RU218636U1 - Четырехтактный бензиновый двигатель с форкамерно-факельным зажиганием и форкамерным поршнем - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для применения в двигателях внутреннего сгорания с форкамерно-факельным зажиганием.

Задачей полезной модели является повышение эффективности рабочего процесса двигателей с форкамерно-факельным зажиганием.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что двигатель снабжен форкамерным поршнем и приводом форкамерного поршня, форкамера имеет вставку в форме полого цилиндра с упорным буртом в верхней части и глухим донышком полусферической формы из жаростойкой стали, форкамерный поршень, имеет поршневые кольца, форкамерный поршень выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в отверстии направляющей втулки, в направляющей втулке выполнены отверстия для подвода горючей смеси, отверстие для стержня форкамерного поршня, топливная камера и перепускной канал для вытеснения горючей смеси в форкамеру, а привод форкамерного поршня выполнен с возможностью осуществления отдельным коромыслом от кулачка распределительного вала, расположенного в головке цилиндров.

Увеличение индикаторного и эффективного КПД достигается за счет того, что вследствие строго определенной дозированной подачи заряда обогащенной горючей смеси полностью исключено попадание части поступающего в форкамеру заряда обогащенной смеси через сопловое отверстие в основную камеру сгорания на такте впуска, а также нагнетание заряда горючей смеси усредненного состава из основной камеры сгорания обратно в форкамеру на такте сжатия, что позволяет обеспечить подачу горючей смеси требуемого состава в форкамеры и основные камеры сгорания. Заряд обогащенной горючей смеси нагнетается в форкамеру под давлением непосредственно перед началом воспламенения, что приводит к значительному повышению давления в форкамере, увеличению энергии выбрасываемых через сопловые отверстия форкамерных факелов, что, в свою очередь, приводит к увеличению их дальнобойности и полному проникновению по всему объему основной камеры сгорания и надежному воспламенению обедненной рабочей смеси. Механизм газораспределения с верхним расположением распределительного вала (в головке цилиндров), имеющий значительно большую конструктивную жесткость, не имеющий штанг привода коромысел, совершающих возвратно-поступательное движение и обладающих большим моментом сил инерции, имеющий раздельный привод впускных клапанов основных камер сгорания и привод форкамерных поршней, что существенно снижает затраты мощности на привод, упрощает конструкцию механизма газораспределения и двигателя в целом, позволяет форсировать двигатель путем повышения частоты вращения коленчатого вала, снижает эффективный расход топлива и повышает эффективный КПД двигателей с форкамерно-факельным зажиганием.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для применения в бензиновых двигателях внутреннего сгорания с форкамерно-факельным зажиганием.

Из известных технических решений наиболее близкими по технической сущности является карбюраторный форкамерный двигатель внутреннего сгорания ЗМЗ-4022.10 (авторское свидетельство SU 114378, F02B 19/00), имеющий головку блока цилиндров, в которой выполнены основные камеры сгорания, а также форкамеры, соединенные с основными камерами сгорания сопловыми отверстиями. В головке блока цилиндров кроме каналов впуска и выпуска основных камер сгорания выполнены каналы для подвода горючей смеси к форкамерам. В глухом отверстии, выполненном в теле головки цилиндров, в направляющей втулке, имеющей отверстия для подвода горючей смеси в форкамеру, установлен дополнительный впускной клапан. Дополнительный впускной клапан форкамеры имеет привод от коромысла основного впускного клапана, имеющего специальную бобышку, в которой имеется винт для регулировки теплового зазора впускного клапана форкамеры. Форкамера представляет собой цилиндрический объем, ограниченный нижним торцем направляющей втулки впускного клапана форкамеры, нижней торцевой поверхностью тарелки впускного клапана форкамеры в закрытом состоянии и внутренними поверхностями глухого отверстия в теле головки цилиндров.

Существенными недостатками прототипа являются:

При работе двигателя на такте впуска через впускной клапан в основную камеру сгорания подается горючая смесь обедненного состава, а через сопловые отверстия из форкамеры в основную камеру сгорания поступает часть обогащенной горючей смеси. Расположение выхода соплового отверстия на поверхности камеры сгорания по отношению к впускному каналу в этом случае не оказывает влияние на организацию послойного распределения смеси в цилиндре, так как поступающие раздельно горючие смеси различного состава за такт впуска при движении поршня к нижней мертвой точке образуют вдоль оси цилиндра два газовых столба - два слоя, в соответствии с месторасположением источников подвода.

Однако за ход поршня к верхней мертвой точке на такте сжатия граница между слоями нарушается вследствие турбулизации, вызываемой движением поршня, и к моменту воспламенения в основной камере сгорания образуется рабочая смесь усредненного состава, промежуточного между заранее определенными обогащенной и бедной смесями. Это явление требует дополнительного регулирования состава обогащенной горючей смеси, подаваемой в форкамеру, в сторону увеличения количества топлива в смеси для эффективного воспламенения заряда с промежуточным составом рабочей смеси в основной камере сгорания с помощью факела пламени. При этом трудно обеспечить равномерное распределение горючей смеси (по составу) по цилиндрам и добиться ее гомогенного состояния.

Таким образом, известная конструкция двигателя с форкамерно-факельным зажиганием не обеспечивает оптимальный состав горючей смеси в форкамерах и основных камерах сгорания, имеет повышенный расход топлива, что, в свою очередь, приводит к повышению содержания продуктов неполного сгорания в отработавших газах.

Целью предлагаемой полезной модели является повышение топливной экономичности четырехтактных бензиновых двигателей внутреннего сгорания с форкамерно-факельным зажиганием путем изменения организации послойного распределения горючей смеси в заряде на такте впуска, а также снижение содержания продуктов неполного сгорания в отработавших газах.

Использование предлагаемой полезной модели позволяет получить ряд положительных технических результатов, а именно:

- осуществлять подачу горючей смеси требуемого состава в форкамеру при одновременном устранении перетекания части обогащенной горючей смеси из форкамеры в основную камеру сгорания и обратного перетекания горючей смеси усредненного состава;

- увеличение индикаторного и эффективного коэффициента полезного действия четырехтактных бензиновых двигателей с форкамерно-факельным зажиганием в сравнении с прототипом;

- улучшение надежности работы механизма газораспределения за счет снижения сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс деталей в сравнении с прототипом;

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что:

- двигатель снабжен форкамерным поршнем и приводом форкамерного поршня;

- форкамера имеет вставку в форме полого цилиндра с упорным буртом в верхней части и глухим донышком полусферической формы из жаростойкой стали;

- форкамерный поршень имеет поршневые кольца;

- форкамерный поршень выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в отверстии направляющей втулки;

- в направляющей втулке выполнены отверстие для подвода горючей смеси, отверстие для стержня форкамерного поршня, топливная камера и перепускной канал для вытеснения горючей смеси в форкамеру;

- привод форкамерного поршня выполнен с возможностью осуществления отдельным коромыслом от кулачка распределительного вала, расположенного в головке цилиндров;

Полезная модель поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми иллюстрациями, где:

Фиг. 1 - поперечный разрез модернизированного двигателя с

форкамерно-факельным зажиганием.

Поз. 1 - головка цилиндров;

Поз. 2 - стальная вставка форкамеры;

Поз. 3 - теплоизолирующее кольцо вставки форкамеры;

Поз. 4 - свеча зажигания;

Поз. 5 - впускной клапан основной камеры сгорания;

Поз. 6 - поршень форкамерный со штоком;

Поз. 7 - впускной канал основной камеры сгорания;

Поз. 8 - впускной канал форкамеры;

Поз. 9 - направляющая втулка форкаменого поршня с каналами для подачи обогащенной горючей смеси в форкамеру;

Поз. 10 - коромысло впускного клапана основной камеры сгорания;

Поз. 11 - ось коромысел впускных клапанов основных камер сгорания;

Поз. 12 - вал распределительный;

Поз. 13 - седло впускного клапана основной камеры сгорания;

Поз. 14 - возвратная пружина впускного клапана форкамеры;

Поз. 15 - возвратная пружина впускного клапана основной камеры сгорания;

Поз. 16 - направляющая втулка впускного клапана основной камеры сгорания;

Поз. 17 - кольцо уплотнительное направляющей втулки впускного клапана форкамеры;

Поз. 18 - коромысло привода форкамерного поршня;

Поз. 19 - ось коромысел привода форкамерных поршней;

Поз. 20 - форкамера;

Поз. 21 - основная камера сгорания;

Поз. 22 - поршень;

Поз. 23 - шатун;

Поз. 24 - блок цилиндров;

Поз. 25 - палец поршневой;

Поз. 26 - подшипник шатунный;

Поз. 27 - шейка шатунная коленчатого вала;

Фиг. 2 - положение форкамерного поршня в начале впуска обогащенной горючей смеси в топливную камеру.

Поз. 28 - камера топливная;

Поз. 29 - канал перепускной из топливной камеры в форкамеру;

Фиг. 3 - крайнее нижнее положение форкамерного поршня при впуске обогащенной горючей смеси в топливную камеру.

Фиг. 4 - положение форкамерного поршня в момент окончания впуска обогащенной горючей смеси в топливную камеру.

Фиг. 5 - положение форкамерного поршня в момент начала сжатия заряда обогащенной горючей смеси в топливной камере.

Фиг. 6 - положение форкамерного поршня в момент начала нагнетания заряда обогащенной горючей смеси в форкамеру.

Подача обогащенной горючей смеси в форкамеру осуществляется следующим образом: при движении форкамерного поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение в освобождаемом поршнем объеме в направляющей втулки, а также в топливной камере создается разрежение вследствие насосного эффекта поршневых колец форкамерного поршня. После прохождения форкамерного поршня мимо отверстия впускного канала форкамеры начинается поступление заряда обогащенной горючей смеси, продолжающееся до момента полного перекрытия отверстия впускного канала при обратном движении форкамерного поршня. Форкамерный поршень при этом перекрывает отверстие перепускного канала, что предотвращает попадание заряда поступающей обогащенной смеси в форкамеру. При этом происходит сжатие поступившего заряда обогащенной горючей смеси в топливной камере, и при достижении форкамерным поршнем крайнего верхнего положения и освобождения отверстия перепускного канала горючая смесь из топливной камеры под давлением через перепускной канал вытесняется в форкамеру, где сразу же воспламеняется от искры свечи зажигания.

Увеличение индикаторного и эффективного КПД достигается за счет того, что вследствие строго определенной дозированной подачи заряда обогащенной горючей смеси полностью исключено попадание части поступающего в форкамеру заряда обогащенной смеси через сопловое отверстие в основную камеру сгорания на такте впуска, а также нагнетание заряда горючей смеси усредненного состава из основной камеры сгорания обратно в форкамеру на такте сжатия, что позволяет обеспечить подачу горючей смеси требуемого состава в форкамеры и основные камеры сгорания. Заряд обогащенной горючей смеси нагнетается в форкамеру под давлением непосредственно перед началом воспламенения, что приводит к значительному повышению давления в форкамере, увеличению энергии выбрасываемых через сопловые отверстия форкамерных факелов, что, в свою очередь, приводит к увеличению их дальнобойности и полному проникновению по всему объему основной камеры сгорания и надежному воспламенению обедненной рабочей смеси, что ведет к увеличению индикаторного и эффективного КПД, а также к снижению индикаторного и эффективного расходов топлива в сравнении с прототипом, а также к снижению токсичности отработавших газов. Механизм газораспределения с верхним расположением распределительного вала (в головке цилиндров), имеющий значительно большую конструктивную жесткость, не имеющий штанг привода коромысел, совершающих возвратно-поступательное движение и обладающих большим моментом сил инерции, имеющий раздельный привод впускных клапанов основных камер сгорания и привод форкамерных поршней, что существенно снижает затраты мощности на привод, упрощает конструкцию механизма газораспределения и двигателя в целом, позволяет форсировать двигатель путем повышения частоты вращения коленчатого вала, снижает эффективный расход топлива и повышает эффективный КПД двигателей с форкамерно-факельным зажиганием.

Claims (1)

1. Четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания с форкамерно-факельным зажиганием, включающий головку цилиндров, имеющую основные камеры сгорания и форкамеры, сообщающиеся между собой через сопловые отверстия, причем головка цилиндров кроме впускных и выпускных каналов основных камер сгорания имеет дополнительные впускные каналы для подвода горючей смеси в форкамеры, отличающийся тем, что двигатель снабжен форкамерным поршнем и приводом форкамерного поршня, форкамера имеет вставку в форме полого цилиндра с упорным буртом в верхней части и глухим донышком полусферической формы из жаростойкой стали, форкамерный поршень имеет поршневые кольца, форкамерный поршень выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в отверстии направляющей втулки, в направляющей втулке выполнены отверстия для подвода горючей смеси, отверстие для стержня форкамерного поршня, топливная камера и перепускной канал для вытеснения горючей смеси в форкамеру, а привод форкамерного поршня выполнен с возможностью осуществления отдельным коромыслом от кулачка распределительного вала, расположенного в головке цилиндров.

Images