ГОЛОВКА ЦИЛИНДРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к автомобилестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания и может быть использована для организации процесса горения топливо-воздушной смеси в цилиндре ДВС с внешним смесеобразованием и принудительным воспламенением.
Известные устройства для осуществления способа организации процесса горения в двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением содержащие системы подготовки топливо-воздушной смеси (ТВС) карбюратор, смеситель или инжектор, цилиндро-поршневой группы, системы впуска и выпуска газов и системы зажигания (Тур Е.Я. и др. Устройство автомобиля. М.: Машиностроение, 1991, с.13-15). В этих устройствах применяется способ организации процесса горения в цилиндре ДВС, при котором весь объем топливо-воздушной смеси в цилиндре, необходимый для полного рабочего цикла, в такте сжатия воспламеняют в районе верхней мертвой точки (ВМТ). В этом случае рабочий цикл двигателя практически соответствует циклу подвода тепла при V=const.
Недостатком известного двигателя является то, что система подачи обеспечивает заполнение рабочего объема цилиндра необходимым для полного рабочего цикла объемом топливо-воздушной смеси, который воспламеняется системой зажигания в районе ВМТ. В результате возникает резкий рост давления в цилиндре небольшие нагрузки на кривошипно-шатунный механизм (КШМ), причем эти нагрузки не создают крутящего момента на коленчатом валу. Крутящий момент возрастает с перемещением коленчатого вала от ВМТ на угол 90°, но при этом резко падает давление в цилиндре. Далее при перемещении к нижней мертвой точке (НМТ) продолжают падать как крутящий момент, так и давление в цилиндре, что снижает КПД двигателя.
Излишняя нагрузка на поршень и КШМ в районе ВМТ (бесполезная с точки зрения крутящего момента на вал двигателя) оказывает отрицательное воздействие на шатунные и коренные подшипники коленчатого вала двигателя, а, следовательно, снижается ресурс двигателя.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении КПД двигателя и крутящего момента на коленчатом валу, а также в снижении нагрузки на коренных и шатунных подшипниках коленчатого вала, за счет организации процесса горения в цилиндре двигателя.
Технический результат (вариант 1) достигается тем, что в головке цилиндра двигателя внутреннего сгорания, содержащей, по меньшей мере, один впускной и один выпускной клапаны, устройство зажигания, новым является то, что в ее верхней части установлена, по меньшей мере, одна камера в виде замкнутой полости открытой со стороны цилиндра двигателя для отбора топливо-воздушной смеси из цилиндра двигателя и последующей подачи ее в цилиндр двигателя, на выходе камеры установлен антифламинг.
Технический результат (вариант 2) достигается тем, что в головке цилиндра двигателя внутреннего сгорания, содержащей, по меньшей мере, один впускной и один выпускной клапаны, устройство зажигания, новым является то, что в ее верхней части установлена, по меньшей мере, одна камера в виде замкнутой полости открытой со стороны цилиндра двигателя для отбора топливо-воздушной смеси из цилиндра двигателя и последующей подачи ее в цилиндр двигателя, в которой расположен поршень подачи, привод которого связан коромыслом с дополнительным кулачком на распределительном вале, а на выходе камеры установлен антифламинг.
На фиг.1 показана схема ДВС (вариант 1).
На фиг.2 показана схема ДВС (вариант 2).
Здесь: 1 - цилиндр двигателя; 2 - поршень двигателя; 3 - кривошипно-шатунный механизм; 4 - головка цилиндра; 5 - впускной клапан; 6 - выпускной клапан; 7 - устройство зажигания; 8 - камера отбора и подачи
топливо-воздушной смеси; 9 - антифламинг; 10 - поршень головки; 11 - коромысло; 12 - дополнительный кулачок.
Двигатель внутреннего сгорания, содержит рабочий цилиндр 1 с поршнем 2 и кривошипно-шатунным механизмом 3, распределительный вал с кулачками (на фигуре не показаны).
Головка 4 двигателя внутреннего сгорания (вариант 1) содержит впускной 5 и выпускной 6 клапаны, устройство зажигания 7. В верхней части головки 4 установлена камера 8 в виде замкнутой полости открытой со стороны цилиндра 1 двигателя для отбора топливо-воздушной смеси из цилиндра 1 двигателя и последующей подачи ее в цилиндр 1 двигателя, на выходе которой установлен антифламинг 9.
По варианту 2 в камере 8 отбора и подачи топливо-воздушной смеси расположен поршень подачи 10, привод которого связан коромыслом 11 с дополнительным кулачком 12 на распределительном вале.
Для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания головка 4 имеет несколько впускных 5 и насколько выпускных 6 клапанов, а также несколько камер 8, количество которых определяется количеством цилиндров 1.
Двигатель внутреннего сгорания по варианту 1 работает следующим образом. В такте всасывания, при движении поршня 2 двигателя вниз, топливо-воздушная смесь заполняет цилиндр 1 двигателя и одновременно заполняется камера 8 отбора и подачи ТВС расположенная на верхней части головки 4 цилиндра 1. В такте сжатия, при движении Поршня двигателя 2 вверх в камеру 8 продолжает поступать топливо-воздушная смесь. После срабатывания устройства зажигания 7, происходит воспламенение в районе верхней мертвой точки топливо-воздушной смеси в камере сгорания двигателя, а в камеру 8 отбора и подачи пламя не пропускает сетка антифламинг 9. В такте рабочего хода, при движении поршня двигателя 2 вниз свежая топливо воздушная смесь из камеры 8 под действием разности
давления начинает поступать в цилиндр 1 двигателя, продолжая процесс горения.
Двигатель внутреннего сгорания по варианту 2 работает следующим образом. В такте всасывания, при движении поршня 2 двигателя вниз, поршень 10 камеры 8 отбора и подачи ТВС 1 движется вверх, заполняя камеру 8 свежей смесью. В такте сжатия, при движении поршня двигателя 2 вверх, поршень 10 находится в верхнем положении и в камеру 8 продолжает поступать топливо-воздушная смесь.
После срабатывания устройства зажигания 7, происходит воспламенение в районе верхней мертвой точки топливо-воздушной смеси в камере сгорания двигателя, а в камеру 8 отбора и подачи пламя не пропускает сетка антифламинг 9.
В такте рабочего хода, при движении поршня 2 вниз, начинает двигаться вниз поршень 10. При этом, в цилиндр 1 двигателя начинает поступать свежая смесь из камеры 8, продолжая процесс горения. Поршень 10 доходит до нижнего положения раньше поршня 2.
В такте выпуска, при движении поршня 2 вверх, поршень 10 находится в нижнем положении. Приведенный закон движения поршня 10 обеспечивается соответствующим профилированием дополнительного кулачка 12 на распределительном вале двигателя, который через коромысло 11 обеспечивает его перемещение. При всасывании топливо-воздушная смесь поступает в рабочий объем цилиндра. При сжатии смесь распределяется в камере сгорания двигателя, а часть ее отбирается в камеру 8 отбора и подачи смеси сообщенную с цилиндром 1 двигателя через антифламминг 9. Объем камеры сгорания определяется на необходимое начальное давление в цилиндре в момент воспламенения в камере сгорания.
Воспламенение неотобранной, основной части топливо-воздушной смеси осуществляют при нахождении поршня 2 в верхней мертвой точке. Сетка-антифламминг 9, установленная на выходе камеры 8 отбора и подачи
топливо-воздушной смеси, не позволяет воспламениться находящейся в ней отобранной топливо-воздушной смеси.
По мере перемещения поршня 2 от ВМТ из камеры отбора и подачи начинается подача отобранной топливо-воздушной смеси в камеру сгорания двигателя. При этом будет реализовываться рабочий цикл ДВС близкий к P=const в отличие от существующего ныне V=const.
Таким образом, обеспечивается последовательная подача свежей топливо-воздушной смеси в процессе горения, что повышает КПД двигателя и крутящий момент на коленчатом валу и, кроме того, снижаются нагрузки на коренных и шатунных подшипниках коленчатого вала.