Способ организации сгорания и камера сгорания карбюраторного двигателя

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от искры. Способ организации процесса сгорания состоит в том, что при перемещении поршня вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) весь объем камеры сгорания делится на малые объемы, зажигание и горение малых объемов протекает независимо друг от друга до окончания активного тепловыделения, пока существует опасность возникновения детонации. Затем малые объемы смеси соединяются и догорание происходит во всем объеме. Для организации такого сгорания крышка цилиндра и днище поршня камеры сгорания (КС) имеют выступы с сопряженными поверхностями, которые перемещаются друг относительно друга при движения поршня вблизи ВМТ и разделяют КС на две или несколько полостей, причем каждая полость имеет вытеснитель, свечу зажигания, впускной и выпускной клапаны. Изобретение обеспечивает улучшение антидетонационных свойств карбюраторных двигателей. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от искры.

Задача изобретения - улучшение антидетонационных свойств двигателя.

Известно, чем больше диаметр цилиндра, тем выше требования двигателя к детонационной стойкости топлива. Например, увеличение диаметра цилиндра в два раза, с 60 до 120 мм, требует повышения октанового числа топлива в среднем на 12...14 ед.

Это объясняется особенностями развития и возникновения первичных очагов самовоспламенения в последней (несгоревшей) части заряда. Размеры этих очагов пропорциональны масштабу турбулентных пульсаций, а последние - линейным размерам камеры сгорания (КС). В процессе воспламенения таких очагов возрастает вероятность возникновения ударных волн с амплитудой, достаточной для инициирования воспламенения смежных объемов горючей смеси и, таким образом, зарождения детонационной волны.

Самовоспламенение может вызвать детонацию, если к моменту его возникновения в последней части заряда осталось не менее 10% цикловой дозы топлива. В период активного тепловыделения процесса сгорания, который в современных двигателях при работе на режимах вероятного возникновения детонации составляет порядка 40...50^o поворота коленчатого вала (ПКВ), выгорает 90... 95 процентов цикловой дозы топлива.

Из изложенного следует, если разделить весь объем КС временно, при положении поршня вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) (примерно ±30^o ПКВ относительно ВМТ), на более мелкие объемы и организовать в них независимое горение смеси на период активного тепловыделения, то склонность двигателя к детонации снизится.

Известные способы организации процесса сгорания путем разделения всего объема КС на две или более частей можно отнести к постоянному или мгновенному разделению объема.

В первом случае весь объем КС делится на объемы основной камеры и дополнительной (предкамера или форкамера), соединенной с основной камерой каналами. Процесс сгорания в этих КС существенно отличается от предлагаемого способа, и, кроме того, двигатели с такими КС не получили широкого распространения в силу органически присущих им недостатков.

Во втором случае разделение всего объема КС происходит на мгновение при положении поршня в ВМТ, и только начальная стадия процесса сгорания, когда нет опасности появления детонации, протекает в одном небольшом объеме. Основное же горение протекает во всем объеме КС, как и в однополостной КС при одинаковых степени сжатия и размерах цилиндра. Это камера с двухстадийным процессом сгорания, являющаяся прототипом данного изобретения (с. 48, Итоги науки и техники (двигатели внутреннего сгорания): Пути повышения экономичности автотракторных двигателей/ В. А.Лунье, В.А.Мангушев, И.В.Маркова. - ВИНИТИ, 1982, т.3, 232 с.) Отличие предлагаемого способа организации сгорания состоит в том, что разделение всего объема КС на более мелкие происходит временно. Зажигание и последующее горение малых объемов смеси протекает независимо друг от друга в течение времени, пока существует опасность возникновения детонации, то есть до окончания активного тепловыделения. Затем малые объемы соединяются и в завершающей стадии процесса сгорания - фазе догорания горение протекает во всем объеме. При соединении объемов смесь дополнительно турбулизируется, что способствует более интенсивному горению. В результате увеличения как объема, так и интенсивности горения увеличивается полнота догорания топлива.

Реализация такого способа организации сгорания показана на примере двухполостной камеры сгорания, схематично изображенной на фиг.1. Камера сгорания образована поверхностями крышки цилиндра 1, цилиндра 2 и поршня 3. На крышке цилиндра выполнен выступ 4, а на днище поршня - выступ 5. При движении поршня возле ВМТ выступы перемещаются друг относительно друга сопряженными поверхностями с зазором "а". Форма сопряженных поверхностей произвольная, вплоть до цилиндрической поверхности. Величина зазора "а" минимальна, исходя из конструктивных и технологических возможностей.

Сопряженные поверхности выступов разделяют вблизи ВМТ весь объем КС на два объема, образуя полости I и II. Каждая полость имеет впускной 6, выпускной 7 клапаны, свечу зажигания 8 и вытеснители 9 и 10. Геометрической формой и расположением вытеснителей можно придать любую форму полостям как самостоятельным камерам сгорания. Аналогичным образом выступами, выполненными попарно на днище поршня и крышке цилиндра, можно разделить камеру сгорания на три и более полости.

Ввиду малости зазора "а" горение смеси в нем физически невозможно, поэтому в полостях I и II будет протекать независимое горение, пока поршень не переместится к нижней мертвой точке (НМТ) на величину перекрытия сопряженных поверхностей ΔS (см. фиг.2). В зависимости от степени сжатия, геометрической формы поверхностей, размеров вытеснителей и применяемого топлива величина перекрытия ΔS будет иметь оптимальное значение для каждой конкретной КС, и определить это значение можно только опытным путем.

На основе вышеизложенного значение перекрытия, оцениваемое в градусах поворота коленчатого вала, можно принять в первом приближении равным ±30^o ПКВ относительно ВМТ. При компоновке конкретной КС величину перекрытия можно менять за счет зазоров "в" и "с". Для большинства КС, вплоть до степени сжатия 10, этого будет достаточно. В случае необходимости перекрытие ΔS можно увеличить путем выполнения канавок 11 и 12 в крышке и днище поршня и увеличения длины соответствующих выступов 4 и 5 (фиг.2).

Формула изобретения

1. Способ организации процесса сгорания путем разделения всего объема камеры сгорания на две или более части, отличающийся тем, что разделение всего объема на малые объемы, зажигание и независимое друг от друга горение смеси малых объемов осуществляют временно до окончания активного тепловыделения, после чего объемы соединяют и догорание смеси проводят во всем объеме.

2. Камера сгорания карбюраторного двигателя, образованная поверхностями крышки цилиндра, цилиндра и поршня, разделенная на две или более полости, отличающаяся тем, что на крышке и поршне выполнены попарно выступы, имеющие сопряженные поверхности произвольной формы, которые перекрывают друг друга при перемещении поршня вблизи верхней мертвой точки и временно разделяют камеру сгорания на две или более полости, причем каждая полость имеет вытеснитель любой формы, впускной, выпускной клапаны и свечу зажигания.

3. Камера по п.2, отличающаяся тем, что в крышке цилиндра и днище поршня выполнены канавки под соответствующие выступы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2