Двигатель внутреннего сгорания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) F 02 В 19 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

\ Ф

1 Фъ Ъ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbl rHA (21) 2686509/25-06 (22) 20.11.78 ,(46) 28.02.84. Бюл. 9 8 (75) Роберт Дуглас Лампард (Австралия) (53) 621.43.056 (088.8) (56) Акцептованная заявка ФРГ ,.9 2230234,кл.F 02 В 19/02,опублик.1974. (54 ) (5 7 ) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндр, поршень с плоским днищем, размещенный в цилиндре с возможностью возвратнопоступательного движения и циклического изменения надпоршневого объема цилиндра, головку цилиндра с плоским днищем и выполненными в ней основной камерой сгорания, примыкающей к надпоршневому объему цилиндра, вспомогательной камерой сгорания и устройства для введения основного топливовоздушного заряда в основную

„„ЯО„„А камеру сгорания и вспомогательного топливовоздушного заряда во вспомогательную камеру сгорания, причем последняя подключена к основной камере сгорания при помощи факельного канала, снабженного клапаном, управляемым от распределительного вала и перекрывающим факельный канал на такте сжатия, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повыиюния эффективности, основная камера сгорания выполнена цилиндрической формы, сообщена с надпоршневым объемом цилиндра при помощи перепускного канала, и ее ось расположена перпендикулярно к оси цилиндра, а устройство для введения основного топливовоздушного заряда в основную камеру сгорания выполнено в виде топливной фбрсунхи, установленной в основной камере.

1077579

Изобретение относится I;" машино= строению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

НВВесТеН двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, поршень с плоским днищем, размещенный в цилиндре с возможностью воэвратнопоступательного движения и циклического изменения надпоршневого объема цилиндра, головку цилиндра с плоским днищем и выполненными в ней.основной камерой сгорания, примыкающей к нацпоршневому объему цилиндра, и вспомогательной камерой сгорания и устройства для введения 15 основноro топливовоздушного заряда в основную камеру сгорания и вспомогательного топливовоздушного заряда во вспомогательную камеру сгорания, причем последняя подклю. чена к основной камере сгорания при помощи факельного канала, снабженного клапаном, управляемым от распределительного вала и перекрывающим факельный канал на такте сжатия f)J

Однако иэ вестный двигатель характеризуется недостаточной эффективностью

Цель изобретения - повышение эффективности.

30 указанная цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содер>хашем цилиндр, поршень с плоским днищем, размещенный в цилиндре с воэможностью возвратнопоступательного движения и циклического изменения надпоршневого объема цилиндра, головку цилиндра с плоским днищем и выполненными в ней основной камерой сгоранич„ примыкающей к надпоршневому объему цилиндра, вспомогательной камерой сгорания и устройства для введения основного топливовоэдушного заряда в основную камеру сгорания и вспомогательного топливовоздушного заря- 45 да во вспомогательную камеру сгорания, причем последняя подключена к основной камере сгорания при помощи факельного канала, снабженного клапаном, управляемым от распредели- g() тельного вала и перекрывающим факельный канал на такте сжатия, основная камера сгорания выполнена цилиндрической формы, сообщена с надпоршневым объемом цилиндра при помо- 55 щи.перепускного канала, и ее ось расположена перпендикулярно к оси иилиндра, а устройство для введения основного топливовоздушного заряда в основную камеру сгорания выполнено s виде топливной форсунки, установленной в основной камере.

На фиг. 1 представлен предлагаемый двигатель„ на фиг. 2 — разрез

A-A на фиг. 1. 65,Двигатель содержит блок 1, в котором установлен по меньшей мере один цилиндр 2. В цилиндре 2 р:,эмещен поршень 3 с плоским днищем с вазможностью возвратно-поступательного движения и циклического изменения надпоршневого объема 4 цилиндра 2. Ход поршня 3 в цилиндре

2 отрегулирован так, что при нахождении поршня 3 в верхней мертвой точке между последним и головкой 5 цилиндра 2 остается лишь небольшое. пространство. В головке 5 цилиндра

? выполнены впускной и .выпускной каналы б и 7, в которых установлены впускной и выпускной клапаны 8 и 9 °

Клапаны 8 и 9 приводятся в действие расположенным сверху распределительным налом 10, снабженным кулачками

11, воздействующими на стаканы 12, сидящие на верхних концах клапанов, которые пружинами 13, расположенными между головкой 5 и опорными тарелками 14, от>кимаются в закрытое положение . Клапаны 8 и 9 работают согласно четырехтактному циклу. Головка 5 цилиндра 2 выполнена с плоским днищем, исключая небольшое углубление 15, которое имеет три выступа, один иэ которых расположен вокруг отверстия выпускного клапана

9, другой — вокруг отверстия впускного клапана 8 и третий направлен к перепускному каналу 1б, выполненному в головке 5 и сообщающему надпоршневый объем 4 цилиндра 2 с основной камерой 17 сгорания. Камера

17 ныполнена в головке 5 цилиндрической формы, и ее ось расположена перпендикулярно к оси цилиндра 2, а периферийная поверхность имеет спиральную форму. В головке 5 выполнена также вспомогательная камера

18 сгорания, которая подключена к основной камере 17 при помощи факельного канала 19 и имеет цилиндрическую форму, и ее ось перпендикулярна к оси цилиндра 2. Канал 19 снабжен клапаном 20, ось которого параллельна оси цилиндра 2, а нижний конец— входит в цилиндрическую втулку 21, установленную в сверлении, выполненном в нижней части головки 5..Втулка 21 пересекает канал 19 и имеет расположенные напротив друг друга отверстия ?2 и 23, которые сообщают канал 19 с внутренней полостью втулки 21 °

Втулка 21 своей верхней частью удерживается в головке 5 при помощи цилиндрической оребренной обоймы

24, которая своим нижним концом ввинчена в реэьбовое отверстие 25 в головке 5 и опирается на верхнюю часть втулки 21, фиксируя положение последней, Между контактирующими поверхностями обоймы 24 и отверстия-

1077579 ми 25 установлено тефлоновое уплотнительное кольцо 26. Для правильной установки втулки 21 в сверлении между верхней поверхностью блока 1 и нижней поверхностью втулки 21 установлена шайба 27. Верхний конец обоймы 24 уплотнен О-образным кольцом 28. Кроме того, в сверлении верхнего конца обоймы 24 размещено уплотнение 29, которое фиксируется вставкой 30, выполненной в виде резьбового кольцевого элемента.

Клапан 20 снабжен опорной тарелкой . 31 и цилиндрической витой пружиной

32, размещенной между тарелкой 31 и частью головки 5 ° Клапан 20 приводится в движение коромыслом 33, установленным на валу 34, расположенном параллельно валу 10, с-воз.можностью совершения колебательных движений. Коромысло 33 своей левой частью опирается на кулачок 11 вала 10, а правой частью при помощи ввинченного в нее и направленного вниз толкателя 35 воздействует на верхний конец клапана 20. Нижний конец клапана 20 имеет посадку свсбодного скольжения во втулке 21, а верхний его конец имеет посадку свободного скольжения в обойме 24.

Межцу верхним и нижним концами клапана 20 имеется суженный участок.

Клапан 20 может перемещаться между верхним крайним положением (фиг.1) и нижним крайним положением (не показано). При нахождении клапана

20 в верхнем крайнем положении его нижний конец располагается выше отверстий 22 и 23,.открывая тем самым канал 19. При нахождении клапана 20 в промежуточном положении его нижний конец закрывает отверстия 22 и 23 и канал 19. 3а каждый оборот распределительного вала 10 канал 19 перекрывается дважды, т.е. дважды за каждый рабочий цикл. Но для работы двигателя имеет значение только одно такое перекрытие канала 19, которое происходит при перемещении клапана 20 вверх от нижнего крайнего положения и согласовано с осуществлением такта сжатия. Другое перекрытие канала 19 выполняет вспомогательную роль.

Двигатель содержит также устройство для введения основного топливовоэдушного заряда в основную камеру 17 сгорайия и вспомогательного топливовоэдушного заряда во вспомогательную камеру 18 сгорания, которые выполнены >в виде топливных фор-. сунок 36 и 37, первая иэ которых установлена в основной камере 17, а вторая — в вспомогательной камере 18. Кроме того, камера 18 снабжена запальной свечой 38. Для удаления несгоревших углеродных частиц из нижней части втулки 21 в шайбе 27 выполнено небольшое отверстие. Шайба 27 своей нижней частью сообщена через канал (не показан) .в головке 5 с камерой 18.

При опускании нижнего конца клапана

20 ниже отверстий 22 и 23 некоторый объем газа, заключенный в шайбе l0

27 через ее отверстие, выжимается в камеру 18. При воспламенении заряда в камере 18 поток газа меняет направление, что исключает возможность скопления частиц в отверстии шайбы 27. Для уменьшения прямых

15 тепловых потерь камер 17 и 18 путем поддержания высокой поверхностной температуры в головку 5 запрессована деталь 39, выполняемая из нимоника или соответствующего сплава с высоким содержанием никеля, обладающего высокой коррозийной стойкостью.

Двигатель работает следующим образомм.

На такте впуска открывается клапан 8, и поршень 3 при своем движении вниз засасывает в цилиндр 2 воздух. При движении поршня 3 вверх клапаны 8 и 9 закрываются, воздух сжимается, а клапан 20 открывает канал 19. В зто время через форсунку 37 подается топливо в камеру 18.

Топливо, впрыснутое в камеру 18, почти не поступает в камеру 17. Таким образом, в камере 18 происходит

35 сжатие топливоаоздушной смеси а в

I камере 17 — сжатие воздуха. При движении поршня 3 к верхней мертвой точке в момент, когда в камере 18 создаются благоприятные условия для обеспечения воспламенения смеси

40 от искры, клапан 20 под воздействием коромысла 33 закрывает канал 19, т;е. нижняя часть, клапана 20 закрывает отверстия 22 и 23. После этого в камере 18 процесс сжатия больше не происходит, а в камере 17, он про- . должается до тех пор, пока поршень

3 не достигнет верхней мертвой точ- ки. При этом большая часть воздуха из надпоршневого объема ) цилиндра

2 поступает по каналу 16. в камеру

17. Когда поршень 3 находится вблизи верхней мертвой точки в камеру

17, через форсунку 36 впрыскивается дополнительное количество топлива.

Находящаяся- в камере 18 топлйвовоздушная смесь воспламеняется от запальной свечи 38, после чего клапан 20 открывается перемещением вверх и открытием отверстий 22 и 23.

Горящие газы, расширяясь, из камеры

18 по каналу 19 поступают в камеру

17 и воспламеняют в ней топливовоздушную смесь. Сгорание смеси в камере .17 вызывает перемещение вниз поршня 3, происходит такт расширения с ïåðåìåöåíèåM поршня 3 в нижнюю

1077579

10 мертвую точку и затем такт выпуска при перемещении поршня 3 вверх и открытом клапане 9.

Впрыск топлива в камеру 17 может быть отрегулирован так, что он начинается одновременно с открытием клапана 20 и продолжается после его открытия (при работе на малых оборотах) или начинается непосредственно перед открытием клапана 20 (при работе на больших оборотах).

Форсунка 37 может быть отрегулирована для согласованного действия, откалибрована и установлена для распыления топлива в направлении канала

19, причем впрыск топлива происходит в тот момент, когда поток воздуха, поступающий в камеру 18, не сильный, или даже раньше этого момента до начала сжатия..

Камера 18 работает как правило на 20 богатой смеси. Однако в широко практикуемых и нагрузочных режимах возможно варьировать впрыскиваемую дозу топлива, выбирая ее в пределах диапа» зона составов топливовоэдушной смеси,y5 воспламеняемых от искры, и процесс парообразования должен протекать в течение всего периода сжатия, в результате чего будет получена гомогенная топливовоздушная смесь. Смесь с богатым содержанием топлива может быть легко воспламенена от запальной свечи даже тогда, когда двигатель находится в холодном состоянии.

Кроме того, богатая смесь горит с меньшей температурой;воспламенения, что уменьшает возможность образования окиси азота. Также предполагается, что некоторая часть продуктов сгорания должна оставаться для учас- тия в последующем цикле, что умень- 40 шает температуру горения и количество образующейся окиси азота.

Степень сжатия, при которой закрывается клапан 20, выбирается такой, которая позволяет достичь идеально- 45

ro сгорания без детонации или непредусмотренного повышения давления при использовании бензина стандартного сорта со средним октановым числом, лишенного добавок тетраэтил= свинца.

Объем топлива и воздуха, подаваемый в камеру 18, выбирают из расчета того количества топлива, которое необходимо для поддержания оборотов холостого хода двигателя и выделения достаточного количества тепла для основной камеры 17. Этот объем должен составлять от 10 и 20% всего заряда на цикл.

Закрытие клапана 20 дает вспомогательному заряду в камере 18 возможность продолжать повышать давление от сгорания воспламененного от искры заряда, тогда как в камере

17, свободной пока от топлива, может продолжаться сжатие до степени значительно более высокой, чем та, которая возможна при использовании бензина с октановым числом 100.

Степень сжатия в камере 17 определжот исходя из того, что получение эффективного коэффициента расширения не должно сопровождаться слишком большим увеличением давления цикла и (сравнивая с автомобильным дизелем) с целью уменьшения прямых тепловых потерь плотность отработавших газов необходимо поддержи-.вать на сравнительно низком уровне.

Механическое изолирование камер .17 и 18 друг от друга дает возможность со значительной гибкостью проводить весь процесс сгорания.

Период задержки и начальное повышение давления не зависят от объемоперемещающих элементов и функции угла поворота кривошипа.

Степень сжатия, до .которой как правило. сжимают основной заряд, колеблется. в пределах 12-15, а вспомогательный заряд — в преде- . лах 6-8.

Предлагаемый двигатель может быть как четырехтактным, так и двухтактным.

Таким образом, применение изобретения позволяет повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания.

1077579

10775 79

Составитель В.Морозов

Техред N, Гергель Корректор О. Билак

Редактор Н. Ковалева

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

Заказ 788/56 .. Тираж 524 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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