Бензиновый двигатель внутреннего сгорания с повышенной степенью сжатия и ограничением наполнения

 

Изобретение может быть использовано в бензиновых четырехтактных двигателях внутреннего сгорания. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания с повышенной степенью сжатия по сравнению со степенью сжатия серийного двигателя, выпускаемого заводом–изготовителем, с таким же отношением хода поршня к диаметру цилиндра содержит, по меньшей мере, один цилиндр, поршень, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную поверхностями головки и днищем поршня, и орган регулирования расхода воздуха. Объем камеры сгорания двигателя с повышенной степенью сжатия меньше стандартного объема камеры сгорания серийного двигателя. Для двигателя с повышенной степенью сжатия орган регулирования расхода воздуха выполнен с возможностью ограничения наполнения воздухом в зависимости от объема камеры сгорания, обеспечивая максимальный расход воздуха на номинальной мощности, определяемый из соотношения G_km=G_kЕ_kК_k/К_c. В приведенном соотношении G_k - расход воздуха на номинальной мощности серийного двигателя, К_k - коэффициент коррекции расхода воздуха, К_c - отношение объема камеры сгорания серийного двигателя к объему камеры сгорания двигателя с повышенной степенью сжатия, а Е_k - коэффициент увеличения плотности рабочего тела, определяемый как отношение Е_пред./Е, где Е_пред. - наибольшая степень сжатия, рекомендованная для данного типа серийного двигателя технической литературой, Е - степень сжатия серийного двигателя. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия двигателя, снижении расхода топлива и увеличении эффективности работы двигателя. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к бензиновым двигателям внутреннего сгорания, в частности к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания.

Известен бензиновый двигатель внутреннего сгорания с повышенной степенью сжатия по сравнению со степенью сжатия серийного двигателя, выпускаемого заводом-изготовителем, с таким же отношением хода поршня к диаметру цилиндра, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, поршень, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную поверхностями головки и днищем поршня, и орган регулирования расхода воздуха, причем объем камеры сгорания двигателя с повышенной степенью сжатия меньше стандартного объема камеры сгорания серийного двигателя, а степень сжатия больше степени сжатия серийного двигателя (см. патент США №4084553, МПК F 02 B 75/04, опубл. 18.04.1978).

Однако известное техническое решение имеет недостаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД), поскольку при работе с уменьшенной камерой сгорания и увеличенной степенью сжатия двигатель не имеет возможность обеспечить оптимальное количество воздуха, необходимое для эффективной работы с уменьшенным объемом камеры сгорания и увеличенной степенью сжатия.

Задачей изобретения является повышение КПД двигателя, снижение расхода топлива и увеличение эффективности работы двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что бензиновый двигатель внутреннего сгорания с повышенной степенью сжатия по сравнению со степенью сжатия серийного двигателя, выпускаемого заводом-изготовителем, с таким же отношением хода поршня к диаметру цилиндра, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, поршень, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную поверхностями головки и днищем поршня, и орган регулирования расхода воздуха, причем объем камеры сгорания двигателя с повышенной степенью сжатия меньше стандартного объема камеры сгорания серийного двигателя, согласно изобретению для двигателя с повышенной степенью сжатия орган регулирования расхода воздуха выполнен с возможностью ограничения наполнения воздухом в зависимости от объема камеры сгорания, обеспечивая максимальный расход воздуха на номинальной мощности, определяемый из соотношения G_km=G_kE_kK_k/К_c, где G_k - расход воздуха на номинальной мощности серийного двигателя, К_k - коэффициент коррекции расхода воздуха, К_c - отношение объема камеры сгорания серийного двигателя к объему камеры сгорания двигателя с повышенной степенью сжатия, а E_k - коэффициент увеличения плотности рабочего тела, определяемый как отношение Е_пред./Е, где Е_пред. - наибольшая степень сжатия, рекомендованная для данного типа серийного двигателя технической литературой, Е - степень сжатия серийного двигателя.

Величину E₁ степени сжатия двигателя внутреннего сгорания с повышенной степенью сжатия удобно определять из соотношения Е₁=ЕК_с-(К_с-1), где Е - степень сжатия серийного двигателя, К_с - отношение объемов камер сгорания серийного двигателя и двигателя с повышенной степенью сжатия.

Коэффициент коррекции расхода воздуха К_k можно определить из соотношения К_k=(V_c1+V_h1):V_h1/(V_c+V_h1):V_h1, где V_c1 - объем камеры сгорания двигателя с повышенной степенью сжатия, V_c - объем камеры сгорания серийного двигателя, a V_h1 - объем части цилиндра между верхней мертвой точкой поршня и положением поршня, при котором в цилиндре величина давления соответствует давлению в конце видимого сгорания (максимальному давлению цикла) Р_z.

Коэффициент коррекции расхода воздуха К_k можно определить и экспериментальным путем.

Величина наибольшей степени сжатия, рекомендованной для данного типа серийного двигателя технической литературой Е_пред., меньше или равна 13.

В качестве головки цилиндров может быть использована головка цилиндров серийного двигателя, у которой снята часть поверхности, прилегающей к цилиндру или блоку цилиндров.

В качестве цилиндра или блока цилиндров могут быть использованы цилиндры или блоки цилиндров серийного двигателя, у которых снята часть поверхности, прилегающая к головке цилиндров.

Толщина прокладки между головкой и цилиндром или блоком цилиндров может быть меньше толщины соответствующей прокладки серийного двигателя.

В качестве поршней двигателя с повышенной степенью сжатия могут быть использованы поршни серийного двигателя, у которых наращивается толщина днища.

Орган регулирования расхода воздуха может включать в себя дроссельную заслонку и впускные клапаны, причем площадь сечения впускных клапанов двигателя с повышенной степенью сжатия меньше площади сечения впускных клапанов серийного двигателя.

Орган регулирования расхода воздуха может быть выполнен с возможностью исключения подачи воздуха сверх максимального расхода воздуха на номинальном режиме, определяемого соотношением G_km=G_kE_kK_k/K_c на любых режимах работы двигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан двигатель внутреннего сгорания с уменьшенной камерой сгорания и повышенной степенью сжатия.

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания с повышенной степенью сжатия по сравнению со степенью сжатия серийного двигателя, выпускаемого заводом-изготовителем, с таким же отношением хода поршня к диаметру цилиндра содержит, по меньшей мере, один цилиндр или блок цилиндров 1, поршень 2, головку 3 цилиндра, камеру сгорания 4, образованную поверхностями головки 3 и днищем поршня 2, и орган регулирования расхода воздуха (на чертеже не показан). Объем камеры сгорания 4 двигателя с повышенной степенью сжатия меньше стандартного объема камеры сгорания серийного двигателя, а степень сжатия больше степени сжатия серийного двигателя.

В качестве головки 3 цилиндров заявленного двигателя может быть использована головка цилиндров серийного двигателя, у которой снята часть поверхности, прилегающей к цилиндру или блоку цилиндров.

В качестве цилиндра 1 или блока цилиндров заявленного двигателя могут использоваться цилиндры или блоки цилиндров серийного двигателя, у которых снята часть поверхности, прилегающая к головке цилиндров.

Толщина прокладки 8 между головкой 3 и цилиндром 1 или блоком цилиндров может быть меньше толщины соответствующей прокладки серийного двигателя.

В качестве поршней 2 заявленного двигателя могут быть использованы поршни серийного двигателя, у которых наращивается толщина днища.

Орган регулирования расхода воздуха включает в себя дроссельную заслонку и впускные клапаны. Площадь сечения впускных клапанов двигателя с повышенной степенью сжатия меньше площади сечения впускных клапанов серийного двигателя.

Для повышения эффективности работы двигателя с уменьшенным объем камеры сгорания и повышенной степенью сжатия уменьшают стандартный объем камеры сгорания 4 двигателя, выпускаемого заводом-изготовителем, при этом увеличивается степень сжатия по сравнению со стандартной степенью сжатия серийного двигателя. Это производится уменьшением расстояния между днищем поршня 2 и противоположной днищу поршня поверхностью 9 камеры сгорания 4. Уменьшение расстояния между днищем поршня 2 и противоположной днищу поршня поверхностью 9 камеры сгорания 4 могут осуществлять или путем снятия части поверхности головки 3, прилегающей к цилиндру, или путем снятия части поверхности цилиндра 1 или блока цилиндра, прилегающей к головке, или путем уменьшения толщины прокладки 8 между головкой 3 и цилиндром 1. При этом определяют величину К_c коэффициента уменьшения объема камеры сгорания как отношение объема уменьшенной камеры сгорания к объему стандартной камеры сгорания серийного двигателя.

Орган регулирования расхода воздуха выполняется с возможностью исключения подачи воздуха сверх максимального расхода воздуха на номинальном режиме, определяемого соотношением G_km=G_kЕ_kК_k/К_c на любых режимах работы двигателя. Это можно осуществить соответствующим подбором площади сечения впускных клапанов и установкой дроссельной заслонки в соответствующее положение, при котором на любых режимах работы двигателя расход воздуха не превысит вышеуказанного значения.

Таким образом производят ограничение наполнение двигателя воздухом, обеспечивая максимальный расход воздуха на номинальной мощности, не превышающий величину G_km, определяемую из соотношения G_km=G_kE_kK_k/K_c.

Указанное соотношение учитывает такие параметры, как G_k - расход воздуха на номинальной мощности серийного двигателя, К_k - коэффициент коррекции расхода воздуха, К_c - отношение объема камеры сгорания серийного двигателя к объему камеры сгорания двигателя с повышенной степенью сжатия, а E_k - коэффициент увеличения плотности рабочего тела, определяемый как отношение Е_пред./Е, где Е_пред. - наибольшая степень сжатия, рекомендованная для данного типа серийного двигателя технической литературой, Е - степень сжатия серийного двигателя.

При работе двигателя с уменьшенной камерой сгорания 4 впускной клапан 5 и заслонка ограничивают наполнение цилиндров двигателя воздухом, в результате чего двигатель имеет меньшее и более оптимальное значение коэффициента наполнения. Сжатие рабочего заряда происходит при большей степени сжатия, чем у серийного двигателя, а искра подается при положении поршня 2, не доходящего до ВМТ расстояния меньшего, чем при положение поршня серийного двигателя в момент подачи искры. На такте рабочего хода при этом создаются более эффективные температура и давление и увеличивается степень расширения рабочего тела, что увеличивает КПД и повышает эффективность работы двигателя и снижает расход топлива.

Расчеты и испытания показали, что для двигателя внутреннего сгорания с диаметром цилиндра 76 мм, ходом поршня 71 мм, при расходе воздуха серийного двигателя G_k=0,00031 кг/на цилиндр (коэффициент наполнения η_v=0,804) и при уменьшении камеры сгорания серийного двигателя в 1,875 раз (т.е. при величине К_c=1,875 и соответственно повышении степени сжатия с 9 до 16) по указанным выше соотношениям было получено следующее ограничение наполнения.

Максимальный расход воздуха на номинальной мощности составил G_km=0,000245 кг/цилиндр при Е_к=1,278. Коэффициент наполнения составил величину η_vм=0,635.

Формула изобретения

1. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания с повышенной степенью сжатия, по сравнению со степенью сжатия серийного двигателя, выпускаемого заводом-изготовителем, с таким же отношением хода поршня к диаметру цилиндра, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, поршень, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную поверхностями головки и днищем поршня, и орган регулирования расхода воздуха, причем объем камеры сгорания двигателя с повышенной степенью сжатия меньше стандартного объема камеры сгорания серийного двигателя, отличающийся тем, что для двигателя с повышенной степенью сжатия орган регулирования расхода воздуха выполнен с возможностью ограничения наполнения воздухом в зависимости от объема камеры сгорания, обеспечивая максимальный расход воздуха на номинальной мощности, определяемый из соотношения G_km=С_kЕ_k/К_c, где G_k - расход воздуха на номинальной мощности серийного двигателя, К_k - коэффициент коррекции расхода воздуха, К_c - отношение объема камеры сгорания серийного двигателя к объему камеры сгорания двигателя с повышенной степенью сжатия, Е_k - коэффициент увеличения плотности рабочего тела, определяемый как отношение Е_пред/Е, где Е_пред - наибольшая степень сжатия, рекомендованная для данного типа серийного двигателя технической литературой, Е - степень сжатия серийного двигателя.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что величину Е₁ степени сжатия двигателя внутреннего сгорания с повышенной степенью сжатия определяют из соотношения Е₁=ЕК_c-(К_c-1), где Е - степень сжатия серийного двигателя, К_c - отношение объемов камер сгорания серийного двигателя и двигателя с повышенной степенью сжатия.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что коэффициент коррекции расхода воздуха К_k определяют из соотношения К_k=(V_c1+V_h1):V_h1/(V_c+V_h1):V_h1, где V_c1 - объем камеры сгорания двигателя с повышенной степенью сжатия, V_c - объем камеры сгорания серийного двигателя, V_h1 - объем части цилиндра между верхней мертвой точкой поршня и положением поршня, при котором в цилиндре величина давления соответствует давлению в конце видимого сгорания (максимальному давлению цикла) Р_z.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что коэффициент коррекции расхода воздуха К_k определяют экспериментальным путем.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что величина наибольшей степени сжатия, рекомендованной для данного типа серийного двигателя технической литературой, Е_пред меньше или равна 13.

6. Двигатель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве головки цилиндров используется головка цилиндров серийного двигателя, у которой снята часть поверхности, прилегающей к цилиндру или к блоку цилиндров.

7. Двигатель по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что в качестве цилиндра или блока цилиндров используются цилиндры или блоки цилиндров серийного двигателя, у которых снята часть поверхности, прилегающая к головке цилиндров.

8. Двигатель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что толщина прокладки между головкой и цилиндром или блоком цилиндров меньше толщины соответствующей прокладки серийного двигателя.

9. Двигатель по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что в качестве поршней двигателя с повышенной степенью сжатия используются поршни серийного двигателя, у которых наращивается толщина днища.

10. Двигатель по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что орган регулирования расхода воздуха включает в себя дроссельную заслонку и впускные клапаны, причем площадь сечения впускных клапанов двигателя с повышенной степенью сжатия меньше площади сечения впускных клапанов серийного двигателя.

11. Двигатель по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что орган регулирования расхода воздуха выполнен с возможностью исключения подачи воздуха сверх максимального расхода воздуха на номинальном режиме, определяемого соотношением G_km=G_kE_kK_k/К_c на любых режимах работы двигателя.

РИСУНКИРисунок 1