноздушной смеси через клапанную щель на .такте впуска. На такте сжа30 тия часть энергии этого потока теряется в следствие трения о стен к и цилиндра и турбулентного обмена °

Однако, благодаря обеспечению необходимой скорости втекания потока и минимальных потерь на начальном пе35 риоде впуска, необходимая энергия осевого вращения заряда сохраняется до начала воспламенения смеси свечой зажигания. развитие начального очага горения

40 после подачи искры происходит в условиях направленного движения заряда с ограниченными цикловыми колебаниями величины скорости и направления

1071795 плоскими 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 степени 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 >$ плоскими поверхностями головки цилиндра и днищем поршня и основным объемом каМеры сгорания. При таком соотношении объемов достигаются высокие радиальные скорости вытеснения 2О потока.

В конце рабочего хода открывается выпускной клапан 10, и отработавшие газы удаляются из цйлиндра.

Вариантом камеры сгорания являет-.2 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 сгорания достигается более рациональное размещение объема камеры сгорания относительно свечи зажигания.

Таким образом, плавное сопряжение внешней 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 расстояния 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.

Выполнение в днище поршня выемки или наклона днища поршня противоположно наклону верхней стенки выемки в головке цилиндра позволяет более рационально разместить объем камеры сгорания относительно свечи зажигания. Это дополнительно повышает скорость сгорания заряда.

1071795 вА f6

1071795!

071795

Составитель В. Лобанов

Редактор В. Иванова Техред М.тепер Корректор В. Гирняк

4» е Ф

Заказ 100/28 Тираж 524 Подписное

ВНИИПК Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4