двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий основную камеру сгорания, образованную стенками цилиндра, днищем перемещающегося в нем поршня и головкой цилиндра, дополнительную камеру сгорания, выполненную с возможностью ее соединения с основной камерой при положении поршня вблизи верхней мертвой точки, механизм газораспределения и систему топливоподачи, отличающийся тем, что в головке цилиндра установлен цилиндрический корпус переменного сечения, в котором размещен подпружиненный вспомогательный двухступенчатый поршень с перепускными каналами, снабженный подпружиненным клапаном-золотником, а дополнительная камера сгорания образована боковыми поверхностями вспомогательного поршня и корпуса переменного сечения и торцевой плоскостью клапана-золотника, в котором выполнены каналы, соединяющие дополнительную и основную камеры сгорания при открытом положении клапана-золотника, при этом в верхней части корпуса образована нагнетательная полость, соединенная с системой топливоподачи, а в нижней части корпуса выполнены вертикальные пазы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, работающим на жидком топливе, и может быть использовано во всех областях техники, применяющих подобные двигатели.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий основную камеру сгорания и форкамеру, сообщенную с ней посредством соединительного канала и снабженную свечой зажигания и дополнительным впускным клапаном, выполненным за одно целое с регулирующим элементом. Регулирующий элемент выполнен в виде золотникового клапана, а форкамера дополнительно сообщена с основной посредством факельного канала. (А.с. СССР N 1320472, F 02 B 19/02, 19/18, F 01 I 1/28, 1987).

К недостаткам известного устройства можно отнести необходимость использования свечей зажигания для воспламенения запальной дозы топливной смеси и необходимого для их эксплуатации электрооборудования, а также сложность конструкции двигателя внутреннего сгорания.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по конструктивному выполнению является двухтактный двигатель внутреннего сгорания, в котором основная камера сгорания, образованная стенками цилиндра, днищем поршня и головкой цилиндра при положении поршня вблизи верхней мертвой точки соединяется посредством канала, выполненного в стенке цилиндра с дополнительной камерой сгорания. При этом дополнительная камера сгорания размещена в поршне. (А.с. СССР N 1320473, F 02 B 19/02, 1987).

Недостатками известного двигателя являются невысокая надежность воспламенения топливной смеси, а также сложность конструкции, связанная с необходимостью использования электрооборудования, обеспечивающего принудительное зажигание топливовоздушной смеси.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эксплуатационной надежности двигателя внутреннего сгорания и увеличение эффективности использования топливной смеси.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является возможность зажигания топливной смеси за счет компрессионного самовоспламенения, т. е. без использования свечей зажигания и, следовательно, необходимого для этого электрооборудования.

Указанный технический результат достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем основную камеру сгорания, образованную стенками цилиндра, днищем перемещающегося в нем поршня и головкой цилиндра, дополнительную камеру сгорания, выполненную с возможностью ее соединения с основной камерой при положении поршня вблизи верхней мертвой точки, механизм газораспределения и систему топливоподачи, согласно изобретению, в головке цилиндра установлен цилиндрический корпус переменного сечения, в котором размещен подпружиненный вспомогательный двухступенчатый поршень с перепускными каналами, снабженный подпружиненным клапаном-золотником, а дополнительная камера сгорания образована боковыми поверхностями вспомогательного поршня и корпуса переменного сечения и торцевой плоскостью клапана-золотника, в котором выполнены каналы, соединяющие дополнительную и основную камеры сгорания при открытом положении клапана-золотника, при этом в верхней части корпуса образована нагнетательная полость, соединенная с системой топливоподачи, а в нижней части корпуса выполнены вертикальные пазы.

Предлагаемое конструктивное выполнение двигателя внутреннего сгорания непосредственно влияет на достижения указанного результата. В частности, наличие двухступенчатого корпуса и установленного в нем дополнительного поршня позволяет получить высокую степень сжатия топливовоздушной смеси в дополнительной камере сгорания, что приводит к ее самовоспламенению. Наличие подпружиненного клапана-золотника дает возможность осуществлять надежное поджигание топлива в основной камере сгорания, а также своевременную продувку основной камеры сгорания после совершения рабочего хода поршня.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

Фиг. 1 двигатель внутреннего сгорания, поперечный разрез; фиг. 2 - схематическое изображение двигателя в момент нахождения поршня в нижней мертвой точке; фиг. 3 схематическое изображение двигателя в конце хода сжатия; фиг. 4 схематическое изображение двигателя в момент зажигания; фиг. 5 схематическое изображение двигателя в момент рабочего хода поршня; фиг. 6 схематическое изображение двигателя в момент выхлопа и продувки.

Заявляемый двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1 с размещенным в нем поршнем 2. К головке 3 цилиндра 1 прикреплен цилиндрический корпус 4 переменного сечения с кольцевым выступом 5 на его внутренней поверхности. В корпусе 4 размещен вспомогательный двухступенчатый поршень 6, прижим которого к кольцевому выступу 5 регулируется гайкой 7 и пружиной 8. Поршень 6 выполнен с перепускными каналами 9 и снабжен клапаном-золотником 10. В нижней части клапана-золотника 10 выполнены каналы 11, а его прижим к вспомогательному поршню 6 регулируется винтом 12 и пружиной 13. Основная камера сгорания 14 образована стенками цилиндра 1, днищем поршня 2 и головкой цилиндра 3. Дополнительная камера сгорания 15 образована боковыми поверхностями корпуса 4 и размещенного в нем вспомогательного поршня 7, верхней торцевой плоскостью клапана-золотника 10 и кольцевым выступом 5 корпуса 4. Каналы 11 соединяют дополнительную камеру сгорания 15 с основной камерой 14 при открытом положении клапана-золотника 10. В верхней части корпуса 4 его стенками, кольцевым выступом 5 и поверхностью вспомогательного поршня 6 образована нагнетательная полость 16, которая соединяется с системой подачи топливовоздушной смеси штуцером 17, а в нижней части корпуса 4 выполнены вертикальные пазы 18 для удаления отработанных газов из дополнительной камеры сгорания 15 и ее продувки.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

В исходном положении (фиг. 2) поршень 2 двигателя внутреннего сгорания начинает движение от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ) (фиг. 3), сжимая горючую смесь в цилиндре 1, которая в свою очередь действует на клапан-золотник 10 вспомогательного поршня 6. Последние, преодолевая сопротивление пружины 8, начинают сжимать горючую смесь, находящуюся в объеме дополнительной камеры сгорания 15. Одновременно происходит всасывание порции горючей смеси из картера или карбюратора через штуцер 17 в нагнетательную полость 16.

Благодаря значительному превышению площади нижней торцевой поверхности клапана-золотника 10 над площадью его верхней торцевой поверхности, образующей дополнительную камеру сгорания 15, в ней создается (в камере 15) давление, значительно превышающее давление в основной камере сгорания 14. Это приводит к компрессионному самовоспламенению мини-заряда горючей смеси, находящейся в дополнительной камере сгорания 15. При этом давление взрыва газов в камере 15, превысит давление в основной камере сгорания 14, и, преодолев сопротивление пружины 13, откроет клапан-золотник 10, опустив его на несколько миллиметров вниз (2-3 мм). Продукты мини-взрыва по открытым каналам 11 поджигают основной заряд горючей смеси в цилиндре 1. Начинается рабочий ход (фиг. 5). Давлением снизу клапан-золотник 10 опять закрывается. При такте "выхлоп" (фиг. 6) давление в основной камере 14 резко падает и пружина 8 возвращает вспомогательный поршень 6 с закрытым клапаном-золотником 10 к своей НМТ, открывая при этом вертикальные пазы 18. Через пазы 18 отработанные газы удаляются из дополнительной камеры 15 в основную камеру 14, а горючая смесь из нагнетательной полости 16 по перепускным каналам 9 выдавливается в дополнительную камеру 15, осуществляя ее продувку и заполняя ее объем новым зарядом горючей смеси. Цикл закончен. Далее процесс повторяется. Оптимальные режимы работы двигателя, момента зажигания и т.д. регулируются пружинами 8 и 13, а также зависят от соотношения площадей верхней и нижней торцевых поверхностей клапана-золотника 10.

При использовании предлагаемого конструктивного решения не требуется существенной переделки двигателя внутреннего сгорания, так как модернизируется в основном головка цилиндра.

Таким образом, предлагаемое конструктивное выполнение двигателя внутреннего сгорания значительно повышает его надежность за счет исключения необходимости использования электрооборудования, применяемого в системе зажигания. Кроме того, предлагаемое устройство обладает всеми преимуществами факельного зажигания. Применение данного двигателя наиболее целесообразно в гоночных мотоциклах, мотоинструменте, что кроме вышеназванного позволяет исключить такие элементы, как аккумулятор, генератор, прерыватель, т.е. обеспечивает снижение общего веса машины.