Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: в двухтактных двигателях внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой. Сущность изобретения: двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, в стенке которого выполнен по меньшей мере один продувочный канал 3, расположенный напротив выпускного канала 2, имеющего верхнюю и нижнюю стенки, размещенный в цилиндре поршень 5 и головку 6 цилиндра с выполненной в ней шатровой конической камерой сгорания 7, снабженной выемкой 8, причем выемка расположена над продувочным каналом 3 и выполнена в виде полуэллипсоида, большая ось которого параллельна образующей конической поверхности 9 камеры сгорания 7 и лежит в плоскости симметрии продувочного и выпускного каналов, при этом верхняя стенка 10 входного участка 11 выпускного канала 2 расположена в плоскости 12, касательной к окружности 13, проведенной в плоскости симметрии продувочных 3 и выпускного 2 каналов радиусом, равным большому радиусу полуэллипсоидной выемки 8 камеры сгорания, и сопряженной с ней, а нижняя стенка входного участка 11 выпускного канала параллельна верхней стенке 10, ширина продувочного канала 3, расположенного напротив выпускного канала 2, равна ширине выемки 8 камеры сгорания 7, а высота окна выпускного канала и высота окна каждого продувочного канала составляет соответственно 0,28 : 0,31 и 0,17 : 0,18 от хода поршня. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой.

Известен двухтактный двигатель, содержащий цилиндр, в стенке которого выполнены один центральный продувочный канал, расположенный напротив выпускного канала, и два боковых продувочных канала, размещенный в цилиндре поршень и головку цилиндра с шатровой конической камерой сгорания, снабженной выемкой, составляющей от 5 до 25% ее объема, расположенной над центральным продувочным каналом и выполненной в виде полуэллипсоида, большая ось которого параллельна образующей конической поверхности камеры сгорания и лежит в плоскости симметрии продувочных и выпускных каналов.

Недостатком известного двигателя является то, что расположение и параметры продувочных и выпускного каналов не согласованы с формой и размерами выемки камеры сгорания. В процессе продувки поток топливовоздушной смеси из продувочных каналов движется вверх к камере сгорания, проходит через выемку, заполняет камеру сгорания и направляется вниз, вытесняя отработавшие газы в выпускной канал. Качество продувки цилиндра и камеры сгорания, а также затраты мощности на продувку определяются параметрами вихря, который образуется в процессе продувки за счет формы выемки, выполненной в камере сгорания.

Для улучшения очистки цилиндра и камеры сгорания от отработавших газов и уменьшения затрат мощности на продувку радиус вращения вихря должен быть равен большому радиусу полуэллиптической выемки, а ширина вихря ширине выемки.

Кроме того, для повышения наполнения цилиндра и уменьшения потерь топливовоздушной смеси за счет динамической настройки выпускной системы необходимо, чтобы поток топливовоздушной смеси, возвращаемой из выпускной системы в цилиндр под действием обратной волны давления, был согласован с вихрем в цилиндре и камере сгорания.

В известном двигателе расположение и размеры выемки в камере сгорания не согласованы с направлением и размерами продувочных и выпускного каналов, что приводит к ухудшению процесса газообмена, а следовательно, к снижению мощностных и экономических показателей двигателя (снижение топливной экономичности двигателя).

Для устранения этих недостатков предлагается в двигателе верхнюю стенку входного участка выпускного канала расположить в плоскости, касательной к окружности, проведенной в плоскости симметрии продувочных и выпускного каналов радиусом, равным большему радиусу полуэллиптической выемки камеры сгорания, и сопряженной с ней, а нижнюю стенку входного участка выпускного канала расположить параллельно верхней стенке. Ширина центрального продувочного канала, расположенного напротив выпускного, равна ширине выемки камеры сгорания, а высота окна выпускного канала и высота окна каждого продувочного канала составляет соответственно 0,28:0,31 и 0,17:0,18 от хода поршня.

Такое конструктивное решение обеспечивает высокое качество продувки и наполнение цилиндра топливовоздушной смесью при минимальных затратах мощности на процесс газообмена.

На фиг. 1 представлен продольный разрез двигателя (со схемой движения газов); на фиг. 2 то же, поперечный разрез.

Предлагаемый двигатель содержит цилиндр 1 с выпускным каналом 2, центральным продувочным каналом 3, расположенным напротив выпускного, и боковыми продувочными каналами 4, размещенный в цилиндре поршень 5, головку 6 цилиндра с конической шатровой камерой сгорания 7, имеющей выемку 8, расположенную над центральным продувочным каналом 3 и выполненную в виде полуэллипсоида, большая ось которого параллельна образующей конической поверхности 9 камеры сгорания и лежит в плоскости симметрии продувочных и выпускного каналов. Верхняя стенка 10 входного участка 11 выпускного канала 2 расположена в плоскости 12, касательной к окружности 13, проведенной в плоскости симметрии продувочных и выпускного каналов радиусом, равным большому радиусу R полуэллиптической выемки 8, и сопряженной с ней, а нижняя стенка 14 входного участка выпускного канала параллельна верхней стенке и лежит в плоскости 15, проходящей выше кромки центрального продувочного канала 3. Ширина продувочного канала 3 равна ширине в выемки 8 камеры сгорания 7.

Двигатель работает следующим образом. При движении поршня 5 вниз вначале открывается выпускной канал 2 и отработавшие газы под действием перепада давления вытекают в выпускную систему, затем открываются центральный 3 и боковые 4 продувочные каналы, через которые топливовоздушная смесь поступает в цилиндр. В результате взаимодействия потоков боковых и центрального продувочных каналов формируется суммарный поток, движущийся к камере сгорания 7. При прохождении его через выемку 8 полуэллиптической формы образуется вихрь с радиусом вращения, равным большому радиусу полуэллиптической выемки камеры сгорания. Гидравлические потери на формирование вихря получаются наименьшими при ширине центрального продувочного канала, равной ширине выемки камеры сгорания. Этот вихрь топливовоздушной смеси вытесняет оставшиеся в цилиндре и камере сгорания отработавшие газы в выпускной канал, при этом часть свежей смеси продувается в выпускной канал (до 20-30%), а основная часть этой смеси вращается в виде вихря в цилиндре и камере сгорания двигателя.

На втором этапе газообмена при движении поршня 5 от НМТ вверх происходит процесс дозарядки цилиндра за счет возвращения из выпускной системы свежей смеси обратной волной давления, которая была продута в первой стадии выпуска. Для улучшения газовой динамики этого процесса необходимо, чтобы поток смеси из выпускного канала согласовывался с основным вихрем в цилиндре, для чего верхняя стенка 10 входного участка 11 выпускного канала 2 выполнена таким образом, что плоскость, в которой она расположена, касательна к окружности 13, описанной радиусом полуэллиптической выемки 8 камеры сгорания, что и делает возможным вход обратного потока из выпускного канала 2 по касательной к основному вихрю, обеспечивая малое гидравлическое сопротивление дозарядки цилиндра.

Для обеспечения эффекта дозарядки цилиндра из выпускной системы за счет обратной волны давления в широком скоростном диапазоне нижняя стенка 14 входного участка выпускного канала выполнены параллельно верхней стенки 10, что обеспечивает направление потока из выпускного канала в цилиндр касательно вихрю смеси в широком скоростном диапазоне работы двигателя, а для того, чтобы исключить протекание смеси из этого потока в центральный продувочный канал 3, плоскость, в которой лежит нижняя стенка 14 входного участка выпускного канала 2, расположена выше верхней кромки этого канала.

Испытания опытного образца предлагаемого двигателя показали, что наименьший расход топлива получен при высоте окна выпускного канала и высоте окна каждого продувочного канала соответственно 0,28:0,31 и 0,17:0,18 от хода поршня.

Формула изобретения

1. ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндр, в стенке которого выполнен по меньшей мере один продувочный канал, расположенный напротив выпускного канала, имеющего верхнюю и нижнюю стенки, размещенный в цилиндре поршень и головку цилиндра с выполненной в ней шатровой конической камерой сгорания, снабженной выемкой, причем выемка расположена над продувочным каналом и выполнена в виде полуэллипсоида, большая ось которого параллельна образующей конической поверхности камеры сгорания и лежит в плоскости симметрии продувочного и выпускного каналов, отличающийся тем, что верхняя стенка входного участка выпускного канала расположена в плоскости, касательной к окружности, проведенной в плоскости симметрии продувочных и выпускного каналов радиусом, равным большему радиусу полиэллипсоидной выемки камеры сгорания и сопряженной с ней, а нижняя стенка входного участка выпускного канала параллельно верхней стенке.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ширина продувочного канала, расположенного напротив выпускного, равна ширине выемки камеры сгорания.

3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что высота окна выпускного канала и высота окна каждого продувочного канала составляют соответственно 0,28 0,31 и 0,17 0,18 хода поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2