СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02B1/08 F02B3/02 F02B3/04 F02B23/08 F02B29/06 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, и может быть использовано в автомобильных двигателях.

Характеристика аналогов и прототипов
1. Существует способ повышения мощности за счет турбонаддува. Двигатель с турбонаддувом, который хорошо разработан и описан в отечественной и зарубежной литературе, имеет повышение мощности до 40%.

Но данный способ имеет существенный недостаток, в частности воздух вырабатывается турбокомпрессором, не полностью используется и часть его, особенно на средних и малых нагрузках, выбрасывается в атмосферу.

2. Существует способ подачи в цилиндры двигателя воздуха в конце наполнения и начале сжатия, когда поршень находится возле НМТ, для повышения топливной экономичности, улучшения антидетонационных и экологических качеств путем интенсификации вихревого движения, который хорошо показан в описаниях изобретений к авторским свидетельствам NN 1379478, 1370271 и 1373839.

Данный способ имеет недостаток, в частности устанавливаются в каждом цилиндре автоматические пластинчатые подпружиненные клапаны, которые из-за большой инерционности, особенно на больших частотах вращения (5000...6000 мин^-1), не успевают закрывать и открывать впускные отверстия.

3. Существует способ впрыска бензина во впускную трубу во время открытия впускного клапана. При этом получают неоднородную горючую смесь, надежное и устойчивое воспламенение, снижается содержание CO и повышается экономичность.

Но данный способ имеет существенный недостаток - при работе двигателя на полной мощности содержание CO увеличивается, а также с увеличением нагрузки и частоты вращения коленчатого вала увеличивается концентрация окиси азота примерно в 10 раз. Из-за недостаточного завихрения возрастает содержание в отработавших газах количества несгоревших углеводородов и сажи.

Цель изобретения - эффективное использование воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором через впускное отверстие, расположенное в цилиндре, путем интенсификаций вихревого движения и впрыска бензина непосредственно в камеру сгорания.

Сущность изобретения
Изобретение позволяет повысить мощность, топливную экономичность двигателя, снизить количество токсичных компонентов на всех режимах работы и улучшить антидетонационные качества с использованием воздуха от турбокомпрессора для вдувания в процессе впуска и начале сжатия. При перемещении поршня 5 на расстояние 0,5. ..1,0 от полного хода в процессе наполнения цилиндра воздух из турбокомпрессора 11 по воздуховоду 9, минуя впускную систему, поступает в трубчатый золотник 8, затем через отверстия диаметром 10 мм 7, расположенные под углом 12. ..15^o к осевой и диаметральной плоскостям, струя воздуха 14 направляется в полость 6 цилиндра 1, где, заполняя его, создает вихревое движение, которое сохраняется до конца сжатия и процесса горения.

При отсутствии в газораспределительном механизме впускных клапанов с пружинами и их креплениями система впуска приводит к снижению металлоемкости двигателя, упрощает изготовление кулачкового вала газораспределения, способствует рациональному использованию воздуха от турбокомпрессора 11.

При установке форсунки впрыска 2 в стенке цилиндра 1 на расстоянии 0,4 хода поршня от ВМТ при увеличении объема впрыск бензина осуществляется, когда поршень проходит от НМТ 0,3 хода пути, и заканчивается при подходе поршня 5 к соплу форсунки 2. Струя бензина 13 направлена к месту расположения свечи зажигания 10, где бензин воспламеняется, и под действием воздушного вихря 14 пламя, смещаясь к центру, распространяется по всему объему камеры сгорания.

Впрыск бензина непосредственно в полость цилиндра и установка форсунки 2 в стенке цилиндра 1 приводят к более полному использованию тепловой энергии бензина на полезную работу, увеличивает мощность на 6...8%, снижает расход топлива на 8...10% и токсичные компоненты в отработавших газах на 60...90% (CO, CH, NO и др.).

На чертеже схематично показан двигатель внутреннего сгорания с изображением движения воздуха через впускные отверстия 7 в процессе наполнения и впрыска бензина непосредственно в камеру сгорания.

При соприкосновении потока воздуха 14 со струей бензина 13 направление струи бензина 13 изменяется ближе к центру.

Двигатель внутреннего сгорания, в котором реализуется предлагаемый способ работы, содержит цилиндр 1, в нем установлен поршень 5, турбокомпрессор 11, воздуховод 9, соединенный с одной стороны с турбокомпрессором 11, с другой с трубчатым золотником 8, впускные отверстия 7 диаметром 10 мм (два или три в зависимости от допускаемой максимальной частоты вращения коленчатого вала), просверленные в цилиндре 1, соединяющие с полостью 6.

Топливный насос 4 соединен через топливопровод 3 с топливной форсункой 2, сопло которой направлено в полость 6 к свече зажигания 10.

Способ работы осуществляется следующим образом.

При движении поршень 5, пройдя к НМТ 50% от полного хода, открывает со стороны полости цилиндра впускные отверстия 7, с другой стороны, в это же время, трубчатый золотник 8 открывает эти же впускные отверстия 7. Из турбокомпрессора 11 по воздуховоду 9, трубчатому золотнику 8 и впускным отверстиям 7 воздух поступает в полость цилиндра 6. Поступивший в полость 6 воздух заполняет объем цилиндра и за счет расположения отверстий 7 под углом к оси диаметральной и осевой плоскостей принимает вихревое движение 14.

При перемещении поршня 5 к ВМТ на 50% от полного хода и повороте трубчатого золотника 8 на 90^o отверстия 7 закрываются, наполнение полости цилиндра 6 воздухом прекращается.

После перемещения поршня 5 от НМТ на 0,3 хода пути через форсунку 2 начинается впрыск бензина, направленный в полость 6 струей 13 к свечи зажигания 10. Впрыск заканчивается, когда поршень 5 будет находиться на расстоянии от ВМТ 0,4 рабочего хода.

При направлении от турбокомпрессора всего воздуха в полость цилиндра 6 для завихрения отпадает необходимость установки впускной системы (впускной коллектор, клапаны, пружины и др.), упрощается изготовление кулачкового вала (без впускных кулачков).

Ликвидация у двигателя впускной системы позволяет снизить стоимость двигателя на 40...50 тысяч рублей (по расчету).

Данное изобретение в настоящее время в полном объеме находится в чертежах, а также создается двигатель с данным изобретением автолюбителями. Работа находится в стадии завершения. Предварительная проверка показала, что имеется положительный эффект.

Данный способ работы двигателя планируют использовать в Елабужском автомобильном заводе (ЕлАЗ) (источник не официальный).

Данный способ изобретения может быть опубликован в открытой печати.

Использование: в двигателестроении, в частности в двигателях внутреннего сгорания с принудительным зажиганием. Сущность изобретения: способ работы двигателя внутреннего сгорания включает начало впуска воздуха в цилиндр при положении поршня на высоте 0,5 хода к нижней мертвой точке и конец впуска при его перемещении на высоту 0,4 хода от верхней мертвой точки, а при положении поршня на высоте 0,5 хода к верхней мертвой точке прекращают впуск воздуха на высоте 0,5 хода поршня от нижней мертвой точки. Воздух, подаваемый от турбокомпрессора, заполняет весь объем цилиндра, впрыск бензина осуществляют направленной струей в свече зажигания при перемещении поршня от нижней мертвой точки на высоту 0,3 хода и заканчивают, когда поршень не дойдет до верхней мертвой точки высоты 0,4 хода. Изобретение обеспечивает эффективное использование воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором через впускное отверстие, расположенное в цилиндре, путем интенсификации вихревого движения и впрыска бензина непосредственно в камеру сгорания. 3 з.п.ф-лы,1 ил.

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий подачу воздуха в цилиндр, сообщение ему вращательного движения, сжатие воздуха поршнем, впрыск топлива во вращающийся поток сжатого воздуха через топливную форсунку и воспламенение полученной топливно-воздушной смеси от свечи зажигания, отличающийся тем, что впуск воздуха в цилиндр начинают при положении поршня на высоте 0,5 хода к нижней мертвой точке, а при положении поршня на высоте 0,5 хода к верхней мертвой точке прекращают впуск воздуха. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что впуск воздуха осуществляют от турбокомпрессора в течение 180^o поворота коленчатого вала через открытые впускные отверстия, который заполняет весь объем цилиндра. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что впрыск бензина осуществляют направленной струей к свече зажигания. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что после перемещения поршня от нижней мертвой точки на высоту 0,3 хода начинается впрыск бензина и заканчивается, когда поршень не дойдет до верхней мертвой точки высоты 0,4 хода.