Способ работы двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение позволяет повысить топливную экономичность двигателя на режимах часттгчных нагрузок и улучшить антидето}1ационные качества на полных нагрузках путем интелсификации вихревого движения рабочей смеси. При движении поршнл 3 к Н1гжней мертвой точке за счет создаваемого в цилиндре разрежения топливовоздушную смесь 15 из впускного капала 7 подают в полость 6 цили)дра. По мере поступления смесь 5 за счет движения по каналу 7 специальной формы приобретает вращение вокруг оси цилиндра . При подходе к нижней epтвoй

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!) F 02 В 29/06

), i(г) (1 ч я h g

)

; ° 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

\ (2l) 4101757/25-06 (22) !4.08.86 (46) 07.03.88. Бюл. № 9 (71)Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (72) Л.И.Вахошин, В.Г.Выборнов, В.В.Карницкий, С.В.Коробченко, H.Ï.ÑàìîAëîâ, В.И.Сонкин, В.H.Фомченко, Н.)1.Öàïîâ и M.F..!!1ашкин (53) 6? 1 . 433. 056 (088. 8) (56) Заявка Японии № 59-50849, кл. F 02 В 29/06, опублик. 1984. (54) СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕ;!Я В!Г ТРЕ!1НЕГО СГОРАНИЯ

„„Я0„„1379478 А 1 (57) Изобретение позволяет повысить топливную экономичность двигателя на режимах частичных нагрузок и улучшить антидетонационные качества на полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения рабочей смеси.

При движении поршня 3 к )игжней мертвой точке за счет создаваемого в цилиндре разрежения топливовоздушную смесь 15 из впускного канала 7 подают в полость 6 цилиндра. По мере поступления смесь 15 за счет движения по каналу 7 специальной форм)) приобретает вращение вокруг оси цилиндра. При подходе к нижней мертвой

1379478 точке вращательное движение смеси 15 по своей форме сохраняется. При перемещении поршня на расстояние 0,850,97 от полного хода через открытые впускной клапан 12 и окно 10 дополнительного впускного канала 11 в направлении основного потока смеси 15 осуществляют дополнительную подачу рабочего тела 16, приготовленного вне цилиндра. Тем самым в конце проИзобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, и может быть использовано в автомобильных двигателях.

Цель изобретения — повышение топливной экономичности на режимах частичных нагрузок и улучшение антидетонационных качеств на полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения рабочей смеси.

На фиг.l схематично показан двигатель внутреннего сгорания с изображением движения топливовоэдушной смеси и рабочего тела, дополнительно подаваемого в цилиндр; на фиг.2 — камера сгорания двигателя с изображением траектории движения топливовоздушной смеси и рабочего тела, вид со стороны поршня; на фиг.3 — схематичное изображение двигателя внутреннего сгорания и движения топливовоэдушной смеси и рабочего тела, приготовленного вне цилиндра; на фиг.4 — то же, для двигателя, имеющего поршень с плоской поверхностью днища, с частью камеры сгорания в нем с изображением движения топливовоэдушной смеси и рабочего тела, приготовленного вне цилиндра; на фиг.5 — схематичное изображение двигателя внутреннего сгорания при положении поршня в в.м.т.

Двигатель внутреннего сгорания, в котором реализуется предлагаемый способ работы, содержит цилиндр l c головкой 2 (фиг.5), в котором установлен поршень 3, впускной 4 и выцесса наполнения и в начале процесса сжатия рабочей смеси сообщают дополнительный импульс вращения рабочим телом. Ограничению детонационного сгорания способствует также охлаждение днища поршня рабочим телом, имеющим более низкую т-ру по отношению к т-ре смеси 15 в конце такта впуска. 5 з.п. ф-лы, 5 ил. пускной 5 клапаны, сообщающие полость

6 цилиндра 1 соответственно с впускным 7 и выпускным 8 каналами, и свечу 9 зажигания.

5 В стенке цилиндра 1 выполнено окно 10, сообщающее полость 6 цилиндра

I с дополнительным впускным каналом

11 и через установленный в нем обратный клапан 12 с полостью 13 и источ10 ником 14 давления, выпоЛненным, например, в виде объемной машины.

Через впускной клапан 4 из впускного канала 7 в полость 6 цилиндра

1 поступает топливовоздушная смесь

I5. Форма канала 7 обеспечивает ее осевую закрутку-вращение вокруг оси цилиндра 1 (покаэано стрелкой).

Через окно 10 в цилиндр 1 при положении поршня в н.м.т. поступает

20 рабочее тело 16 в зону 17 цилиндра

l. В поршне 3 выполнена выемка 18, образующая камеру 19 сгорания. При положении поршня 3 в в.м.т. (фиг.5) над периферийной частью поршня 3 образуется зона 20.

Способ работы двигателя осуществляется следующим образом.

При движении поршня 3 (фиг ° I) вниз за счет создаваемого в цилиндре разрежения топливовоздушную смесь

15 из впускного канала 7 через открытый впускной клапан 4 подают в полость 6 цилиндра 1. По мере пос35 тупления в цилиндр 1 топливовоэдушная смесь 15 эа счет движения по впускному каналу 7 специальной формы приобретает вращение вокруг оси цилиндра 1. При подходе поршня 3 к

1379478 н.м.т., когда основная часть топливовоздушной смеси 15 уже поступила в цилиндр 1, вращательное движение топлиноноздушной смеси 15 по своей

5 форме сохраняется. Вместе с тем интенсивность этого движения за счет трения о стенки цилиндра начинает снижаться.

При перемещении поршня 3 вниз на расстояние 0,85-0,97 от полного хода он своей верхней кромкой открывает окно 10 дополнительного впускного канала 11. Дополнительный впускной клапан 12 открывают. Через открытые клапан 12 и окно 10 канала ll в цилиндр 1 в направлении движения основного потока топливоноздушной смеси

l5 (фиг.l и 2) осуществляют дополнительную подачу рабочего тела 16, при- 20 готовленного вне цилиндра l. Тем самым в конце процесса наполнения и в начале процесса сжатия рабочей смеси сообщают дополнительный импульс вращения рабочим телом 16, приготовлен- 25 ном вне цилиндра 1. Рабочее тело 16 подают в зону 17 (фиг.2), наиболее удаленную от источника воспламенения свечи 9 зажигания.

Ввод рабочего тела 16 в зону 17 ускоряет вращательное движение рабочей смеси, состоящей из топлиновоздушной смеси )5 и рабочего тела 16, при этом сохраняется структура вихревого движения смеси !5. При вводе в зону 17, наиболее удаленную от свечи

9 зажигания, рабочего тела 16, отличающегося по своему составу от толливоноздушной смеси 15, образующаяся структура движения заряда обеспечи— вает оптимальное распределение состава топлиновоздушной смеси относительно свечи 9 зажигания.

Вход рабочего тела 16 через канал

11 с ВЫХОдным ОкнОм 10 продолжается 45 и после прохождения поршнем 3 н.м.т. до момента, когда выходное окно )0 черекроется верхней кромкой днища поршня 3. Общая продолжительность ввода рабочего тела 16 составляет

70-100 поворота коленчатого вала о

50 двигателя, что обеспечивает большую длительность действия дополнительного импульса, ускоряющего вырождающееся к этому моменту нихревое движение смеси 15, созданное впускным каналом 7.

Рабочее тело 16, введенное в цилиндр 1 над днищем поршня 3 н зону

l7 по направлению вращения смеси 15, располагают преимущественно по периферии цилиндра 1 (фиг.2 и удерживают там силами, действующими во вращающемся потоке, и соответствующей геометрией камеры 19 сгорания (фиг.) и 2). После прохождения верхней кромкой поршня Э ныходногo окна 10 канала II происходит сжатие рабочей смеси, поскольку клапан 4 закрывают.

При сжатии топливовоздушной смеси 15 часть рабочей смеси вытесняют из периферийной зоны 20 (фиг.5) при приближении поршня к н.м.т. по существу и центральную зону выемки 18.

Вследствие высокой стабильнос r« структуры вихревого движения заряда и формы камеры 19 сгорания рабочее тело 16, введенное в цилиндр I, к концу такта сжатия в основном сохраняет свое расположение по периферии камеры. В результате этого образующаяся в периферийной зоне 20 (фиг.5) рабочая смесь по своему составу беднее, чем в центральной зоне выемки

18.

В конце такта сжатия рабочую смесь, расположенную в центральной эоне камеры 19 сгорания воспламеняют от искрового разряда свечи 9 зажигания.

При обогащенном составе смеси у свечи 9 зажигания, обеспеченном Оптимальным распределением состава смеси по объему ныемки 18, достигается высокая цикловая стабильность воспламенения н целом более бедных составов смеси. Развитие начального очага горения и распространение пламени по объему камеры сгорания происходят с высокими скоростями, достигаемыми более высокой интенсивностью движения смеси и стабильными турбулентными характеристиками вращающегося заряда.

Это позволяет зффектинно сжигать более бедные смеси и улучшать этим топливную экономичность двигателя.

3а счет обеднения рабочей смеси в периферийных зонах 20 выемки 18, наиболее удаленных от свечи 9 зажигания, ограничено возникновение детонационного сгорания, что позволяет увеличить степень сжатия и улучшить тем самым топливную экономичность двигателя. Ограничению детонационного сгорания способствует также охлаждение днища поршня рабочим телом 16, имеющим более низкую температуру по отношению к температуре смеси 15 в

1379478 конце такта впуска. В результате сгорания топлива происходит образование продуктов сгорания, объем которых резко увеличивается что вызы\

5 вает изменение направления движения поршня 3 и его движение вниз. Энергию расширения продуктов горения преобразуют в механическую работу эа счет воздействия продуктов сгорания на поршень 3,,который кинематически связан с коленчатым валом двивает усиление интенсивности вращательного движения рабочей смеси и сохранение его структуры для оптимального распределения состава смеси по объему камеры сгорания относительно свечи зажигания до воспламенения и сгорания. Благодаря этому достигается эффективное воспламенение и горение бедных составов смеси на частичных нагрузках работы двигателя и ограничивается возникновение детонационного сгорания на полных нагрузках.

Ввод рабочего тела в направлении касательной к окружности с диаметром 0,5-0,9 диаметра цилиндра обеспечивает наибольшее усилие враща30

40 тельного движения и сохранение его 45 структуры до конца такта сжатия.

Вводимое на частичных нагрузках рабочее тело, приготовленное вне цилиндра, содержит воздух и углеводородное топливо в концентрациях, от50 личных от концентрации топлива, содержащегося в топливовоздушной смеси 15.

На полных нагрузках вводят предпочтительно воздух и отработавшие газы. Это позволяет обеспечить оптимальное распределение состава смеси по объему камеры сгорания относительно свечи зажигания, в результате чегателя.

В конце такта расширения продукты горения через открываемый выпускной клапан 5 (фиг.l) поступают в выпускной канал 8. Затем цикл повторяется. Осуществление описанного способа работы двигателя позволяет снизить удельный расход топлива, преиму- 20 щественно на режимах частичных нагрузок, при улучшении антидетонационных качеств на полных нагрузках.

Рабочее тело 16 (фиг.2) вводят в цилиндр 1 тангенциально его образующей в зону 17, наиболее удаленную от свечи 9 зажигания. Это обеспечиго достигается эффективное сгорание рабочей смеси на часто используемых нагрузочных режимах и улучшается топливная экономичность двигателя. Рабочее тело 16 перед вводом в цилиндр принудительно сжимают. Это позволяет увеличить энергию рабочего тела при вводе его в цилиндр для усиления дополнительного импульса ускорения вращения топливовоздушной смеси 15.

Кроме того, при сжатии рабочего тела расширяется диапазон регулирования относительного расхода его при различных нагрузочных режимах. Для сжатия рабочего тела с целью уменьшения затрат мощности двигателя используют энергию отработавших газов или энергию дросселирования.

Формула и з о б р е т е н и я

l. .Способ работы двигателя внутреннего сгорания путем подачи в цилиндр топливовоздушной смеси, дополнительной подачи в цилиндр рабочего тела над поршнем при положении его вблизи нижней мертвой точки, сжатия рабочей смеси, ее воспламенения от свечи зажигания и сгорания, расширения продуктов сгорания и их выпуска, отличающийся тем, что, с целью повышения топливной экономичности на режимах частичных нагрузок и улучшения антидетонационных качеств на полных нагрузках путем интенсификации вихревого движения рабочей смеси, при подаче в цилиндр топливовоздушной смеси обеспечивают ее осевую закрутку, а дополнительную подачу в цилиндр рабочего тела осуществляют в направлении закрутки топливовоздушной смеси.

2. Способ по п.l, о т л и ч а ю шийся тем, что дополнительную подачу рабочего тела в цилиндр осуществляют тангенциально его образующей.

3. Способ по п.l, о т л и ч а ю— шийся тем, что дополнительную подачу рабочего тела осуществляют в направлении касательной к окружности с диаметром 0,5-0,9 диаметра цилиндра.

4. Способ по п.l, о т л и ч а ю— шийся тем, что дополнительную подачу рабочего тела осуществляют касательно к окружности цилиндра в направлении свечи зажигания.

5. Способ по пп.1-4, о т л и— ч а ю шийся тем, что на частич1379478

1Р 11 10 17

Жаг 2 ных нагрузках в качестве рабочего тела используют воздух и углеводородное топливо, а на полных нагрузкахвоздух и отработавшие газы.

6. Способ по пп.1-5, о т л и ч а ю шийся тем, что рабочее тело перед подачей его в цилиндр сжимают.

l379478

Фиг. Ф

Фи. 5

Составитель Л.Павлович

Техред M.Äèäûê Корректор С.Черни

Редактор П.Гереши

Тираж 505 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, iK-35, Раужская наб., д. 4/5

Заказ 959/35

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4