Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение позволяет повысить энергетические, экономические и экологические показатели четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнем 2, головку 3, камеру сгорания 6, впускной 4 и выпускной 5 каналы и газораспределительную камеру 7, выполненную в головке 3 и сообщенную клапаном 8 с камерой сгорания 6, клапаном 9 с впускным каналом 4 и клапаном 10 с выпускным каналом 5. Причем клапаны 8, 9, 10 имеют привод от расположенных на распределительном валу (РВ) отдельных для каждого клапана кулачков, профиль которых имеет фазы открытия клапанов, включающие величины углов опережения открытия и запаздывания закрытия, а также основной угловой диапазон, составляющий: для первого клапана 360° по углу поворота коленвала (УПК), включая такты выпуска и впуска

для второго клапана 180 - 360° по УПК, включая такт впуска и частично или полностью такт сжатия

для третьего клапана 180 - 360° по УПК, включая такт выпуска и частично или полностью такт расширения. В вариантах основной угловой диапазон зоны открытия клапанов 9, 10 составляет 360° для обеспечения унификации профиля кулачков РВ и 270° для улучшения очистки свежего заряда от отработанных газов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ-И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Г ! гх 3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4727757/06 (22) 04.08.89 (46) 07.08.91. Бюл. ¹ 29 (71) Заволжский моторный завод (72) Л.П.Луков (53) 621.43.056(088.8) (56) Заявка Франции № 2455175, кл. F 02 В 23/00, опублик. 1980. (54) ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение позволяет повысить энергетические, экономические и экологические показатели четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнем 2, головку 3, камеру сгорания 6, впускной 4 и выпускной 5 каналы и газвраспределительную камеру 7, выйолненную в головке 3 и сообщенную клапаном 8 с камерой сгорания 6, клапаном

9 с впускным каналом 4. и клапаном 10 с

„„5U„„1668713 А1 выпускным каналом 5. Причем клапаны

8,9,10 имеют привод от расположенных на распределительном валу(РВ) отдельных для каждого клапана кулачков, профиль которых имеет фазы открытия клапанов, включающие величины углов опережения открытия и запаздывания закрытия, а также основной угловой диапазон, составляющий для первого клапана 360 по углу поворота коленвала (УПК), включая такты выпуска и впуска, для второго клапана 180 — 360 по УПК, включая такт впуска и частично или полностью такт сжатия, для третьего клапана 180—

360 по УП К, включая такт выпуска и частично или полностью такт расширения. В вариантах основной угловой диапазон зоны открытия клапанов 9,10 составляет 360 для обеспечения унификации профиля кулачков РВ и 270 для улучшения очистки свежего заряда от отработанных Газов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил, 1668713

Изобретение относится к машиностроению, B частности к двигателестроению, d именно к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания преимущественно с принудительным зажиганием.

Целью изобретения является повышение энергетических, экономических и экологических показателей, На фиг.1 представлен предлагаемый двигатель; на фиг,2 — варианты фаз открытия клапанов.

Двигатель содержит цилиндр 1с размещенным в нем поршнем 2, головку 3 цилиндра 1 с впускными 4 и выпускными 5 каналами, камеру 6 сгорания, образованную головкой 3 и поршнем 2 и имеющую источник воспламенения, например свечу зажигания (не показана), и газораспределительную камеру 7, выполненную в головке

3, расположенную между камерой 6 сгорания и каналами 4 и 5 и сообщенную с камерой 6 сгорания через управляемый первым кулачком (не показан) перепускной клапан

8 и с каналами 4 и 5 соответственно через управляемые вторым и третьим кулачками (не показаны) впускной 9 и выпускной 10 клапаны. Кулачки расположены на распределительном валу (не показан), При указанном расположении клапанов появляется возможность увеличения их размеров.

Профили кулачков обеспечивают фазы открытия клапанов, показанные на фиг.2 на графике зависимости хода клапана h от угла поворота коленчатого вала (УПКВ), Клапан 8 имеет фазу открытия, характеризуемую кривой 11 и состоящую из основного углового диапазона 360О, включающего такты выпуска 12 и впуска 13, а также двух дополнительных диапазонов — опережения открытия 14 и запаздывания закрытия 15 клапана 8, Клапан 9 имеет форму открытия, характеризуемую кривой 16 и состоящую из основного углового диапазона 360О, включающего такты впуска 13 и сжатия 17. а также двух дополнительных диапазонов— опережения открытия 18 и запаздывания 19 закрытия клапана 9. Клапан 10 имеет фазу открытия, характеризуемую кривой 20 и состоящую из основного углового диапазона о

360, включающего такты расширения 21 и выпуска 12, а также двух дополнительных диапазонов — опережения открытия 22 и запаздывания закрытия 23 клапана 10.

У клапана 8 диапазон 14 опережения открытия такой же, как у впускных клапанов известных серийных 4-тактных искровых

ДВС, например, с одним впускным клапаном на цилиндр, а диапазон 15 запаздывания закрытия такой же, как у выпускных клепаное известных указанных ДВС. У клапанов 9 и 10 диапазоны опережения 18 и 22 открытия и запаздывания 19 и 23 закрытия такие же. как у клапана 8.

На фиг.2 показан вариант унификации

5 кулачков всех трех клапанов 8 — 10, В вариантном исполнении (фиг.3) профили кулачков клапанов 9 и 10 могут обеспечить более раннее закрытие клапана 9 и более позднее открытие клапана 10 с целью исключения

10 перекрытия (одновременного открытия) клапанов 9 и 10 в зоне 540 угла поворота коленвала и уменьшения за счет этого загрязнения свежего заряда отработавшими газами. При этом, чтобы предотвратить рост

15 аэродинамического сопротивления клапанов 8 и 9 впуску, клапан 9 во второй половине такта впуска должен быть больше, чем клапан 8, в частности он может быть открыт полностью, что достигается при его основ20 ном угловом диапазоне фазы открытия в

270 (180 такта впуска и 90 такта сжатия).

По тем же причинам предусматривается основной угловой диапазон фазы открытия клапана 10, равный 270 (180 такта выпуска

25 и 90 такта расширения).

Двигатель работает следующим образом.

На такте расширения клапан 8 закрыт, клапан 9 в основном также закрЫт. а клапан

30 10 к середине (фиг.2) или к концу (фиг,3) такта расширения полностью открывается.

На последующем такте выпуска открывается клапан 8, причем в начале такта выпуска клапан 10 полностью открыт, оказывая ми35 нимальное сопротивление, а основное дросселирующее сопротивление оказывает постоянно открывающийся клапан 8. В середине такта выпуска оба клапана 8 и 10 открыты полностью. В конце такта выпуска

40 клапан 8 полностью открыт, а основное дросселирующее сопротивление оказывает закрывающий клапан 10. Таким образом, зона 24 выпуска, заштрихованная на фиг.2 и 3, несмотря на два работающих на выпу45 ске клапана 8 и 10. всегда формируется сопротивлением одного клапана — клапана 8 в начале выпуска и клапана 10 в конце выпуска. Если учесть, что проходное сечение этих клапанов, в особенности клапана 8, 50 существенно завышено по сравнению с известными двигателями, суммарное времясечение выше, сопротивление ниже и, как следствие, очистка камеры 6 сгорания от отработавших газов (ОГ) улучшена.

55 При последующем такте впуска клапан

8 с самого начала полностью открыт, а клапан 9 с некоторыми опережениями начинает открываться, создавая основное дросселирующее сопротивление в начальной части такта впуска. В средней части оба

1668713 клапана 8 и 9 полностью открыты, а в заключительной части такта впуска при полностью открытом клапане 9 постепенно закрывается клапан 8. создавая основное дросселирующее сопротивление, Таким образом, зона 25 впуска, заштрихованная на фиг, 2 и 3. ограничивается в начале такта открытием клапана 9, а в конце такта закрытием клапана 8, т.е, я начале и в конце основное дросселирующее сопротивление оказывает только один клапан. Поскольку именно в процессе открывания и закрывания клапана создается решающее аэродинамическое сопротивление впуску, в предлагаемом двигателе оно практически равноценно сопротивлению одного клапана, хотя на впуске работают два последовательно расположенных клапана 8 и 9, Так как каждый из этих клапанов позволяется выполнить со значительно большим проходным сечением, чем в известных двигателях. время-сечение открытия впускных клапанов

8 и 9, наполнение двигателя и его энергетические показатели возрастают. Клапан 8, используемый поочередно то как впускной, то как выпускной, может быть выполнен со значительно большими проходным сечением и временем-сечением, чем впускные и выпускные клапаны в известных двигателях, даже многоклапанных, так как в них лишь часть камеры сгорания можно отнести под клапаны впуска, а другую часть — под клапаны выпуска.

Проходные сечения клапанов 9 и 10 также могут быть значительно большими, чем у впускных и выпускных клапанов известных двигателей, так как они не связаны ограниченными размерами камеры сгорания и существует известная свобода их компоновки вокруг, камеры сгорания.

На последующем такте сжатия клапаны

8 и 10 закрыты, что позволяет иметь на этом такте клапан 9 еще не закрытым и использовать этот такт для процесса закрывания клапана 9, обеспечивая тем самым его пол.ное открытие в конце предыдущего такта впуска. При этом закрывание клапана 9 может завершаться к концу такта сжатия (вариант унифицированных кулачков, фиг.2) или в целях предотвращения перекрытия клапанов в зоне 540 УПКВ и загрязнения смеси ОГ несколько раньше, например к середине такта сжатия (фиг.3). что позволяет предотвратить перекрытие клапанов и сохранить клапан 9 полностью открытым на предыдущем такте. но приводит к разунификации клапанов.

На последующем такте расширения клапаны 8 и 9 закрыты. что позволяет использовать этот такт для подготовки к по10

55 лами соответственно через управляемые вторым и третьим кулачками впускной и выпускной клапаны, причем первый кулачок выполнен с возможностью открытия перепускного клапана в течение тактов выпуска

I следующему такту выпуска, осуществляя процесс полного Dãêðûòèÿ клапана 10 к началу такта выпуска. При этом открывание клапана 10 может начинаться в начале такта расширения (вариант унифицированных кулачков, фиг.2) или несколько позже, например с середины такта расширения (фиг.З). что предотвращает перекрытие клапанов в зоне 540 УПК, но сохраняет полное открытие клапана 10 в начале такта выпуска.

Рабочий процесс горения смеси осуществляется в камере 6 сгорания, которая благодаря размещению в ней всего одного клапана 8 может быть очень компактной, например круглого сечения. Этим обусловливается относительно малая поверхность теплоотдачи в стенки. а также относительно высокая степень сжатия в связи с отсутствием удаленных от свечи периферийных зон. являющихся источниками детонации и характерных для многоклапанных камер сгоракия. Снижение теплоотдачи и повышение степени сжатия ведут к росту индикаторного КПД и снижению расхода топлива.

Особенность рабочего процесса предлагаемого двигателя связана также с влиянием остаточных отработавших газов в газораспределительной камере 7 на горение смеси. Положительная сторона этого влия ния в том. что дополнительные остаточные ОГ из камеры 7 играют, ту же роль. которую выполняют во многих современных

ДВС специально организуемая рециркуляция ОГ из выпускной трубы в камеру сгорания с целью снижения содержания окислов азота. С этой целью объем камеры 7 при доводке двигателя может специально подбираться для получения требуемого эффекта по снижению окислов азота, Кроме того, на малых нагрузках остаточные ОГ из камеры 7 снижают насосные потери и дополнительно уменьшают расход топлива, Формула изобретения

1. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра с впускным и выпускным каналами. камеру сгорания, образованную головкой и поршнем и имеющим источник воспламенения и газораспределительную камеру. выполненную s головке. расположенную между камерой сгорания и каналами и сообщенную с камерой сгорания через управляемый первым кулачком перепускной клапан и с кана16Г) Ч713 и впуска, второй кулачок — с возможностью открытия впускного клапана в течение такта впуска, а третий кулачок — с воэможностью открытия выпускнога клапана в течение такта выпуска, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических. экономических и экологических показателей, второй кулачок выполнен с воэможностью продолженного открытия впускного клапана в течение части или всего такта сжатия и превышения величины открытия впускного клапана над величиной открытия перепускного клапана во второй половине такта впуска, а третий кулачок — с воэможностью продолженного открытия выпускного клапана в течение части или всего такта расширения и превышения величины открытия выпускного клапана над величиной открытия перепускного клапана в первой половине такта выпуска.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения изготовления, вто5 рой и третий кулачки выполнены с профилями, совпадающими с профилем первого кулачка.

3, Двигатель по п.1. отл и ч а ю щи йс я тем, что. с целью уменьшения загрязнения свежего заряда отработавшими газами, 10 второй и третий кулачки выполнены с одинаковыми профилями, причем второй кулачок выполнен с воэможностью продолженного открытия впускного клапана в течение первой половины такта сжатия, 15 а третий кулачок — с возможностью продолженного открытия выпускного клапана в течение второй половины такта расширения.