ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОРШНЕВОГО ТИПА Российский патент 1997 года по МПК F02B69/00 F02B43/00 

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания поршневого типа, в частности, к модифицированному дизельному двигателю работающему на смеси газа и воздуха, в котором заряд в камере сгорания зажигается устройством генерации искры, расположенным в прежнем отверстии для сопла впрыска топлива в головке цилиндров дизельного двигателя.

Известно использование дизельных двигателей, бензиновых двигателей и газовых двигателей для транспортных средств, судов и других силовых систем. Все двигатели являются двигателями, работающими по циклу Отто и приводятся в действие некоторым количеством воздушно-газовой смеси, зажигаемой в камере сгорания, после чего сгорание вызывает повышение давления. Повышение давления не происходит мгновенно после зажигания, а происходит постепенно в течение некоторого промежутка времени. Механизм зажигания дизельного двигателя является самовоспламенение, выборочно комбинированное с трубкой с запальным шаром в течение процесса нагревания, когда сгораемая смесь зажигается вследствие повышения давления в камере сгорания. Другие два типа двигателей, а именно, бензиновый двигатель и газовый двигатель зажигаются посредством искры от системы зажигания. В последних двух типах двигателей обычно не используется самовоспламенение, но если, тем не менее, происходит самовоспламенение, например, в бензиновом двигателе, это сопровождается отрицательным эффектом, а именно, детонацией. Газовые двигатели для наземных транспортных средств обычно конструируются на принципах бензиновых двигателей, которые конструируются или непосредственно для газа или могут быть переоборудованы в газовый двигатель. Значительная разница между дизельным двигателем и бензиновым двигателем состоит в степени сжатия топливной смеси. Степень сжатия для дизельных двигателей часто не превышает 12, в то время, как для бензиновых двигателей она редко превышает 10. Момент зажигания в бензиновом двигателе обычно находится в пределах примерно от 12^o до 3^o до верхней мертвой точки, что приведет к тому, что максимальное давление не достигается в камере сгорания перед достижением верхней мертвой точки.

В [1] описан двигатель внутреннего сгорания, в частности, модифицированный дизельный двигатель, работающий на смеси природного газа и воздуха, в котором заряд в камере сгорания зажигается устройством генерации искры, расположенным в отверстиях для сопел впрыска топлива в камере сгорания прежнего дизельного двигателя.

Задачей изобретения является разработка высокоэффективного внутреннего сгорания и обеспечение возможности простого переоборудования дизельного двигателя в газовый двигатель, а также разработка простого способа повышения мощности.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания отличается тем, что статическая степень сжатия превышает 15 и момент зажигания находится после верхней мертвой точки. Это приводит к тому, что можно достичь зажигания топлива, самовоспламеняющая способность которого при заданной степени сжигания обычно не страдает. Результирующее зажигание приводит к максимальному давлению в цилиндре в момент, отстоящий примерно на 90^o от верхней точки, тем самым, достигается высокая эффективность сгорания топлива одновременно без резкого повышения температуры в камере сгорания.

Воплощение предлагаемого двигателя внутреннего сгорания такого, что газ состоит из жидкого пропана практически включает пропан и бутан, и где используется атмосферный воздух, содержащий примерно 21% кислорода. Таким образом можно увеличить мощность двигателя внутреннего сгорания путем использования обычного топлива высокой частоты, где продуктом сгорания в основном является двуокись углерода и вода. Кроме того, жидкий пропан имеет то преимущество, что он может содержаться в резервуарах со сравнительно тонкими стенками по сравнению с резервуарами для природного газа.

Другое воплощение для предлагаемого двигателя внутреннего сгорания отличается тем, что он представляет собой 6-цилиндровый двигатель объемом 9570 см³ с диаметром цилиндра 125 мм и ходом поршня 130 мм и который снабжен системой зажигания, например, типа Люменишн /Lumeniton/, системой испарения типа Рензо Матик /Renzo Matic/, карбюраторной системой, включающей диффузор, и стандартной системой выпуска выхлопных газов для дизельных агрегатов. В результате этого можно при низких затратах переоборудовать известный дизельный двигатель в газовый двигатель с высоким КПД.

Кроме того, предлагаемый двигатель внутреннего сгорания может отличаться тем, что система впрыска топлива дизельного агрегата, включающая насос, трубопровод и систему сопел заменяется системой зажигания, включающей катушку зажигания, распределитель, электропроводку высокого напряжения и свечи зажигания. Таким образом, можно для переоборудования использовать обычные легкодоступные компоненты.

Воплощение предлагаемого двигателя внутреннего сгорания отличается тем, что устройство генерации искры, предпочтительно является типа свечи зажигания или, альтернативно: типа запального шара.

Таким образом, можно повысить КПД известного двигателя, дороже бы обошлось конструирование с нуля. Можно обеспечит эффективную работу двигателя с повышением мощности более, чем на 10% и уменьшенным потреблением топлива более, чем примерно на 10% и уменьшенными затратами на топливо более, чем примерно на 20%
Изобретение описывается ниже более подробно по прилагаемым рисункам.

На фиг. 1 показан предлагаемый двигатель внутреннего сгорания.

На фиг. 2 показан схематичный вид, иллюстрирующий принципы переоборудования дизельного двигателя.

На фиг. 3 показано сечение переоборудованной головки цилиндров.

Изобретение было испытано на двигателе, представленном на фиг. 1, отмеченном поз. 1. Двигатель представлял собой двигатель от фиата типа 8220.12, являющийся дизельным двигателем, обычно используемым для грузовиков и подобных транспортных средств. Двигатель является 6-цилиндровым 4-тактным дизельным двигателем г, обычно развивающим мощность 151 квт, соответствующую 205 л. с. при скорости вращения 2600 об/мин. Двигатель имеет крутящий момент 638 Нм, соответствующий 65 кгм при скорости вращения 1600 об/мин. Цилиндр имеет диаметр 125 мм, ход поршня 130 мм, что приводит к объему в 9570 см³. Степень сжатия была установлена для дизеля, работающего без трубок с запальным шаром, которая была рвана 16. Двигатель обычно снабжается различным периферийным оборудованием, таким, как генератор для зарядки батарей, водяной насос и вентилятор для системы охлаждения. Все периферийное оборудование могло быть сохранено для переоборудования двигателя в газовый двигатель. Трансмиссия также могла быть сохранена, т.е. цепочка двигателя до дороги, и совсем не обязательно также изменять общее передаточное число, т.к. характеристика двигателя изменяется незначительно. Конечно, можно сделать так, чтобы двигатель развивал большую мощность на более высоких оборотах, но при этом увеличивается износ и соответствующим образом должна изменяться трансмиссия. Очень важным фактором, связанным с преобразованием дизельного двигателя в газовый двигатель является то, что возникает необходимость замены очень незначительного количества частей.

На фиг. 2 показаны части дизельного двигателя, которые в принципе заменяются. Впускной и выпускной коллекторы дизельного двигателя сохраняются, но выпускной коллектор 11 присоединяется к карбюраторному устройству 7, присоединяемому посредством 53 к системе испарения 5, например, типа Рензо Матик. Испаритель 5 соединяется с резервуаром для газа, заменяющим в транспортном средстве резервуар для дизельного топлива. Резервуар для газа обычного типа и он содержит автозаг или жидкий пропан.

Система зажигания 3 двигателя 2 представляет собой электронную систему зажигания, например, типа Люменишн, включающую катушку зажигания 31, распределитель 33 и в настоящем воплощении шесть свечей зажигания 37, связанных с подходящей электропроводкой высокого напряжения 35. Электронная система зажигания и катушка зажигания 31 обычного типа, допускающие различную регулировку. Крышка распределителя, электропроводка высокого напряжения 35 и свечи зажигания 37 также обычного типа, но основной элемент распределителя был сконструирован специально для используемого двигателя 1. Основной элемент должен присоединяться к валу в двигателе, который вращается синхронно с коленчатым валом. Вал, например, может быть кулачковым или распределительным валом. Дизельные двигатели обычно связаны с внешней насосной системой, подающей дизельное топливо к соплам каждой камеры сгорания. Т.к. нет необходимости в такой насосной системе, после переоборудования распределитель 33 может быть с успехом присоединен к двигателю 1 в этом месте. Другим преимуществом размещения является то, что вал движется синхронно с коленчатым валом двигателя, раньше указанный вал приводил в действие насосную систему, а теперь должен приводить в действие распределитель 33.

На фиг. 3 показано сечение головки цилиндров 9 предлагаемого двигателя 1, на котором вверху видна камера сгорания с двумя клапанами, впускным клапаном 93 и выпускным клапаном 95. Впрыскивающее сопло было заменено обычной свечой зажигания 37. Замена возможна благодаря винтовому соединению в отверстии 91 в головке цилиндров 9 и в которое может быть вставлена свеча зажигания 37. Винтовое соединение может быть таким, что свеча зажигания 37 правильно устанавливается в камере сгорания. Оба элемента, впрыскивающие сопло в дизельном двигателе и свече зажигания в газовом двигателе теоретически должны размещаться в одном и том же месте в камере сгорания, а именно, в месте считывающемся геометрическим центром распространения волны давления при сгорании. Вышеуказанное легкое переоборудование затрудняется в случае двигателей, в которых топливо не впрыскивается непосредственно перед входом воздушного потока в указанный цилиндр, т.к. свечу зажигания 37 необходимо размещать в камере сгорания. Однако, обычно впрыскивающее сопло устанавливается в камере сгорания дизельных двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания 1, который должен переоборудоваться согласно настоящему изобретению, должен иметь статическую степень сжатия более, чем приблизительно 15, в частности, она должна находиться в диапазоне от около 15 до около 20, предпочтительно, должна быть около 17. Момент зажигания свечи загорания 37 находится на верхней мертвой точке. Момент зажигания находится в пределах от около 0^o от верхней мертвой точки до около 20^o от верхней мертвой точки. Момент зажигания зависит, в частности, от состава газа, но при использовании жидкого пропана момент зажигания является сравнительно неизменным.

Топливо, которое должно использоваться в двигателе внутреннего сгорания 1, обычно является жидким пропаном в виде смеси автогаза с воздухом, где жидкий пропан по существу содержит пропан и бутан. Воздух является обычным атмосферным воздухом, содержащим около 21% кислорода. Однако, также можно использовать другие составы газа, но природный газ требует очень прочных резервуаров, а также очень низкой температуры для поддержания жидкого состояния, необходимого на транспортном средстве для уменьшения занимаемого объема. Могут разрабатываться другие типы резервуаров для хранения, дающие возможность использовать на транспортном средстве природный газ. Мог бы также использоваться городской газ, но по сравнению с жидким пропаном испаряемая энергия городского газа является значительно более низкой.

Переоборудование двигателя внутреннего сгорания 1 включает операции вставки в отверстия 91 головки цилиндров 9 свеч зажигания 37, предпочтительно, искрового типа, альтернативно, типа запального шара /фиг. 3/. Эти отверстия 91 ранее использовались для размещения топливных сопел для дизельного двигателя.

Что касается общей конструкции, двигатель внутреннего сгорания 1 представляет собой дизельный двигатель. Двигатель внутреннего сгорания 1 снабжен системой зажигания 3, например, типа Люменишн, системой испарения 5, например, типа Рензо Матик и карбюраторным устройством, включающим диффузор 71. Система выпуска выхлопных газов, ранее используемая для работы дизельного двигателя, переоборудуваемого в двигатель 1, может оставаться без изменения. Система зажигания 3 и система испарения 5, конечно могут быть других типов, отличных от вышеуказанных. Система зажигания 3 не обязательно должна быть электронной системой, а она может быть также чисто механической.

Система впрыска топлива дизельного двигателя, включающая насос, трубопровод и систему сопел заменяется системой зажигания 3, включающей катушку зажигания 31, распределитель 33, электропроводку высокого напряжения 35 и свечи зажигания 37.

Для управления распределителем 33 системы зажигания 3 используется устройство управления, т.е. ведущий вал, управляющий и системой впрыска топлива дизельного двигателя.

Изобретение не ограничивается вышеописанными воплощениями, а может иметь различные модификации в пределах объема изобретения. Таким образом, может использоваться несколько диффузоров и система зажигания может представлять электростатическое зажигание.

Использование: модифицированные дизельные двигатели, работающие на смеси газа и воздуха. Сущность изобретения: предлагается двигатель внутреннего сгорания поршневого типа, у которого степень сжатия превышает 15. Двигатель снабжен системой зажигания, в которой момент зажигания находится за верхней мертвой точкой, в частности, в пределах от 0^o от верхней мертвой точки до около 20^o от верхней мертвой точки, и предпочтительно, отстоит на 4^o от верхней мертвой точки. Результирующее зажигание создает максимальное давление в цилиндре в момент, отстоящий на 90^o от верхней мертвой точки, тем самым достигается высокая эффективность сгорания топлива без резкого увеличения температуры в камере сгорания. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания поршневого типа, работающий на смеси сжиженного нефтяного газа в виде автогаза, смешанного с воздухом, где сжиженный нефтяной газ по существу включает пропан и бутан, или сжиженный натуральный газ, или городской газ и воздух, в котором заряд в камере сгорания зажигается устройством, генерирующим искру, отличающийся тем, что статистическая степень сжатия превышает 15 1, а момент зажигания находится за верхней мертвой точкой, особенно в интервале от 0^o верхней мертвой точки до 20^o после верхней мертвой точки, предпочтительно 4^o после верхней мертвой точки. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что газ состоит из сжиженного нефтяного газа в виде автогаза, смешанного с воздухом, где жидкий пропан по существу включает пропан и бутан и воздух является атмосферным воздухом, содержащим около 21% кислорода. 3. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он представляет собой шестицилиндровый двигатель объемом в 9570 см³ с диаметром цилиндра 125 мм и ходом поршня 130 мм, который снабжен системой зажигания, например, типа Люменишн, системой испарения, например, типа Рензо Матик, карбюраторной системой, включающей диффузор, и стандартной системой выпуска выхлопных газов для дизельных агрегатов. 4. Двигатель по одному из пп. 1 3, отличающийся тем, что система впрыска топлива дизельного агрегата, включающая насос, трубопровод и систему сопел, заменена системой зажигания, включающей катушку зажигания, распределитель, электропроводку высокого напряжения и свечи зажигания. 5. Двигатель по одному из пп. 1 4, отличающийся тем, что он содержит средство контроля системы впрыска топлива дизельного агрегата, служащее для управления распределителем системы зажигания. 6. Двигатель по одному из пп. 1 5, отличающийся тем, что в качестве устройства генерации искры использовано устройство типа свечи зажигания.