Патент на изобретение №2179644
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(57) Реферат: Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с искровым зажиганием. В двигателе камера сгорания разделена по меньшей мере на два объема, сгорание смеси происходит только в одном объеме, выполненном постоянным или переменным, объемы камеры сгорания расположены либо в головке, либо в поршне, либо комбинация обеих схем расположения, причем один из объемов разделен на два объема. Процесс сгорания протекает с коэффициентом избытка воздуха  = 1,5-3. Изобретение обеспечивает повышение экономичности двигателя и уменьшение токсичности выхлопных газов. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием. Известно, что современные ДВС достигли предела термодинамического КПД –  т по причине достижения предела степени сжатия  = 12, после чего наступает нарушение процесса сгорания, вызванного детонацией. Дальнейшее совершенствование двигателей с искровым зажиганием по экономичности и токсичности выхлопных газов проблематично. Однако с целью преодоления данных ограничений внедряются технические решения, связанные с изменением процесса смесеобразования посредством прямого впрыска топлива непосредственно в камеру сгорания (внутрицилиндровое смесеобразование – GDI).
Известен ДВС (МКИ: F 02 B 17/00, патент РФ 1469194), в котором камера сгорания расположена как в головке, так и в поршне, однако в нем не предусматривается устройства дополнительного повышения степени сжатия. Улучшение экономичности в предложенной конструкции осуществляется за счет улучшения смесеобразования за счет кольцевого вытеснителя, образованного поршнем и головкой. Также известен ДВС (Германия 3110764, МКИ F 02 D 15/04), имеющий дополнительный поршень для создания повышенной переменной степени сжатия. Камера сгорания в этом двигателе образуется между дополнительным поршнем со сферической выемкой и полусферой, выполненной в головке цилиндров и имеющей перепускной канал, соединяющий первую предкамеру со второй, образованной плоскостью головки цилиндров и основным поршнем (аналог двигателя с форкамерой). Однако такая конструкция имеет существенный недостаток, так как большая площадь второй камеры между плоскостью головки и основным поршнем способствует интенсивной потере теплоты в процессе догорания смеси и затуханию процесса сгорания смеси и падению КПД теплового процесса и, как следствие, увеличение расхода топлива и ухудшению экологичности выхлопных газов.
Целью данного изобретения является значительное повышение экономичности двигателей с искровым зажиганием на полной нагрузке на 15-20% и в 2-2,5 раза на частичных нагрузках с максимальным уменьшением токсичности выхлопных газов.
Указанная цель достигается применением новой камеры сгорания, имеющей переменную степень сжатия, изменяемую с помощью поршня 5 (фиг. 1).
С целью повышения термодинамического коэффициента полезного действия (т), оказывающего решающее влияние на экономичность двигателя и токсичность выхлопных газов, за счет увеличения степени сжатия , без увеличения максимального давления сгорания Pz, после которого возникает детонация, камера сгорания должна быть разделена по меньшей мере на два объема А и Б, при этом сгорание смеси происходит только в одном объеме, который может быть как постоянным, так и переменным. Такая камера, именуемая в дальнейшем как интегральная, предполагает разделение объемов, которые будут располагаться каждая или в головке цилиндров или в поршне, или частично в головке, а частично в поршне (фиг. 1). На фиг. 1 частичный объем второго объема Б обозначен как Б’. Объемы А и Б интегральной камеры сгорания соединены перепускным каналом.
Принцип работы такой головки следующий.
В конце такта сжатия при полной нагрузке основной поршень 2, перемещающийся в цилиндре 1, на фиг. 1 находится в верхней ВМТ, при этом камера сгорания образуется поверхностью основного поршня 2 и поверхностью головки 3, определяющей объем А, имеющим высоту Нmах или Hmin (в зависимости на какой нагрузке работает двигатель), а в днище поршня находится объем Б. При этом в объеме Б’ располагается выпускной клапан, управляемый кулачковым валом. Несколько ранее до ВМТ происходит впрыск топлива в объем А через форсунку 7, после чего происходит воспламенение смеси от свечи зажигания 6. В случае, если в двух объемах камеры сгорания находится рабочая смесь, то при ее сгорании давление сгорания Pz не должно быть более давления, вызывающего детонацию, при определенной степени сжатия и значения термодинамического КПД т Если сгорание происходит в одном объеме, общую для двух объемов степень сжатия можно увеличить до определенного предела без возникновения детонации с увеличением т. В этом случае возрастает индикаторный КПД i, так как в сгорании участвует воздух, находящийся в объеме Б. Процесс сгорания происходит при постоянном объеме Vconst, но давление сгорания Pz в объеме А может быть выше давления, вызывающего детонацию. Однако учитывая то, что давление сгорания распределяется на два объема А и Б, то в результате среднее давление сгорания Pz в интегральной камере сгорания не превышает величину давления, после которого возникает детонация.
Для процесса сгорания в одном объеме (коэффициент избытка воздуха = 1, при этом коэффициент теплоиспользования  max) следует учитывать два коэффициента избытка воздуха:– сгорания, характеризующий процесс сгорания в объеме А;– общий, характеризующий процесс теплоиспользования с учетом объема Б (для общего объема А+Б).
Общий коэффициент общ. зависит от объемов Va, Vб, и сг и определяется из выражений:  общ> сг.. При максимальной нагрузке общ= 1,5-1,3..
С уменьшением нагрузки двигателя уменьшается количество всасываемого воздуха, при этом степень сжатия в объеме А следует увеличивать с целью повышения давления сжатия Рс как при полной нагрузке, при этом возрастает термодинамический КПД т и индикаторный КПД i и увеличивается общ, для чего необходимо иметь изменяемый объем А камеры сгорания с помощью поршня 5, который будет перемещаться в объеме А на величину хода S.
При минимальной нагрузке (холостой ход) высота объема A= Hmin, при этом коэффициент избытка воздуха общ достигает максимальной величины = 3 (для традиционных двигателей 0,95-1,15).
Предлагаемая конструкция позволяет значительно увеличить термодинамический КПД т на 20% и степень сжатия = 15 на полной нагрузке и до = 20-30 на малых нагрузках (фиг. 2), что позволяет уменьшить расход топлива на средних и малых нагрузках в 1,5-2 раза (фиг. 3) при предельно низкой токсичности выхлопных газов при = 3.С увеличением степени сжатия компактность интегральной камеры сгорания (соотношение поверхность/объем) близка к оптимальной и недостижима в традиционных двигателях, что способствует уменьшению тепловых потерь и повышению значения политропы сжатия. Формула изобретения
= 1,5-3.2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в головке цилиндров выполнено отверстие для размещения форсунки для впрыска топлива в объем, в котором происходит сгорание смеси, а выпускной клапан для отработавших газов расположен в другом объеме. РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 05.04.2002
Номер и год публикации бюллетеня: 32-2003
Извещение опубликовано: 20.11.2003
|
||||||||||||||||||||||||||
