Двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить эффективность показателей и снизить токсичность отработавших газов двигателя. В головке цилиндра размещена дополнительная камера, сообщенная с основной камерой при помощи соединительного канала 11, смещенного относительно электрической свечи в поперечном направлении. Свечная полость 14 с размещенными в ней электродами 13 свечи соединена с основной камерой и подключена при помощи дополнительного канала 15 к каналу 11, который выполнен в виде конуса или щели. Такое его выполнение подавляет детонацию. Смещение запальной свечи в зону размещения выпускного клапана 8 и возникающее явление ускорения в выжигании остаточного заряда в комплексе с усилением турбулизации в заключительных фазах стимулирует выжигание пироксидов. При отклонении пламенных струй продуктов сгорания, выбрасываемых из дополнительной камеры, увеличивается скорость выгорания цилиндрового заряда. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. Цель изобретения - повышение эффективных показателей и снижение токсичности отработавших газов двигателя. На фиг.1 изображен описываемый двигатель; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - вариант описываемого двигателя; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг. 3. Описываемый двигатель содержит основную камеру 1 сгорания, образованную днищем 2 поршня, размещенного в цилиндре 4, и огневым днищем 5 головки 6 цилиндра 4, снабженным впускным 7 и выпускным 8 клапанами и вытеснителем 9 
-образной формы, дополнительную камеру 10 сгорания, выполненную в головке 6 цилиндра 4 и сообщенную с основной камерой 1 при помощи соединительного канала 11, расширяющегося в сторону основной камеры 1, свечу 12 зажигания с электродами 13, размещенными в свечной полости 14 вблизи соединительного канала 11, соединенной с основной камерой 1 и подключенной при помощи дополнительного канала 15 к соединительному каналу 11. Двигатель по I варианту снабжен соединительным каналом 11,выполненным в виде конуса, свечная полость 14 смещена в сторону выпускного клапана 8, а ось соединительного канала 11 совмещена с осью симметрии вытеснителя 9. Двигатель по II варианту снабжен соединительным каналом 11, выполненным в виде щели, продолжения образующих которой равноудалены от выступа вытеснителя 9, ось соединительного канала 11 смещена в сторону выпускного клапана 8, а свечная полость 14 размещена на оси симметрии вытеснителя 9. Описываемый двигатель работает следующим образом. При перемещении поршня от НМТ к ВМТ, т.е. в процессе сжатия, часть цилиндрового заряда перетекает из основной камеры 1 в дополнительную камеру 10, в которой после подмешивания остаточных газов образуется форкамерная рабочая смесь. В положении поршня 3 вблизи ВМТ на сжатии на электроды 13 свечи 12 подается высоковольтное напряжение, разряд которого поджигает рабочую смесь в спокойной зоне основной камеры 1 сгорания. Возникший очаг горения в процессе своего развития в пространстве формирует фронт пламени. Однако благодаря большой направленной скорости перемещения вихревой вытеснительной крупномасштабной турбулизации основная составляющая скорости распространения пламени, как это показано на фиг.1 и 3, совпадая с вектором перемещения вихревого движения цилиндрового заряда, образует (выжигает) замкнутую стоячую пространственную зону первичного фронта пламени камеры 1 сгорания, проходящего через электроды 13 свечи 12. От этого стоячего первичного фронта пламя распространяется в обоих противоположных направлениях по нормали, а также, перемещаясь по кратчайшему пути, поджигает заряд на входе в дополнительную камеру 10. Под воздействием продолжающегося перетекания цилиндрового заряда в дополнительную камеру 10, а также вследствие естественного закона распространения фронта пламени заряд в камере 10 выгорает, а образующиеся пламенные продукты сгорания выбрасываются в направлении выступа вытеснителя 9. Вследствие повышенной (в 2-3 раза по отношению к основной полости) концентрации остаточных газов форкамерный заряд в начальных фазах выгорает с отставанием, что является одной из первопричин возникновения сдвига фаз сгорания. Другой причиной, приводящей к увеличению фазового сдвига в процессе сгорания, являются путевые задержки, возникающие в процессе перетекания форкамерных пламенных газов от соединительного канала 11 до торцовой поверхности вытеснителя 9. Более высокая, чем в основной полости, температура в процессе сжатия-сгорания стимулирует прогрессивное увеличение концентрации пироксидов в непрореагировавшей части заряда форкамерной полости, а следовательно, более быстрое его выгорание по отношению к основной полости камеры сгорания. В результате этого выброс пламенных газов из форкамерной полости происходит в ускоряющемся (нарастающем) темпе. Сдвиг фаз сгорания в сочетании с турбулизацией заряда основной камеры 1 в нарастающем темпе этими пламенными газами по мере приближения к заключительным фазам сгорания стимулирует в комплексе сокращение фазы догорания. После завершения процесса сгорания следуют за ним, как обычно процессы расширения, выпуска и впуска, после чего рабочий цикл периодически повторяется. Таким образом особенности организации процесса сгорания в предлагаемом конструктивном варианте со смещенным соединительным каналом 11 относительно свечи 12 в поперечном направлении к вихрям вытеснительной турбулизации заключаются в следующем. Несмотря на большую поступательную скорость вихрей вытеснительной турбулизации относительно входа в соединительный канал 11 и малую скорость нормального закона распространения фронта пламени, благодаря заглублению электродов свечи 12 и незначительному расстоянию в сопряжении электродов 13 запальной свечи 12 с соединительным каналом 11, а также сложению векторов скоростей продолжающего перетекать в дополнительную камеру 10 цилиндрового заряда и нормальной составляющей скорости распространения фронта пламени от первичного развивающегося очага воспламенения по кратчайшему пути, т.е. без сноса, факел проникает в дополнительную камеру 10. Это стимулирует повышение стабилизации воспламенения в начальных фазах стабильного развития процесса сгорания в обеих камерах сгорания в последующих фазах, т.е. обеспечивает более высокую воспроизводимость процесса сгорания в последующих циклах и расширение тем самым диапазона частоты вращения коленвала. Выброс пламеных газов из дополнительной камеры 10 в нарастающем темпе в зону остаточного заряда поджигается последний в зоне контакта, а также, приводя его во вращение в периферийных зонах, ускоряет поступательное перемещение фронта пламени. Вытеснение же противолежащей части остаточного заряда в область выгоревшего в начальных фазах сгорания приводит к его выгоранию по мере поступления в эту уже охваченную пламенем область, что придает дополнительное ускорение в выжигании остаточного заряда. Ускорение в выжигании остаточного заряда вместе с образующимися и накапливающимися пироксидами в комплексе с усилением турбулизации в заключительных фазах и с сокращением длительности фазы догорания приводит к уменьшению оптимальных углов опережения зажигания, сокращению длительности высокотемпературного воздействия на цилиндровый заряд. В результате этого замедляются реакции образования окислов азота NOх. Также в результате сокращения фазы догорания полнее выжигаются токсические компоненты СО и СН. Процесс подавления детонации имеет место как в варианте с коническим соединительным каналом 11, так и с щелевым. Однако с точки зрения получения наибольшего эффекта более предпочтителен канал щелевой формы, полнее использующий как тепловую (зажигательную), так и кинетическую (турбилизирующую) составляющую энергетической характеристики дополнительной камеры. В связи с убывающим характером управляющего воздействия на процесс сгорания вихрей крупномашстабной вытеснительной турбулизации по мере пересжатия двигателя смещение запальной свечи 12 в зону выпускного клапана 8 в еще большей мере стимулирует выжигание пироксидов, т.е. уже в начальных фазах сгорания и зоне наибольшей их концентрации. Это тем более желательно в двигателях большей размерности (Дц
100 мм), когда трудноразрешимой проблемой становится охлаждение выпускного клапана. При отклонении пламенных струй продуктов сгорания, выбрасываемых из дополнительной камеры 10, увеличивается скорость выгорания цилиндрового заряда в застойных зонах, что также благоприятствует расширению рабочего диапазона частоты вращения коленвала, в особенности при плоской форме струй.
Формула изобретения
1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий основную камеру, образованную днищем поршня, размещенного в цилиндре, и огневым днищем головки цилиндра, снабженным впускным и выпускным клапанами и вытеснителем-образной формы, дополнительную камеру, выполненную в головке цилиндра и сообщенную с основной камерой при помощи соединительного канала, расширяющегося в сторону последней, и свечу зажигания с электродами, размещенную вблизи соединительного канала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективных показателей и снижения токсичности отработавших газов, в головке цилиндра выполнена свечная полость с размещенными в ней электродами свечи, соединенная с основной камерой и подключенная при помощи дополнительного канала к соединительному каналу. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что соединительный канал выполнен в виде конуса, свечная полость смещена в сторону выпускного клапана, а ось соединительного канала совмещена с осью симметрии вытеснителя. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что соединительный канал выполнен в виде щели, продолжения образующих которой равноудалены от выступа вытеснителя, ось соединительного канала смещена в сторону выпускного клапана, а свечная полость размещена на оси симметрии вытеснителя.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
