Способ сжигания горючей смеси и двухтактный двигатель внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПАТЕНТУ

973035

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 29.1277 (21) 2559703/25-06

9 (51) М. Кл. (23) Приоритет - (32) 29. 12. 76

11.10.77 (3!) 158047/76 (33) Япония

120895/77

Опубликовано 071182, Бюллетень № 41

F 02 В 23/02

Государственный комитет

СССР.по делам изобретений н открытий (53) УДК 621.43 ° .058.2(088.8) Дата опубликования описания 071182

Иностранец

Сигеру Ониси (Япония) (72) Автор изобретения

Иностранные фирмы 1 Тойота Дзидося Когио Кабусики Кайся и Ниппон Клин Инджин Рисерч Инститьют Ко. ЛТЦ. (Япония) (71) Заявители (54) СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ

И ДВУХТАКТНЫИ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ С КРИВОШИПНΠ†КАМЕРН ПРОДУВКОЙ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к транспортному машиностроению, а именно.к устройствам для улучшения рабочего процесса двигателей внутреннего сго5 рания, Известны способы сжигания горючей смеси в двухтактном двигателе внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой путем введения горю- 0 чей смеси в кривошипную камеру, сжатия смеси в кривошипной камере, отбора и подачи горючей смеси из пос- . ледней через продувочный канал в камеру сгорания и зажигания смеси в камере сгорания. Двигатели внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой, реализующие этот способ, содержат корпус с кривошипной камерой и размещенным в последней колен- 20 чатым валом, соединенный с ним цилиндр, снабженный крышкой, продувочными и впускньми окнами, поршень, размещенный в цилиндре и кинематически связанный с коленчатым валом и образующий с цилиндром и его крышкой камеру сгорания, впускной канал со смесеобраэующим устройством, подключенный к кривошипной камере, продувочный канал, расположенный между кривошипной камерой и продувочньми окнами, и выпускной канал, соединяющий выпускное окно с атмосферой.1 1) .

По известному способу самовоспламенение свежей горючей смеси в двигателе может произойти в камере сгорания без зажигания запальной свечой. Условия для такого воспламенения возникают, когда двигатель работает с высокой. скоростью при небольшой нагрузке, т.е. когда количество остающихся в цилиндре отработавших газов превышает количество свежей смеси, поступающей в цилиндр. При этом свежая смесь, поступающая в цилиндр, нагревается отработавшими газами и в ней образуются радикалы, что приводит к детонационному сгоранию или к пропускам вспышек. Нестабильность работы двигателя явля- ется существенным недостатком.

Однако, если образовавшаяся в цилиндре упомянутая смесь сохраняется до конца цикла, то происходит ее самовоспламенение без помощи запальной свечи. При таком сжигании .образовавшейся смеси наблюдается .спокойная работа двигателя, если

973035 используется бедная топливовоздушная смесь, Одновременно уменьшается расход топлива и снижается токсичность отработавших газов.

Целью изобретения является повышение стабильности, 5

Для достижения постанленной цели смесь отбирают из нижней части кривошипной камеры и перед подачей н камеру сгорания изменяют направление ее,цвижения и уменьшают скорость,10 причем путь, проходимый смесью после уменьшения скорости, меньше пути, проходимого смесью до уменьшения скорости.

Перед подачей смеси в камеру сгорания ее разделяют на дна одинаковых потока., а в процессе изменения направления движения и уменьшения скорости производят сталкивание этих потоков, 2О

В двигателе для осуществления способа продувочный канал разделен на первую и вторую части, причем первая часть выполнена с уменьш«енньгл сечением и увеличенной длиной по сравнению со второй, подключена через впускное отверстие к кривошипной камере и соединена со второй часть«о, подключенной к продувочным окнам, по меньшей мере через одно выпускное отверстие, выполненное с пересечением его оси с осью второй части продуво ного канала..

Впускное отверстие первой части продувочного канала подключено к .1 Г нижней зо «е кривошипной камеры. э

В нижней зоне кривошипной камеры выполяена канавка, к которой подключено нпускное отверстие первой части процувочного канала.

Канавка выполнена наклонной, à 40 впускное отверстие подключено к ее нижней части.

Первая часть продувочного канала дополнительно разделена на первый и второй участки, соединенные последовательно, причем первый участок подключен к впускному отверстию, а второй выполнен в виде двух трубопроводов, соединенных со второй частью продувочного канала.

Первый участок первой части продувочного канала может быть выполнен в ниде одного трубопровода, соединенного с двумя трубопроводами второго участка.

Трубойроводы второго участка первой части могут быть выполнены одинаковой длины, Трубопроводы второго участка 68 первой части продувочного канала могут быть подключены к впускным отверстиям, расположенным в нижней стороне второй части продувочного канала через переходные каналы. 65

Выпускные отверстия первой части продуночного канала могут быть расположены друг против друга так, что потоки горючей смеси, выходящие из упомянутых отверстий, сталкиваются.

Корпус двигателя может быть выполнен по меньшей мере в виде двух частей, а первая часть продувочного канала выполнена в виде канавок на. внутренней поверхности одной из частей корпуса, Канавки могут быть расположены концентрично оси вращения коленчатого вала.

Кроме того, канавка, образующая второй участок первой части продувочного канала, может быть выполнена охватывающей канавку, образующую первый участок.

На фиг.1 показан описываемый двигатель, разрез по оси; на фиг.2 то же, разрез по оси в перпендикулярной плоскости;на фиг.3 — кривошипная камера„ вид сверху; на фиг.4 — внутренняя поверхность одной из частей корпуса; на фиг.5 — внутренняя поверхность другой части корпуса; на фиг.б — сечение A-А на фиг.4; на фиг.7 — дно кривошипной камеры, вид в перспективе; на фиг.8 сечение Б-Б на фиг.7; на фиг,9 второй вариант изготовления двигателя, разрез по оси; на фиг.10 — то же, разрез по оси в перпендикулярной плоскости; на фиг.11 — то же, кривошипная камера, вид сверху; на фиг.12 то же, внутренняя поверхность одной из частей корпуса двигателя; на фиг.13 — третий вариант изготовления двигателя, разрез по оси; на фиг.14 график, показывающий отношение степени открытия дросселя и выхлопного контрольного клапана; на фиг.15 четвертый вариант изготовления двигателя, разрез по оси, На корпусе 1 двигателя установлен цилиндр 2 с крышкой 3. Поршень 4 размещен в цилиндре и образует с его стенками 5 и крьвь««кой 3 камеру 6 сгорания, в которой установлена запальная свеча 7. В кривошипной камере

8, представляющей собой внутреннюю полость корпуса, установлен коленчатый вал 9 с балансирами, кинематически связанный поршнем через шатун

10. Впускная труба 11 снабжена впускным каналом 12, который подключен к смесеобразующему устройству 13. В канале установлен дроссель

14 карбюратора. Цилиндр снабжен двумя продувочными окнами 15 и выпускным окном 1б, которое подключено к выхлопной трубе 17, снабженной выпускным каналом 18. Во впускном канале установлен лепестковый клапан

19. Показанный на фиг.1 и 2 двигатель выполнен с продувкой по методу

973035

Шнюрле с эффективной степенью сжатия

6,5. Продувочные каналы 20 расположены между кривошипной камерой и каждым продувочным окном 15.

Корпус 1 двигателя выполнен из трех частей 21, 22 и 23 (фиг,2).

Две канавки 24 и 25 образованы на внутренней поверхности одной и другой частей корпуса и простираются по их периферии концентрично оси вращения вала. Мелкая кольцевая канавка 26, имеющая постоянную ширину t. расположена между канавками

24 и 25, кроме того, канавка 27, проходящая вдоль кольцевой канавки

26, образована на центральной части дна кольцевой канавки 26. Прерывистая линия К вЂ” наружный контур кривошипной камеры (фиг. 4 и 5), Когда все части 21, 22 и 23 корпуса собраны и образуют картер, все канавки размещаются между частями картера, В то время как канавки 24 и 25 со общены между собой в самой нижней части вертикальным переходным кана,лом 28, другой конец канавки 27 соединен с вертикальным переходным каналом 29, верхний конец которой открыт в кривошипную камеру, Кольцевая пластина 30 (фиг,á) закрывает канавку 27. Канавки образуют первую часть продувочного канала, имеющую увеличенную длину и уменьшенное сечение по сравнению со вторОЙ частью, образованной каналом 20.

Когда части 21, 22 и 23 корпуса собраны и образуют картер коленчатого вала, каждая иэ канавок образует канал (фиг.4 и 6), Канавка 31 выполнена в нижней зоне кривошипной камеры с наклоном и сообщена с переходным каналом 29 (фиг,7), Два симметрично расположенных канала 32 и два аналогичных канала 33 (штриховая линия на фиг.1-5), открытые в продувочные каналы 20, образованы в частях корпуса и относительно плавно соединены с соответствующими верхними частями канавок 24 и

25. Оси каналов 32 и каналов 33 пересекаются друг с другом и с осью второй части канала под углом.

Во втором варианте конструкции двигателя (фиг,9 - 12) канал 20 образован в части 23 корпуса. Верхние концы канавок 24 и 25 образованы в частях 21 и 23 и соединены с нижними объемами каналов 20 через каналы 32 и 33, образованные в части

22 корпуса. Так же, как и в первом варианте (фиг, 1-5), каждые два ка. нала 32 и 33 расположены так, что их оси пересекаются, и потоки, вытекающие из этих каналов, сталкиваются °

Причинами турбулентности и увеличения количества остаточных газов является резкое выдувание продуктов сгорания через выпускное окно 16 и наличие пульсаций давления отработавших газов. Для предотвращения этих явлений в выпускном канале 18 может быть установлен регулирующий клапан 34 (фиг. 13) или постоянный дроссель 35 (фиг.15).

При работе двигателя горючая смесь, введенная в кривошипную камеру 8 из канала 12 через лепестковый клапан 19, сжимается при движении поршня вниз. Ее отбирают из нижней точки камеры при помощи наклонной канавки 31 и подают в камеру 6 через переходный канал 29 и проду15 вочный канал, разделенный на две части: первую, увеличенной длины и уменьшенного сечения, образованную . канавками 24 и 25, и вторую - канал 20. Так как свежая горючая смесь

20 течет с высокой скоростью в первой

1части из-эа уменьшенного попереч25

S5

65 ного сечения, во время ее движения в каналах происходит испарение жидкого топлива, После испарения топлива смесь поступает во второй канал 20. Иэ-за столкновения потоков свежей смеси и потери кинетической энергии при увеличении сечения ско-. рость движения смеси снижается, IIo каналу 20 смесь движется с пониженной скоростью и попадает в цилиндр через окна 15, когда они открыты поршнем.

Даже, если давление в кривошипной камере 8 значительно выше, чем в камере б сгорания, то, вследствие того, что первая часть продувочного канала действ.-ет как дроссель, скорость втекания смеси в камеру сго-. рания не может быть высокой. В результате этого скорость течения свежей горючей смеси ниже, чем при ее подаче. Следовательно, когда она попадает в камеру сгорания, скорость оста очных.продуктов сгорания в камере б сгорания предельно мала, В результате этого предотвращается их рассеивание и рассеивание тепла. Кроме того, в начале цикла сжатия при неполной нагрузке двигателя в камере б сгорания остается большое количество остаточных продуктов сгорания, имеющих высокую температуру.

В результате этого свежая смесь нагревается, пока не образуются радикалы,и, следовательно, в камере б сгорания - активная термоатмосфера, Далее, так как скорость газа в камере сгорания предельно мала во время такта сжатия, турбулентность заряда и потери тепла через стенки камеры сгорания ограничены до минимума.

Это способствует увеличению температуры конца сжатия и, соответственно, увеличению количества радикалов.

973035

Образование радикалов представляет собой предпламенную реакцию. После

Того, как температура заряда в конце сжатия становится высокой, возникает горячее пламя, способное вызвать самовоспламенение без воспламенения запальной свечой 7. Затем происходит плавное сгорание, управляемое оставшимся сгсревшим газом.

При движении вниз поршень 4 открывает выпускное окно 16 и отработавшие газы выпускаются в капал 18.

Чтобы вызвать активное термоатмосферное сгорание, необходимо„ вопервых, обеспечить высокую скорость течения свежей, смеси в первой части продувочного канала., чтобь| полностью испарить жидкОе тОпливо и НО втО рых, резко замедлить горючую смесь, .тобы она поступила в камеру сгорания с низкой скоростью. Чтобы создать течение смеси с высокой скоростью в первой части продувочного канала (фиг. 4 и 5), канавки 24, 25 и 27 образуют длинный канал с уменьшенным сечением. При этом желательно„ ттобы первая часть была как можно болеЕ гладкой. Высокая скoрость протекания может быть получена даже тогда, когда круто поворачивающая часть канала, например соединительная часть канавки 27 и канавок

24, ?5 и переходного канала 29„ удалена от продувочного канала 20.

Когда свежая горючая ".месь попадает в камеру 6 сгорания из окон 15, в паровой фазе образуются радикалы в зоне контакта между свежей смесью и оставшимися продуктами сгорания, Однако там, где смесь соприкасается с внутренней стенкой камеры б, радикалы не образуются. Следовательно, в случае двухтактного двигателя желательно применять для продувки схему Шнюрле, имеющую два продувочных окна 15, которые расположены так, 1то пот-оки свежей смеси, поступившие из них в камеру 6, контактируют друг с другом, и в результате смесь собирается в центральной части камеры б сгорания и окружается остаточными продуктагли сгорания. Может быть также использован двухтактный двигатель любого другого типа, если в нем свежая смесь окружается оставшимися продуктами сгорания.

Свежая горючая смесь„ всасывае,мая в кривошипную камеру 8 из канала

12 при движении поршня вверх содержит большое количество жицкого топлива. Оно собирается на дне камеры

8, Отбор смеси из нижней зоны камеры

8 позволяет подавать в продувочный канал все топливо, поступающее в

Камеру, в количестве, изменяющемся в зависимости от нагрузки (в соответствии с открытием дросселя 14), и дроссель 14 продолжает открываться.

Когда двигатель работает с непол ной нагрузкой, в выпускном канале может быть установлен постоянный дроссель 35 (фиг.15). Чтобы предотв ратить резкий выброс газов из цилин ра необходимо, чтобы объем канала

18 между выпускным окном 16 и регулирующим клапаном 34 был меньше, чем объем камеры 6 сгорания, когда поршень находится в нижней мертвой точке.

Запальная свеча 7 в предлагаемом двигателе используется при разогрев и при работе с большой нагрузкой.

На остальных режимах воспламенение происходит без свечи.

Предлагаемый двухтактный двигатель пригоден для работы при неполной нагрузке, причем может быть достигнута его спокойная работа. Сгорание

В обычном двухтактном двигателе, чтобы уменьшить сопротивление течению горючей смеси при работе двигателя с большой нагрузкой, длина про дувочного канала уменьшается таким образом, что он открывается в верхнюю часть кривошипной камеры. Однако из-за этого топливо скапливается на дне кривошипной ка.леры и при запуске смесь в камеру сгорания поступает обедненной, что увеличивает время, необхоцимое для создания нужного состава смеси ° Кроме того, из-за большого разрежения, создавае мого в кривошипной камере после

15 воспламенения, жидкое топливо, скопившееся на дне кривошипной камеры„ испаряется и поступает в камеру сгорания, вызывая переобогащение смеси и пропуски вспышек. В пред 0 лагаемом двигателе этот недостаток устранен тем, что впускное отверсти первой части корпуса и продувочного канала подключено к нижней части кривошипной камеры, а из канавки д 31, расположенной в нижней части, топливо сдувается при вращении коленчатого вала. Наклон канавки 31 также позволяет направить жидкое топливо к впускным отверстиям перво части продувочного канала, Работа регулировочного клапана, установленного в выпускном канале, поясняется фиг.14, где по ординате

Х показана относительная величина площади открытия клапана, а по абс циссе g — отношение площади открытия клапана 34 к плошади полностью открытого дросселя 14. Рeãóëèðóþùèé клапан 34 открывается постепенно и затем остается в полностью открытом положении прежде, чем дроссель 14 достигнет положения, соответствующего площади открытия Х, равного примерно 30о. Клапан 34 остается полностью открытым в то время, как

973035

Формула изобретения активной термоатмосферы обеспечивает значительное уменьшение вредных компонентов в отработавших газах и улучшает расход топлива, 1. Способ сжигания горючей смеси в двухтактном двигателе внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой путем введения горючей смеси в кривошипную камеру, сжатия смеси в кривошипной камере, отбора и подачи горючей смеси иэ последней через продувочный канал в камеру сгорания и зажигания смеси в камере сгорания, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения стабильности, смесь отбирают из нижней части кривошипной камеры и перед подачей в камеру сгорания изменяют направление ее движения и уменьшают скорость, причем путь, проходимый смесью после уменьшения скорости, меньше пути, проходимого смесью до уменьшения скорости, 2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что перед подачей смеси в камеру сгорания ее разделяют на два одинаковых потока, а в процессе изменения направления движения и уменьшения скорости производят сталкивание этих потоков.

3. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой, содержащий корпус с кривошипной камерой и размещенным в последней коленчатым валом, соеди- ненный с ним цилиндр, снабженный крышкой, продувочными и выпускными окнами, поршень, размещенный в цилиндре и кинематически связанный с коленчатым валом и образующий с цилиндром и его крышкой камеру сгорания, впускной канал со смесеобразующим устройством, подключенный к кривошипной камере, продувочный канал, расположенный между кривошипной камерой и продувочными окнами, и выпускной канал, соединяющий выпускное-окно с атмосферой, о т л ич а ю шийся тем, что продувочный канал разделен на первую и вторую части, причем первая часть выполнена с уменьшенным сечением и увеличенной длиной по сравнению со второй, подключена через свое впускное отверстие к кривошипной камере и соединена со второй частью, подключенной к продувочным окнам, по меньшей мере через одно свое выпускное отверстие, выполненное с пересечением его оси с осью второй части продувочного канала.

4. Двигатель по п. 3, о т л ич а ю шийся тем, что впускное отверстие первой части продувочного канала подключено к нижней зоне кривошипной камеры, 5. Двигатель по п. 4, о т л ич а ю шийся тем, что в нижней зоне кривошипной камеры выполнена канавка, к которой подключено впускное отверстие первой части продувочного канала. б, Двигатель по и. 5, о т л ич а ю шийся тем, что канавка выполнена наклонной, а впускное отверстие первой части продувочного канала подключено к ее нижней части, 7. Двигатель по п. 3, о т л и15 ч а ю шийся тем, что первая часть продувочного канала дополни тельно разделена на первый и второй, участки, соединенные последовательно, причем первый участок подключен к

yg впускному отверстию, а второй выполнен в виде двух трубопроводов„ соединенных со второй частью продувочного канала, 8, Двигатель по п. 7, о т л и25 ч а ю шийся тем, что первый участок первой части продувочного канала выполнен в виде одного трубопровода, соединенного с двумя трубопроводами второго участка.

9. Двигатель по и. 7, о т л ич а ю шийся тем, что трубопроводь второго участка первой части продувочного канала выполнены одинаковой длины.

10. Двигатель по п. 7, о т л ич а ю шийся тем, что трубопроводы второго участка первой части продувочного канала подключены к выпускным отверстиям, расположенным с нижней стороны второй части

40 продувочного канала, через переходные каналы.

11. Двигатель по и ° 10, о т л ич а ю шийся тем, что выпускные отверстия первой части продувочного

45 канала расположены друг против друга так, что потоки горючей смеси, выходящие иэ упомянутых отверстий„ сталкиваются, 1

12. Двигатель по п, 3, о т л ич а ю шийся тем, что корпус двигателя выполнен по меньшей мере в виде двух частей, а первая часть продувочного канала выполнена в ви55 де канавок на внутренней поверхности одной иэ частей корпуса, 13. Двигатель по п. 7, о т л ич а ю шийся тем, что канавки расположены концентрично оси вращения коленчатого вала.

14. Двигатель по и. 8, о т л ич а ю шийся тем, что канавка, образующая второй участок первой

65 части продувочного канала, выпол12

11 нена охватывающей канавку, образующую первый участок.

Приоритет по пунктам:

29.1.2.76 по пп, 1 и Z;

11.10.77 по пп. 3-14 °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СССР Р 3610, кл. F 02 В 39/04, 1924.