СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B21/00 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания путем заполнения цилиндра свежим зарядом, сжатия его в основной камере и аккумулирующей полости, впрыска топлива в основную камеру, воспламенения его и выжигания при использовании заряда основной и аккумулирующей камер [1].

Недостатком этого способа является то, что свежим зарядом является воздух, а вовлечение свежего заряда из аккумулирующей полости в процессе сгорания осуществляется одновременно с воспламенением в основной камере, что ведет к значительной задержке воспламенения и не использует всех возможностей для обеспечения высокой степени полноты сгорания.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания путем заполнения цилиндра свежим зарядом, его сжатия разделения заряда вблизи верхней мертвой точки на два объема: первого - в предкамере и второго - в аккумулирующей полости, впрыска топлива в первый объем свежего заряда, воспламенения топлива и его последующего выжигания при вовлечении в область горения второго объема свежего заряда из аккумулирующей полости [2].

Однако свежим зарядом здесь также является воздух, что отрицательно влияет на задержку воспламенения. Последующее после воспламенения топлива в предкамере вовлечение в процесс сгорания свежего заряда из аккумулирующей полости осуществляется в радиальном направлении, что в недостаточной степени увеличивает полноту сгорания.

Целью изобретения является повышение экономии топлива и снижение жесткости работы путем улучшения процесса сгорания.

Указанная цель достигается тем, что в способе работы двигателя внутреннего сгорания путем заполнения цилиндра свежим зарядом, его сжатия, разделения заряда вблизи верхней мертвой точки на два объема: первого - в предкамере и второго - в аккумулирующей полости, впрыска топлива в первый объем свежего заряда, воспламенения топлива и его последующего выжигания при вовлечении в область горения второго объема свежего заряда из аккумулирующей полости, в качестве свежего заряда используют обедненную топливовоздушную смесь (ТВС), а вовлечение второго объема свежего заряда в область горения осуществляют путем подпитки потоком обедненной топливовоздушной смеси, окружающим область горения.

Желательно в зависимости от режима работы двигателя степень обеднения ТВС регулировать.

На фиг.1 представлен двигатель, осуществляющий указанный способ, с подачей в рабочую камеру обедненной ТВС через клапан в поршне; на фиг.2 - камера сгорания указанного двигателя при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ); на фиг.3 - камера сгорания в момент движения поршня к нижней мертвой точке (НМТ).

Стрелками показано направление движения свежего заряда из аккумулирующей камеры.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит цилиндр 1 и головку 2, которые выполнены двуслойными, с образованием полости 3, охватывающей со всех сторон надпоршневое пространство (рабочую камеру) 4 и соединенной через впускные клапаны 5 с подпоршневым компрессорным пространством 6. На головке 2 цилиндра 1 размещены форсунки 7 и 8. Сопло основной форсунки 7 направлено по оси цилиндра в рабочую камеру 4, а сопла дополнительных форсунок 8 размещены в полости 3 головки 2 цилиндра. Цилиндр 1 имеет пояс выхлопных отверстий 9, открываемых поршнем 10 при подходе его к нижней мертвой точке (НМТ). В днище 11 поршня 10 выполнены две полости: центральная 12 и периферийная 13. Центральная полость 12 при положении поршня 10 в ВМТ совместно с выемкой 14 в головке 2 образует предкамеру 15, а периферийная полость 13 является аккумулирующей. Головка 2 и днище 11 снабжены соответственно кольцевыми выступами 16 и 17, перекрываемыми при положении поршня 10 в ВМТ. При этом кольцевой выступ 16 перекрывает горловину 18 аккумулирующей полости 13. Коническая внешняя поверхность 19 выступа 16 обеспечивает переменное сечение горловины 18 в процессе ее перекрытия. В центральной полости 12 поршня 10 размещен перепускной клапан 20.

Способ осуществляют следующим образом (на примере дизельного двигателя, работающего по двухтактному циклу).

Цикловую подачу разделяют на две части - подготовительную и воспламеняющую. Подготовительную часть топлива через дополнительные форсунки 8 впрыскивают в полость 3. Здесь топливо испаряется под действием тепла от сгорания топлива в предыдущих циклах, ушедшего в стенки цилиндра 1 и головки 2, далее смешивается во впускном тракте с воздухом с образованием обедненной ТВС и подается через впускные клапаны 5 подпоршневое пространство 6 под действием возникающего в нем на такте сжатия разрежения. Затем при рабочем ходе поршня образовавшуюся обедненную ТВС сжимают в подпоршневом пространстве, подают через перепускной клапан 20 в надпоршневое пространство 4, охлаждая при этом полости 12 и 13, и начинают сжимать ее с одновременным заполнением ею аккумулирующей полости 13. При подходе поршня 10 к ВМТ в сжатую ТВС через форсунку 7 начинают впрыск воспламеняющей части топлива. Впрыснутое топливо воспламеняется в предкамере 15, при этом задержка воспламенения минимальна, так как впрыск производится в подготовленную обедненную ТВС, в которой уже прошли предпламенные реакции. В указанный момент времени предкамера 15 и аккумулирующая полость (АП) 13 надежно разделены, что не дает возможности смешиваться газам горящего ядра со свежим зарядом в АП.

Начинается рабочий ход. По мере отхода поршня 10 от ВМТ, сжатая в АП 13, ТВС начинает поступать в рабочую камеру 4 через горловину 18 (фиг.3). При этом поток ТВС в форме полого цилиндра окружает горящее ядро, подпитывая область горения. Окружение области горения слоем еще не воспламенившейся ТВС изолирует на некоторое время зону горения от стенок цилиндра.

Горение на первых стадиях проходит факелом над камерой сгорания и затем постепенно распространяется от центра к периферии, выжигая оставшееся топливо. Продукты сгорания выбрасываются в атмосферу через выхлопные отверстия 9, открываемые поршнем 10 при подходе к НМТ.

В зависимости от режима работы двигателя степень обеднения ТВС изменяют.

Указанный способ сжигания топлива может использоваться как в двух-, так и в четырехтактном двигателе, в двигателях с воспламенением от сжатия или с искровым зажиганием.

Сущность изобретения: способ включает заполнение цилиндра свежим зарядом, его сжатие, разделение заряда вблизи верхней мертвой точки на два объема: первого - в предкамере и второго - в аккумулирующей полости, впрыск топлива в первый объем свежего заряда, воспламенение топлива и его последующее выжигание при вовлечении в область горения второго объема свежего заряда из аккумулирующей полости. В качестве свежего заряда используют обедненную топливовоздушную смесь. Вовлечение второго объема свежего заряда в область горения осуществляют путем подпитки потоком обедненной топливовоздушной смеси, окружающим область горения. 3 ил.

1. СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ путем заполнения цилиндра свежим зарядом, его сжатия, разделения заряда вблизи верхней мертвой точки на два объема: первого - в предкамере и второго - в аккумулирующей полости, впрыска топлива в первый объем свежего заряда, воспламенения топлива и его последующего выжигания при вовлечении в область горения второго объема свежего заряда из аккумулирующей полости, отличающийся тем, что, с целью повышения топливной экономичности путем улучшения процесса сгорания и снижения жесткости в работе, в качестве свежего заряда используют обедненную топливовоздушную смесь, а вовлечение второго объема свежего заряда в область горения осуществляют путем подпитки потоком обедненной топливовоздушной смеси, окружающим область горения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень обеднения топливовоздушной смеси изменяют в зависимости от режима работы двигателя.