СПОСОБ РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК F02B7/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к дизелестроению, а именно к способам работы дизелей с термохимической конверсией части топлива.

Известен способ работы четырехтактного дизеля путем впуска в цилиндры воздуха, впрыска в цилиндры топлива двумя порциями, сжигания топлива, выпуска продуктов сгорания и преобразования энергии расширяющихся газов в возвратно-поступательное движение поршней между верхними и нижними мертвыми точками, причем первую порцию топлива перед сжиганием подвергают термохимической конверсии путем ее впрыскивания в продукты сгорания, размещенные в цилиндрах, а впрыскивание второй порции топлива производят в конце такта сжатия (1). Выпуск заканчивают до прихода поршня в верхнюю мертвую точку, после чего впрыскивают первую порцию топлива, а впуск воздуха в цилиндры начинают после перехода поршнем верхней мертвой точки.

Основным недостатком известного способа является отсутствие возможности управления величиной первой порции топлива при изменении нагрузочного режима работы дизеля в соответствии с содержанием остаточного кислорода в продуктах сгорания, размещенных в цилиндре, с целью обеспечения оптимального соотношения "топливо - окислитель". Вследствие этого для большинства режимов двигателя реакция термохимической конверсии топлива по глубине протекания остается незавершенной из-за отсутствия необходимых концентрационных условий в реагирующей углеводородно-кислородной среде и, следовательно, малоэффективной по выходу активных конечных компонентов, выполняющих роль инициаторов процесса сгорания топлива. Это, в свою очередь, приводит к неполной реализации заявленных преимуществ известного способа работы дизеля.

В основу изобретения поставлена задача создания более экологичного способа работы четырехтактного дизеля за счет снижения содержания СО, CH и сажи в выпускных газах, а также более экономичного способа работы дизеля.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе работы четырехтактного дизеля путем впуска в цилиндры воздуха, впрыскивания в цилиндры топлива двумя порциями, сжигания топлива, выпуска продуктов сгорания и преобразования энергии расширяющихся газов в возвратно-поступательное движение поршней между верхними и нижними мертвыми точками, причем первую порцию топлива перед сжиганием подвергают термохимической конверсии путем ее впрыскивания в продукты сгорания, размещенные в цилиндрах, а впрыскивание второй порции топлива производят в конце такта сжатия, величину первой порции топлива, впрыскиваемой в цилиндр до прихода поршня в верхнюю мертвую точку после закрытия выпускного клапана, дозируют в зависимости от содержания количества кислорода в отработавших газах, а впуск воздуха в цилиндры начинают после достижения поршнем верхней мертвой точки, причем на режимах холостого хода отключают подачу первой порции топлива.

В результате предлагаемый способ работы четырехтактного дизеля предусматривает для каждого нагрузочного режима работы двигателя, характеризующегося определенным содержанием в отработавших газах кислорода, дозирование величины первой порции топлива, при которой достигается оптимальное соотношение "топливо - окислитель", определяющее максимальную эффективность и глубину реакции конверсии, и, тем самым, возможность минимизировать содержание токсичных компонентов в отработавших газах дизеля. Отключение подачи в дизель первой порции топлива на режиме холостого хода делает работу дизеля более экономичной.

На фиг. 1 изображена функциональная схема дизеля, реализующая предлагаемый способ. Схема включает топливную систему с емкостью для хранения топлива 1, насосом 2, устройством управления топливоподачей 3 и форсункой 4, механизм привода клапанов 5 с изменяемыми фазами газораспределения, установленный на двигателе датчик нагрузки 6 и датчик содержания кислорода в отработавших газах 7, связанные с блоком управления 9, а также датчик 8 положения коленчатого вала, связанный с блоком управления 9 и предназначенный для синхронизации работы механизма привода клапанов 5 и устройства управления топливоподачей 3 с вращением коленчатого вала двигателя.

Блок управления 9 (фиг. 2) состоит из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 10, преобразующего аналоговые сигналы от датчика нагрузки 6, датчика содержания кислорода в отработавших газах 7 и датчика положения коленчатого вала 8 в цифровую форму, микропроцессора 11, который по входной информации от датчиков 6, 7 и 8 в соответствии с заданной программой вырабатывает необходимый сигнал для управления работой устройства управления топливоподачей 3 и механизма привода клапанов 5, и аналого-цифрового преобразователя 12, преобразующего сигналы от микропроцессора 11 из цифровой формы в аналоговую для подачи их на устройство управления топливоподачей 3 и механизм привода каналов 5.

В соответствии с рассмотренной схемой работа дизеля осуществляется следующим образом.

При движении поршня к верхней мертвой точке на такте выпуска по команде механизма привода клапанов 5 на основании информации о нагрузке и положении коленчатого вала от датчиков 6 и 8 выпускной клапан закрывается в заданный момент до прихода поршня к верхней мертвой точке, чем обеспечивается соответствующее увеличение количества остаточных газов в цилиндре двигателя. Вследствие сокращения длительности фазы выпуска достигается высокий уровень температуры реакционной среды, необходимый для активного протекания реакции термохимической конверсии углеводородов дизельного топлива. После закрытия выпускного клапана в цилиндр через форсунку 4 подается первая порция топлива, величина которой дозируется устройством управления топливоподачей 3 в соответствии с информацией от датчика содержания кислорода в отработавших газах 7 с целью обеспечения оптимального соотношения "топливо - окислитель", при котором достигаются наибольшая эффективность и глубина реакции конверсии топлива.

После прохождения поршнем верхней мертвой точки механизм привода клапанов 5 открывает впускной клапан (не показан), и в цилиндр поступает заряд воздуха, необходимый для сгорания топлива. Открытие впускного клапана после верхней мертвой точки позволяет избежать на такте впуска обратный выброс из цилиндра.

В последующем такте производят сжатие смеси свежего воздуха и конвертированного топлива, а в конце этого такта подают с помощью устройства управления топливоподачей 3 через форсунку 4 вторую порцию топлива, которая при своем воспламенении приводит к сгоранию конвертированного топлива. Благодаря присутствию в топливовоздушной смеси реакционно-активных компонентов (в том числе водорода), содержащихся в составе конвертированного топлива, процесс сгорания в дизеле интенсифицируется, полнота сгорания возрастает, а выбросы в атмосферу с отработавшими газами токсичных продуктов неполного сгорания (углеводородов, монооксида углерода и сажи) соответственно снижаются, что обуславливает улучшение экологических характеристик дизеля.

Предложенный способ реализуется только на нагрузочных режимах работы дизеля, когда температурные условия в цилиндре в конце такта выпуска позволяют осуществлять реакцию конверсии первой порции топлива. На ненагрузочных режимах (пуск, прогрев и холостой ход), которые идентифицируются датчиком нагрузки 6, дизель работает традиционным способом без предварительной термохимической конверсии топлива.

Источники информации
Авторское свидетельство N 1508000, опубл. 15.09.89. Бюл.N 34.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к способам работы четырехтактных дизельных двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом являются повышение экономичности и снижение токсичности отработавших газов. Сущность изобретения заключается в том, что в дизеле осуществляют впуск в цилиндры воздуха, впрыскивание двумя порциями топлива, сжигание смеси, выпуск продуктов сгорания и преобразование энергии расширяющихся газов. Первую порцию топлива перед сжиганием подвергают термохимической конверсии путем ее впрыскивания в продукты сгорания, размещенные в цилиндре, до прихода поршня в верхнюю мертвую точку после закрытия выпускного клапана. Впуск воздуха в цилиндры начинают после достижения поршнем верхней мертвой точки. При этом величину первой порции топлива дозируют в зависимости от содержания количества кислорода в отработавших газах, а на режимах холостого хода отключают подачу первой порции топлива. 2 ил.

Способ работы четырехтактного дизеля путем впуска в цилиндры воздуха, впрыскивания в цилиндры топлива двумя порциями, сжигания топлива, выпуска продуктов сгорания и преобразования энергии расширяющихся газов в возвратно-поступательное движение поршней между верхними и нижними мертвыми точками, причем первую порцию топлива перед сжиганием подвергают термохимической конверсии путем ее впрыскивания в продукты сгорания, размещенные в цилиндре, до прихода поршня в верхнюю мертвую точку после закрытия выпускного клапана, а впуск воздуха в цилиндры начинают после достижения поршнем верхней мертвой точки, отличающийся тем, что величину первой порции топлива дозируют в зависимости от содержания количества кислорода в отработавших газах, а на режимах холостого хода отключают подачу первой порции топлива.