СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ГОЛОВКА ЦИЛИНДРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
METHOD OF MAINTAINING COMBUSTION IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND CYLINDER HEAD OF ABOVE ENGINE

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к технологии организации процесса горения топливовоздушной смеси в цилиндре ДВС с внешним смесеобразованием и принудительным воспламенением.
Известен способ организации процесса горения в двигателях внутреннего сгорания с принудительным воспламенением и устройства для осуществления способа, которые содержат системы подготовки топливовоздушной смеси (ТВС), карбюратор, смеситель или инжектор, цилиндропоршневой группы, системы впуска и выпуска газов и системы зажигания (Тур Е.Я. и др. Устройство автомобиля. М.: Машиностроение, 1991, с.13-15). Согласно способу организации процесса горения в цилиндре ДВС весь объем топливовоздушной смеси в цилиндре, необходимый для полного рабочего цикла, в такте сжатия воспламеняют в районе верхней мертвой точки (ВМТ) (Тур Е.Я. и др. Устройство автомобиля. М.: Машиностроение, 1991, с.13-15). В этом случае рабочий цикл двигателя практически соответствует циклу подвода тепла при V=const.
Известный способ организации процесса горения в двигателях внутреннего сгорания и двигатель для его осуществления не позволяют получить удовлетворительные характеристики и КПД.
Недостатком известного двигателя является то, что система подачи обеспечивает заполнение рабочего объема цилиндра необходимым для полного рабочего цикла объемом топливовоздушной смеси, который воспламеняется системой зажигания в районе ВМТ. В результате возникает резкий рост давления в цилиндре и большие 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° и далее убывает при перемещении к нижней мертвой точке (НМТ), 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 направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении КПД двигателя и крутящего момента на коленчатом валу, а также в снижении нагрузки на коренных и шатунных подшипниках коленчатого вала.
Технический результат достигается тем, что в способе организации процесса горения в двигателе внутреннего сгорания, включающем подачу топливовоздушной смеси в цилиндр двигателя, ее сжатие и воспламенение, новым является то, что при подаче топливовоздушной смеси в цилиндр двигателя часть ее отбирают, основную часть топливовоздушной смеси воспламеняют при нахождении поршня в верхней мертвой точке, а отобранную часть топливовоздушной смеси подают в цилиндр двигателя в такте расширения по мере перемещения поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.
Технический результат 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 топливовоздушной смеси из цилиндра двигателя и последующей подачи ее в цилиндр двигателя, на выходе которой установлен антифламинг.
В камере для отбора и подачи топливовоздушной смеси расположен поршень подачи с приводом для связи через коромысло с дополнительным кулачком на распределительном вале.
Сущность способа заключается в следующем. При всасывании топливовоздушная смесь поступает в рабочий объем цилиндра. При сжатии смесь распределяется в камере сгорания двигателя, а часть ее отбирается в камеру отбора и подачи смеси, сообщенную с цилиндром двигателя через антифламинг. Объем камеры сгорания определяется на необходимое начальное давление в цилиндре в момент воспламенения в камере сгорания.
Воспламенение основной неотобранной части топливовоздушной смеси осуществляют при нахождении поршня в верхней мертвой точке. Сетка - антифламинг, установленная на выходе камеры отбора и подачи топливовоздушной смеси, не позволяет воспламениться находящейся в ней отобранной топливовоздушной смеси.
По мере перемещения поршня от ВМТ из камеры отбора и подачи начинается подача отобранной топливовоздушной смеси в камеру сгорания двигателя. При этом будет реализовываться рабочий цикл ДВС, близкий к P=const, в отличие от существующего ныне V=const.
На чертеже показана схема ДВС для осуществления предложенного способа организации процесса горения.
Двигатель внутреннего сгорания содержит рабочий цилиндр 1 с поршнем 2 и кривошипно-шатунным механизмом 3, распределительный вал с кулачками (не показаны).
Головка 4 двигателя внутреннего сгорания 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 топливовоздушной смеси из цилиндра 1 двигателя и последующей подачи ее в цилиндр 1 двигателя, на выходе которой установлен антифламинг 9. В камере 8 отбора и подачи топливовоздушной 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 несколько выпускных 6 клапанов, а также несколько камер 8, количество которых определяется количеством цилиндров 1.
Двигатель внутреннего сгорания 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 топливовоздушная смесь.
После срабатывания устройства зажигания 7 происходит воспламенение в районе верхней мертвой точки топливовоздушной смеси в камере сгорания двигателя, а в камеру отбора и подачи 8 пламя не пропускает сетка - антифламинг 9. В такте рабочего хода, при движении поршня двигателя 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.
Таким образом, обеспечивается последовательная подача свежей топливовоздушной смеси в процессе горения, что повышает КПД двигателя и крутящего момента на коленчатом валу, и, кроме того, снижаются нагрузки на коренных и шатунных подшипниках коленчатого вала.