Двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием

 

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ , содержащий головку цилиндра со свечой зажигания, впускным каналом, снабженным устройством закрутки потока горючей смеси вокруг оси цилиндра, и выпускным каналом, цилиндр, поршень с ко,1ьцевым углублением и камеру сгорения, образованную выпуклой поверхностью днища поршня и вогнутой новер.хностью головки цилиндра, отличающийся тем, что, с целью повышения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов путем повын ения полноты сгорания топлива, вогнутая поверхность головки цилиндра и выпуклая поверхность днища выполнены сферическими с различными радиусами сфер и образуют серповидную камеру так, что соотношение радиусов сфер состав, 0,75-0,9, причем соотношение диаметра уг ,лубления в днище поршня к диаметру цилиндра составляет 0,5-0,7. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся . ф что соотношение объема углубления в днин1е (Л поршня к объему серповидной камеры составляет 0,25-0,45. ьо Ot) с О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)4 Е02 В 23 08!

Ф:.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2925153/25-06 (22) 16.05.80 (46) 07.! 1.86. Бюл. № 41 (71) Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт и Московский автомобильный заво1 им. Ленинского комсомола (72) Л. И. Вахошин. С. В. Коробченко, В. И. Сонкин, Я. В. Горячий, Л. Я. Литвин, В. А. Митрофанов, И. И. Окунев и Ю. М. Пташкин (53) 62! .434.03.001 (088.8) (56) I. Патент США № 3408994, кл. 123 — — 91, опублик. 1968. (54) (57) l. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ, содержащий головку цилиндра со свечой зажигания, впускным каналом, снабженным устройством закрутки потока горючей смеси вокруг оси цилиндра, и выÄÄSUÄÄ 1268760 пускным каналом, цилиндр. поршень с кольцевым углублением и камеру сгорения, образованнуlo выпуклой поверхностью днища поршня и вогнутой поверхностью головки цилиндра, отличающийсч тем, что, с целью повышения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов путем повышения полноты сгорания топлива, вогнутая поверхность головки цилиндра и выпуклая поверхность днища выполнены сферическими с различными радиусами сфер и образуют серповидную камеру так, что соотношение радиусов сфер составляет

0,75 — 0,9, причем соотношение диаметра углубления в днище поршня к диаметру цил и цдра соста вл яет 0,5 — 0,7.

Ф

2. Двигатель по п. 1, от.шчающаися тем. э что соотношение ооъема углубления в днищЕ поршня к объему cc ðèîâèäíîé камеры соста вл яет 0,25 — 0.45.

1268760

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к четырехтактным бензиновым двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.

Известен двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, содержащий цилиндр с поршнем, камеру сгорания, образованную выпуклым днищем поршня, в котором выполнейо углубление, и вогнутой поверхностью в головке цилиндра, в которой размещены свеча зажигания, впускной канал со средством закрутки потока горючей смеси вокруг оси цилиндра и выпускной канал.

При положении поршня в верхней мертвой точке между вогнутой поверхностью в головке цилиндра и выпуклой поверхностью днища поршня, расположенной вокруг углубления в нем, образован кольцевой шелевой вытеснитель с постоянной высотой щели (1).

Недостатком известной конструкции является ограничение возможности развития поверхностей вытеснителя вследствие возникающего в шелевом объеме гашения пламени, что уменьшает полноту сгорания и ухудшает топливную экономичность и увеличивает токсичность отработавших газов двигателя. Для достижения требуемых антидетонационных качеств в известном двигателе необходимо применение винтовых впускных каналов, создающих черезмерно высокую интенсивность закрутки заряда смеси на такте впуска. Это вызывает потери наполнения из-за повышенного гидравлического сопротивления таких впускных каналов и увеличивает теплопотери в стенки камеры сгорания в период сгорания и, как следствие, ухудшение топливной экономичности и снижение мощности двигателя.

Целью изобретения является повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов двигателя путем повышения полноты сгорания.

Указанная цель достигается тем, !ТО в двигателе внутреннего сгорания с принудительным зажиганием вогнутая поверхность головки цилиндра и выпуклая поверхность дниша поршня выполнены сферическими с различными радиусами сфер и образуют серповидную камеру так, что соотношение радиусов сфер составляет 0,75 — 0,9, причем соотношение диаметра углубления в днище поршня к диаметру цилиндра составляет

0,5 — 0,7, кроме того, соотношение объема углубления в днище поршня к объему серповидной камеры составляет 0,25 — -0,45.

На фиг. изображен двигатель, поперечныи разрез по осям впускного и выпускного клапанов; на фиг. 2 — конструктивная схема относительно расположения свечи зажигания, углубления в днище поршня, впускного и выпускного каналов с указанием направления движения топливовоздушнои!

0 !

50 смеси и отработавших газов, вид сверху; на фиг. 3 — разрез А — А на фиг. 2.

Двигатель содержит цилиндр 1 (фиг. 1 и

2) с поршнем 2, камеру 3 сгорания, образованную выпуклым сферическим днищем

4 поршня, в котором выполнено центрально расположенное углубление 5, и вогнутой сферической поверхностью 6 в головке 7 цилиндра. В последней размещены свеча 8 зажигания, впускной канал 9 со средством закрутки потока горючей смеси вокруг оси цилиндра 1, выпускной канал 10, а также впускной и выпускной клапаны 11 и 12 соответственно. Поверхность камеры сгорания, выполненной в головке 7 цилиндра, и поверхность выступающей выпуклой части поршня 2 геометрически образуют объем в виде сферического сегмента с радиусами образующих сфер Ri u Rz соответственно. При положении поршня 2 в верхней мертвой точке (ВМТ) упомянутыми сферическими поверхностями образуется серповидная камера 13 сгорания. Соотношение величины радиусов

Ri/R составляет в пределах 0,75 0,90, что позволяет определить оптимальные параметры камеры 13.

При положении поршня 2 в ВМТ между вогнутой 6 и выпуклой 4 сферическими поверхностями вокруг углубления 5 образуется кольцевой вытеснитель 14 с переменной высотой клинообразной щели, увеличивающейся по направлению к углублению. Ширина кольцевого вытеснителя 14, а следовательно, и объем пространства между указанными сферическими поверхностями 4 и 6 при положении поршня 2 в ВМТ определяются соотношением величины диаметра углубления к диаметру цилиндра, равным оптимально 0,5 — 0,7. Углубление 5 в центре дниша поршня образовано поверхностью, приближающейся по форме к поверхности тора, вдавленного в тело днища поршня на глубину не более, чем 0,5 — 0,8 радиуса r торовой поверхности. Соотношение объема Ъ к углубления 5 к объему V. серповидной камеры 13 0,25 — 0,45. Свеча 8 зажигания установлена в головке цилиндра так, что электроды ее незначительно выступают над сферической поверхностью 6 головки цилиндра напротив края углубления 5 в днище поршня 2. Указанные соотношения подобраны эмпирически из условий расхода топлива, параметров токсичности и значений оптимальной мошности.

Двигатель работает следующим образом.

На такте впуска под действием разрежения, создаваемого движением поршня 2 от

ВМТ r, НМТ, через открытый впускной клапан 11 в камеру 3 и цилиндр 1 поступает топливовоздушная смесь.

Впускной канал 9 со средством закрутки потока сообшает этой смеси вращательное движение вокруг оси цилиндра 1 (фиг. 3), В этот период цикла смесь преобретает сложное ускоренное вихревое движение.

1268760

15 обмена, тормозиться в тангенциальном направлении, обратное движение внутренних слоев 25

3

Внешние слои потока, вращаясь, продвигаются в осевом направлении от впускного клапана ll к днищу поршня 2, в то время как внутренние, вращаясь в ту же сторону, что и внешние, движутся в осевом направлении в противоположную сторону от поверхности 4 днища поршня 2 к клапану 11.

После достижения потоком смеси максимальной скорости движения врашение устанавливается симметричным относительно оси цилиндра !. Благодаря выбранной форме углубления 5 в днище поршня и наличию сферических поверхностей 4 и 6 происходит обтекание симметричных относительно оси цилиндра 1 поверхностей углубления 5, а также поверхностей 4 и 6. Режим течения смеси из ускоренного переходит в замедленное.

Однако скорость торможения вихря еще небольшая и благодаря форме углубления 5 он сохраняет свою устойчивость при умеренной интенсивности закрутки потока во время такта впуска.

На такте сжатия в начальный период симметричное относительно оси цилиндра вихревое движение продолжает, вследствие трения о стенки цилиндра 1 и турбулентного практически отсутствует. Во второй половине такта сжатия периферийные слои смеси все больше приобретают радиальное движение вдоль поверхности 6 головки цилиндра из-за вытеснительного действия кольцевого вытеснителя 14. Внутренние слои смеси совершают движение в центральной зоне цилиндра 1 и камеры 3 сгорания над углублением 5. В конце такта сжатия внешние слои, встречаясь в верхней части камеры

3, сталкиваются и под действием существующего перепада давлений между периферийной и центральной зонами потока приобретают врашате1ьное движение в форме кольцевого вихря с сохранением вращения вокруг оси цилиндра 1 (и камеры 3) Вследствие вытеснения большей части заряда смеси в углубление 5 и центральную зону камеры 3 при выбранном соотношении интенсивность вращения возрастает.

Внешние слои смеси, двигаясь вдоль поверхности 6, продувают межэлектродное пространство свечи 8 от остаточных газов практически независимо от режима работы двигателя, поскольку они размещены над краем углубления 5 в днише поршня 2, где скорости вытесненного потока наибольшие.

В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от искрового разряда между электродами свечи 8. При принятом расположении электродов свечи зажигания, напротив края углубления 5 в днише поршня

2 достигается направленное распространение пламени по объему камеры сгорания.

На первой стадии процесса горения, когда йоршень еще не доходит до верхней мертвой точки, кривизна фронта пламени вокруг электродов свечи максимальна и он устойчив по отношению к возмушениям в тангенциальном направлении. При приближении поршня к верхней мертвой точке действием радиального движения вытесняемого потока на увеличившийся в размерах фронт пламени распространение пламени переносится в центрально расположенное углубление 5. Такой характер движения рабочей смеси в период сгорания обеспечивает высокую скорость процессов тепломассопереноса, что повышает скорость и полноту сгорания, а также ограничивает развитие предпламенных реакций, обуславливающих детонационное сгорание последней части заряда смеси.

Кольцевой вытеснитель 14 с переменной увеличивающейся по направлению высотой к углублению 5 днища поршня 2 ограничивает влияние гашения пламени, возникающее обычно из-за охлаждения пламени в объемах вытеснения камеры сгорания с развитой поверхностью вытеснения и в больших по площади щелях с постоянной высотой. Наилучшие показатели двигателя получают при соотношениях Ri/!х=0,75 — 0,9 и

D =0,5 — 0,6, а также — — ""=0.25 — 0,45, найденных опытным путем ксг

Выполнение вогнутой поверхности головки цилиндра и выпуклой поверхности днигцa поршня между углублением в нем и цилиндром в виде сферических сегментов, образующих при положении поршня в верхней мертвой точке серповидную камеру. в которой соотношение радиусов указанных поверхностей составляет 0,75 — 0,9 и выбор соотношения диаметра углубления в днище поршня к диаметру цилиндра в пределах

0,5 — 0,7, обеспечивает оптимальные параметры вихревого движения заряда смеси в период такта сжатия и перед воспламенением без черезмерных теплопотерь и понижения наполнения, и, как следствие, повышение полноты сгорания топлива для улучшения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов.

Выбор величины соотношения объема углубления в днище поршня к объему серповидной камеры в пределах 0,25 — 0,45 и выполнение его в форме торовой поверхности, вдавленной в тело днища поршня на глубину не более чем 0,5 — 0,8 радиуса r торовой поверхности улучшают антидетонационные качества двигателя и позволяют дополнительно повысить топливную экономичность двигателя.!

268760

А-А

Редактор Н. Марголнна

Заказ 6009133

Составнзсль Г. Смирнова

Тскред И. Бсрес Корректор М. немчик

Тираж 523 Подписное

ВН ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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