Двигатель внутреннего сгорания



Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания

 


Владельцы патента RU 2537668:

Ахметов Эмель Борисович (RU)

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, кинематически связанный с коленчатым валом, головку цилиндра с установленными в ней впускным и выпускным клапанами, камеру сгорания на днище поршня, выполненную в виде выемки от тела вращения, ось которой совпадает с осью цилиндра или располагается вблизи него, завихрители заряда в форме торцевых выступов с тангенциальными каналами располагаются вокруг камеры сгорания на днище поршня и примыкают к выемке в головке цилиндра при положении поршня в ВМТ, клапаны располагаются на выемках в головке цилиндра, глубина которых соответствует глубине выемки головки цилиндра, и источник воспламенения, установленный в выемке головки цилиндра, при этом на быстроходных двигателях в основном с искровым зажиганием основной объем камеры сгорания выполняется в выемках головки цилиндра, в том числе под клапаны, а выемка на днище поршня, расположенная во внутреннем контуре завихрителей зарядов, составляет до 40% всего объема камеры сгорания, а для дизелей выемка на днище поршня, расположенная во внутреннем контуре завихрителей заряда, составляет от примерно от 40% до 70% всего объема камеры сгорания или до объема камеры сгорания за вычетом объема в зазоре между поршнем и головкой и объема углубления в головке цилиндра глубиной, соответствующей высоте торцевых выступов на днище поршня, причем вихревое движение заряда на впуске совпадает по направлению с направлением тангенциальных каналов днища поршня. 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания как с искровым зажиганием, так и с воспламенением от сжатия.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, кинематически связанный с коленчатым валом, головку цилиндра с установленными в ней впускным и выпускным клапанами, камеру сгорания на днище поршня, выполненную в виде выемки от тела вращения, ось которой совпадает с осью цилиндра или располагается вблизи него, завихрители заряда в форме торцевых выступов с тангенциальными каналами располагаются вокруг камеры сгорания на днище поршня и примыкают к выемке в головке цилиндра при положении поршня в ВМТ, клапаны располагаются на выемках в головке цилиндра, глубина которых соответствует глубине выемки головки цилиндра, и источник воспламенения, установленный в выемке головки цилиндра. Такой двигатель соответствует патенту RU 2309271, 2005. стр5. Однако расположение основного объема сгорания на днище поршня существенно увеличивает массу поршня для быстроходных двигателей с искровым зажиганием, что в свою очередь повышает инерционные нагрузки на поршень, палец поршня, шатунные и коренные подшипники. Поэтому основной объем камеры сгорания выполняется в выемках головки цилиндра (в том числе под клапана), а выемка на днище поршня, расположенная во внутреннем контуре завихрителей заряда составляет до 40% всего объема камеры сгорания, а для дизелей выемка на днище поршня, расположенная во внутреннем контуре завихрителей заряда составляет от 40% до 70% всего объема камеры сгорания или до объема камеры сгорания за вычетом объема в зазоре между поршнем и головкой и объема в головке цилиндра глубиной, соответствующей высоте торцевых выступов на днище поршня.

Для достижения надежности и повышения ресурса двигателя организуется охлаждение торцевых выступов на днище поршня и самого поршня путем выполнения на впуске вихревого движения на дизелях и форсированных двигателях с искровым зажиганием. Вихревое движение заряда на впуске совпадает по направлению вращения микровихрей в камере сгорания. Одновременно с охлаждением поршня достигается подогрев заряда.

Количество торцевых выступов на днище поршня соответственно и количество тангенциальных каналов составляет от 8 до 30 шт. и зависит от диаметра цилиндра.

Высота торцевых выступов составляет 0,06…0,12 радиуса кривошипа и зависит от номинальных оборотов двигателя.

Двигатели как дизели, так и с искровым зажиганием могут быть:

- с одним впускным и одним выпускным клапаном, при этом свеча зажигания располагается на боковой поверхности выемки в головке цилиндра, а форсунка на дне этой выемки;

- с двумя впускными и одним выпускным клапаном, при этом свеча зажигания располагается на боковой поверхности выемки в головке цилиндра, а форсунка на дне этой выемки;

- с двумя впускными и двумя выпускными клапанами, при этом свеча зажигания и форсунка располагаются на дне выемки головки цилиндра.

Для истечения большого количества заряда через каналы завихрителей на быстроходных двигателях с одним впускным и одним выпускным клапаном или с двумя впускными и одним выпускным клапаном на днище поршня в зоне вытеснения могут выполняться две выемки, которые примыкают к стенкам выемок под клапана при положении поршня в ВМТ. Эти выемки создают гидравлическое сопротивление и дополнительно турбулизируют заряд в зоне выемок под клапана (фиг.3, фиг.4).

На дизеле камера сгорания, торцевые выступы и зона вытеснителя на днище поршня выполняется из высоколегированной коррозионно-стойкой и жаростойкой стали в форме вставок, которые влиты или закреплены в днище поршня. При литье в алюминиевый поршень вставка снабжается круговыми выступами на наружной поверхности дна в форме ласточкиного хвоста в поперечном сечении и выступы состоят из двух половин или нескольких частей.

При малой толщине днища поршня и малой глубине вставки в быстроходных дизелях вставка снабжается круговыми выступами в форме ласточкина хвоста на внутренней поверхности в зоне вытеснения (см. фиг.7), круговые выступы состоят из нескольких частей для снижения массы поршня. В другом случае круговые выступы располагаются на наружной боковой поверхности вставки с противоположно направленными уклонами, прижимающими вставку к днищу поршня как при прогреве поршня, так и при его остывании (см. фиг.8).

На дизелях с одним впускным и выпускным клапаном, с двумя впускными и одним выпускным клапаном, с двумя впускными и двумя выпускными клапанами при выступании тарелки клапана над поверхностью дна выемки в головке цилиндра торцевые выступы на днище поршня, примыкающие к тарелкам клапанов, могут выполняться меньшей высоты для исключения их соприкосновения с тарелками клапанов (фиг.6).

При выполнении алюминиевого поршня штамповкой (изотермическим выдавливанием) применяется крепление стальной вставки одним центральным болтом, а под гайки устанавливаются пружинные шайбы для компенсации разного теплового расширения алюминиевого поршня и стальных деталей (фиг.9).

Пружинные шайбы применяются обычно при больших диаметрах цилиндра. В отдельных случаях крепление вставки одним центральным болтом применяется и при выполнении алюминиевого поршня литьем.

При малой глубине стальной вставки крепление его осуществляется одним центральным винтом в тело днища поршня.

На чертежах изображен ДВС, где:

Фиг.1 - поперечный разрез двигателя с искровым зажиганием (сечение А-А на фиг.2).

Фиг.2 - вид на головку цилиндра со стороны поршня с двумя впускными и одним выпускным клапанами.

Фиг.3 - вид на поршень со стороны головки цилиндра.

Фиг.4 - разрез неглубокой выемки сечений Б-Б на фиг.3.

Фиг.5 - поперечный разрез дизеля.

Фиг.6 - вид на поршень со стороны головки цилиндра дизеля.

Фиг.7 - разрез вставки с круговыми выступами в зоне вытеснителя.

Фиг.8. - разрез вставки с круговыми выступами на наружной боковой поверхности вставки.

Фиг.9 - разрез поршня с креплением стальной вставки одним центральным болтом.

Двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр 1 с размещенным в нем поршнем 2, кинематически связанным с коленчатым валом (на фигурах не показан), головку 3 цилиндра 1 с установленными в ней впускными 4 и 5 и выпускными 6 клапанами, камеру сгорания 7, выполненную в виде выемки 8 на головке цилиндра 3 и выемки 9 на днище 10 поршня 2, выемка 8 на головке цилиндра сопрягается с выемкой 9 на днище поршня при положении поршня в верхней мертвой точке.

Выемка 9 на днище поршня составляет до 40% объема камеры сгорания для быстроходного двигателя с искровым зажиганием, а для дизеля от 40% до 70% всего объема камеры сгорания.

Завихрители заряда выполнены в виде торцевых выступов 11, охватывающих выемку 9 на днище поршня. Торцевые выступы 11 входят в выемку 8 на головке цилиндра при положении поршня в верхней мертвой точке. Торцевые выступы 11 образуют тангенциально направленные каналы 12. Кромки торцевых выступов закруглены радиусом. Количество торцевых выступов и тангенциальных каналов составляет от 8 до 30 шт. и зависит от диаметра цилиндра. Высота торцевых выступов колеблется в пределах 0,06÷12 радиуса кривошипа и зависит от оборотов двигателя. Впускные клапаны 4 и 5 и выпускной клапан 6 располагаются в выемках 13 и 14 на головке цилиндра.

Источником воспламенения является свеча зажигания 15, которая располагается на боковой поверхности выемки 8 на головке цилиндра для двух и трех клапанов на цилиндр и на дне выемки 8 для четырех клапанов на цилиндр. Источник воспламенения - форсунка 16 для дизеля располагается на дне выемки 8.

В отдельных случаях на днище поршня в зоне вытеснителя выполняются неглубокие выемки 17 (фиг.3), которые примыкают к выемкам под клапаны при положении поршня в верхней мертвой точке, неглубокие выемки обеспечивают дополнительную турбулизацию заряда в камере сгорания как в объеме выемок под клапаны, так и через завихрители, создавая сопротивление истечению в зоне выемок.

На дизельном двигателе для исключения перегрева поршня и потерь тепла камера сгорания с торцевыми выступами выполняется в виде вставки 18 из материалов с меньшим коэффициентом теплопередачи, чем алюминиевый сплав, вставка перекрывает днище поршня полностью. Вставка из высоколегированной коррозионно-стойкой и жаростойкой стали закрепляется или вливается в днище поршня из алюминиевого сплава. Вставка снабжена круговым выступом 19 на наружной поверхности дна камеры, в поперечном сечении круговой выступ выполнен в форме ласточкина хвоста и состоит из двух частей для снижения массы поршня. Круговые выступы в форме ласточкина хвоста 22 могут выполняться на внутренней поверхности в зоне вытеснителя (см. фиг.8), также они могут выполняться на наружной поверхности вставки 23 (см. фиг.7). Торцевые выступы среднеоборотных дизелей, примыкающие к тарелкам клапанов при положении поршня в ВМТ, могут выполняться меньшей высоты для исключения их соприкосновения с клапанами. На фиг.6 в зоне 20 под впускным клапаном и в зоне 21 под выпускным клапаном торцевые выступы имеют меньшую высоту (зоны 20 и 21 показаны пунктирными линиями).

На фиг.9 изображено крепление стальной вставки к алюминиевому поршню, изготовленному в большинстве случаев штамповкой, одним центральным болтом 24, а под гайки 25 устанавливаются одна или несколько пружинных шайб 26. Обычно пружинные шайбы 26 применяются при больших диаметрах цилиндра.

При малой толщине днища поршня крепление вставки может осуществляться центральным винтом в тело днища поршня. На фигурах такое крепление не изображено.

Двигатель работает следующим образом. Во время такта сжатия при подходе поршня к ВМТ торцевые выступы 11 отсекают заряд, находящийся в зоне вытеснения, от камеры сгорания.

Так как движение поршня продолжается, то заряд вытесняется в камеру сгорания через направляющие каналы 12, тангенциально расположенные к камере сгорания. По мере движения поршня к ВМТ сечение направляющих каналов уменьшается, т.к. поверхность головки цилиндров в зоне вытеснителя перекрывает направляющие каналы по высоте по мере движения поршня к ВМТ, таким образом создается высокая скорость истечения заряда в камеру сгорания. Поршень 2 плотно подходит к головке 3 цилиндра 1, зазор в вытеснителе должен быть минимальным. В кромках торцевых выступов 11 при истечении заряда образуются микровихри больших скоростей и энергий, которые за счет тангенциального расположения каналов 12 получают вращательное движение относительно оси камеры сгорания, что позволяет уменьшить интенсивность вихревого движения заряда на впуске и снизить насосные потери дизеля. Около ВМТ свеча зажигания 15 воспламеняет заряд. За счет микровихрей и вращательного движения их относительно оси камеры образуются гомогенный заряд в бензиновых двигателях, который быстрее и полнее сгорает. В дизельных двигателях происходит качественное смесеобразование, заряд сгорает с более высокой скоростью и с большей полнотой. При обратном истечении заряда из камеры сгорания в зону вытеснителя образуются микровихри из заряда и продуктов сгорания, которые обеспечивают полное сгорание топлива между днищем поршня и поверхностью головки цилиндра.

За счет качественного смесеобразования, качественной термодинамики цикла и большей скорости и полноты сгорания повышается к.п.д. двигателя на всех режимах и значительно снижается содержание CO, CH, NOx в отработавших газах. Кроме того, в дизелях достигается значительное снижение выделения твердых частиц и бездымное сгорание при коэффициенте избытка воздуха α=1,1÷1,2, что позволяет достичь значительного увеличения литровой мощности и крутящего момента. При запуске бензинового двигателя при отрицательных температурах уменьшается износ двигателя за счет обеспечения эффективного сгорания при запуске и прогреве двигателя. В дизелях достигается значительное снижение выброса углеводородов и образование сажи при прогреве двигателя после запуска при отрицательных температурах окружающей среды. Снижение выделения сажи на всех режимах работы дизеля обеспечивает повышение ресурса поршня, поршневых колец и гильзы цилиндров. Эффективное охлаждение днища поршня и самого поршня, возникающее за счет образования микровихрей на торцевых выступах и тангенциальных каналах на днище поршня при огибании их вращающимся зарядом в цилиндре, организованным впускным каналом на головке цилиндра, позволяет значительно поднять литровую мощность двигателя и значительно увеличить ресурс двигателя. Кроме того, микровихри обеспечивают значительное уменьшение периода задержки самовоспламенения, «мягкий» процесс и снижение уровня шума.

Предлагаемое изобретение «Двигатель внутреннего сгорания» позволит значительно улучшить энергетические, экономические, экологические показатели двигателя, увеличить ресурс его за счет обеспечения более полного сгорания при запуске и прогреве при отрицательных температурах, снизить шумность дизелей при непосредственном впрыске топлива в неразделенную камеру сгорания. Внедрение двигателя по изобретению не требует дополнительных затрат в действующих производствах и существенного изменения технологии их изготовления.

Предложенное изобретение позволит широко использовать в качестве топлива сжатый и сжиженный газ, запасы которого значительно больше, чем нефти, так как изобретение позволяет значительно повысить эффективность двигателя за счет обеспечения горения с высокой скоростью этих топлив, а также обеспечить более высокую надежность и ресурс двигателя при использовании этих топлив за счет снижения температуры на выхлопе. Снижение температуры на выхлопе снижает температуру поршня, гильз цилиндров, колец, клапанов, направляющих втулок клапанов, седел клапанов и таким образом обеспечивается повышение ресурса ДВС.

1. Двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, кинематически связанный с коленчатым валом, головку цилиндра с установленными в ней впускным и выпускным клапанами, камеру сгорания на днище поршня, выполненную в виде выемки от тела вращения, ось которой совпадает с осью цилиндра или располагается вблизи него, завихрители заряда в форме торцевых выступов с тангенциальными каналами располагаются вокруг камеры сгорания на днище поршня и примыкают к выемке в головке цилиндра при положении поршня в ВМТ, клапаны располагаются на выемках в головке цилиндра, глубина которых соответствует глубине выемки головки цилиндра, и источник воспламенения, установленный в выемке головки цилиндра, отличающийся тем, что на быстроходных двигателях в основном с искровым зажиганием основной объем камеры сгорания выполняется в выемках головки цилиндра, в том числе под клапана, а выемка на днище поршня, расположенная во внутреннем контуре завихрителей зарядов, составляет до 40% всего объема камеры сгорания, а для дизелей выемка на днище поршня, расположенная во внутреннем контуре завихрителей заряда, составляет от примерно от 40% до 70% всего объема камеры сгорания или до объема камеры сгорания за вычетом объема в зазоре между поршнем и головкой и объема углубления в головке цилиндра глубиной, соответствующей высоте торцевых выступов на днище поршня, причем вихревое движение заряда на впуске совпадает по направлению с направлением тангенциальных каналов днища поршня.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что количество торцевых выступов на днище и соответственно количество тангенциальных каналов зависит от диаметра цилиндра и составляет от 8 до 30 шт., а высота торцевых выступов зависит от номинальных оборотов двигателя и составляет от 0,06 до 0,012 радиуса кривошипа.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что содержит один впускной и один выпускной клапан, источник воспламенения - свеча зажигания располагается на боковой поверхности выемки в головке цилиндра, а форсунка - на дне этой выемки.

4. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что содержит два впускных и один выпускной клапан, источник воспламенении - свеча зажигания располагается на боковой поверхности выемки в головке цилиндра, а форсунка - на дне этой выемки.

5. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что содержит два впускных и два выпускных клапана, а источник воспламенения располагается на дне выемки головки цилиндра.

6. Двигатель по п.3 или 4, отличающийся тем, что на днище поршня в зоне вытеснителя выполняются выемки, которые примыкают к стенкам выемок под клапана при положении поршня в верхней мертвой точке.

7. Двигатель по п.3, или 4, или 5, отличающийся тем, что на дизеле камера сгорания, торцевые выступы и зона вытеснителя на днище поршня выполнены из высоколегированной, коррозийно-стойкой и жаростойкой стали в форме вставки, которая вливается или закрепляется в днище поршня.

8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что вставка снабжается круговыми выступами на наружной поверхности дна в форме ласточкина хвоста, круговые выступы состоят из двух или нескольких частей.

9. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что вставка снабжается круговыми выступами в форме ласточкина хвоста на внутренней поверхности в зоне вытеснителя, круговые выступы состоят из нескольких частей.

10. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что вставка снабжается круговыми выступами на наружной боковой поверхности камеры сгорания и имеют две поверхности с противоположно направленными уклонами, прижимающими вставку к днищу поршня как при прогреве поршня, так и при его остывании.

11. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что на дизеле торцевые выступы, примыкающие к тарелкам клапанов, выполняются меньшей высоты для исключения их соприкосновения при положении поршня в ВМТ.

12. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что при изготовлении алюминиевого поршня штамповкой или литьем стальная вставка крепится к поршню одним центральным болтом, а под гайки устанавливаются пружинные шайбы для компенсации разницы теплового расширения алюминия и стальных деталей.

13. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что вставка поршня крепится одним центральным болтом в тело днища поршня.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области двигателестроения. .

Изобретение относится к дизельным двигателям внутреннего сгорания с камерами сгорания для высоких давлений воспламенения. .

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к разработке и проектированию камер сгорания топлива поршневых двигателей, преимущественно с искровым зажиганием.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к камерам сгорания (КС), разделенным на две или более частей, а также с КС, имеющим особую форму для улучшения рабочего процесса.

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению. .

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от искры с камерами сгорания, разделенными на две части и более.

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания с искровым зажиганием. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра с установленной в ней топливной форсункой, нагнетательную камеру переменного объема, ограниченную днищем поршня и головкой цилиндра, камеру сгорания, выполненную в поршне с горловиной и расположенный в головке цилиндра соосно с горловиной камеры сгорания управляемый шибер с размещенной в нем искровой свечой, разделяющий нагнетательную камеру и камеру сгорания при движении поршня к верхней мертвой точке на ходе сжатия, а также расположенный в шибере соединительный канал, соединяющий нагнетательную камеру и камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке, в соответствии с изобретением на торце шибера, обращенном к горловине камеры сгорания, установлена перегородка, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти формы, закрывающая в период пуска двигателя канал, соединяющий нагнетательную камеру и камеру сгорания. Изобретение обеспечивает повышение надежности пуска двигателя путем уменьшения площади охлаждения рабочего тела в период пуска. 3 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Головка (1) блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания содержит выходящие на одну сторону головки цилиндров впускные и выпускные каналы (2) и (3) с клапанами (4) и (5) и размещенную в ней камеру (6) сгорания с поверхностями (11) и (12) вытеснителей. Камера (6) сгорания на плоскости прилегания головки (1) цилиндров к блоку имеет форму, образованную дугой (7) радиусом R =(0,63-0,65) диаметра D цилиндра, с центром, отстоящим от центра цилиндра на расстоянии Г=(0,28-0,30) диаметра D цилиндра в сторону свечи зажигания. Дуга (7) сопряжена радиусами R1=(0,30-0,32) диаметра D цилиндра с диаметром, проведенным из центра цилиндра и равным диаметру цилиндра. С противоположной стороны форма камеры (6) образована диаметром, равным диаметру D цилиндра, сопряженному с радиусами R1 =(0,30-0,32) диаметра D цилиндра с центрами, лежащими на оси (15) клапанов, отстоящей от оси (16) цилиндров на расстоянии В=(0,06-0,08) диаметра D цилиндра. Радиусы R1 сопряжения ограничены линией, отстоящей от оси (16) цилиндров на расстоянии Б=(0,35-0,37) диаметра D цилиндра. Стенки камеры (6) сгорания наклонены к днищу камеры и имеют соответственно в плоскости поперечной оси (14) цилиндра наклон 14°…16° и радиус перехода 12-14 мм. В плоскости по оси (15) клапанов наклон составляет 4°…6° и радиус перехода 5-7 мм. От одного сечения к другому по контуру камеры обеспечивается плавный переход по углу и радиусу. Технический результат заключается в снижении гидравлического сопротивлении смеси в камере сгорания. 3 ил.
Наверх