СПОСОБ РАБОТЫ ДВС Российский патент 2002 года по МПК F02B23/10 F02B19/04 

Изобретение относится к ДВС с расслоением топливного заряда.

Известен способ работы ДВС путем подачи в рабочую камеру топливовоздушной смеси с осевой закруткой, сжатия, воспламенения, сгорания, расширения и выпуска /А. С. СССР 1379478, М.кл. F 02 B 29/06/.

Его недостатки:
1. Устройство для закрутки смеси во впускном канале усложняет конструкцию двигателя, увеличивает сопротивление потоку смеси, что уменьшает величину топливного заряда.

2. Степень завихрения зависит от режимов работы двигателя, и при частичных нагрузках она недостаточна.

3. При рабочем ходе поршня осевая закрутка сгораемой смеси способствует интенсивному нагреву головки цилиндра и днища поршня.

Известен также способ работы ДВС с торообразной вихревой закруткой смеси в рабочей камере, заключающийся в подаче в рабочую камеру смеси, сжатия ее, воспламенения, горения, расширения и выпуска /А. С. СССР 953236, М.кл³ F 02 В 23/06/, принятый за прототип.

Его недостатки:
1. Торообразный вихрь смеси образуется при сжатии смеси, и искровое ее воспламенение затруднительно из-за большой скорости движения.

2. При рабочем ходе поршня горящая смесь интенсивно омывает поверхности головки цилиндра и днища поршня, это увеличивает тепловые потери, требует охлаждения деталей и повышает токсичность ОГ.

Цель изобретения - повышение экономичности и уменьшение токсичности ОГ двигателя.

С этой целью в способе работы ДВС, состоящем в подаче в рабочую камеру топливовоздушной смеси, сжатия ее, воспламенения, горения и выпуска, торообразная вихревая закрутка смеси обеспечивается при ее расширении двумя противоположно расположенными сопловыми камерами, рабочая камера снабжена центральным стержнем-обтекателем, камера сгорания имеет кольцеобразную форму с линзообразным радиальным сечением.

Новыми отличительными признаками по сравнению с прототипом являются:
1. Торообразная вихревая закрутка смеси обеспечивается при ее расширении двумя противоположнорасположенными сопловыми камерами.

2. Рабочая камера снабжена центральным стержнем-обтекателем.

3. Камера сгорания /КС/ имеет кольцеобразную форму с линзообразным радиальным сечением.

На фиг.1 - продольный разрез двигателя при подходе поршня к ВМТ.

На фиг.2 - при нахождении поршня в ВМТ.

На фиг.3 - при отходе поршня от ВМТ.

ДВС содержит рабочую камеру 1, цилиндр 2 с головкой 3, поршень 4, впускной клапан 5 и свечу зажигания 6. Центральная сопловая камера 7 расположена в головке 3 цилиндра 2, внешняя сопловая камера 8 - в поршне 4. Центральный стержень-обтекатель 9 выполнен заодно с поршнем 4. Кольцевая камера сгорания 10 имеет линзообразную форму 11 в радиальном сечении.

Сущность способа. После продувки рабочей камеры 1 чистым воздухом и перекрытия поршнем 4 продувочных и выпускного окон /не показаны/ начинается сжатие, сжимаемый воздух начинает перетекать в сопловые камеры 7, 8, открывается клапан 5 подачи богатой смеси /α=0,8-0,95/ под избыточным давлением /фиг.1/. При дальнейшем подъеме поршня 4 и повышении давления в рабочей камере 1 клапан 5 автоматически или принудительно закрывается, область вокруг кольцевой КС 10 становится полностью заполненной богатой смесью, которая при подходе поршня 4 также начинает перетекать в сопловые камеры 7, 8. При приближении поршня 4 к ВМТ давление и температура в КС 10 растут значительно больше, чем в сопловых камерах 7, 8, из-за малого зазора между головкой 3 цилиндра 2 и поршнем 4 и углового лабиринта между камерами 7, 10, 8, увеличивающих гидравлическое сопротивление перетеканию смеси. От искры на свече 6 происходит воспламенение, и начинается горение часта заряда в КС 10, давление и температура в КС 10 при нахождении поршня 4 в ВМТ повышаются до максимума, но меньше, чем обычно, из-за наличия в КС 10 по внутреннему и наружному диаметрам кольцевых щелей, через которые разогретая смесь из КС 10 устремляется в сопловые камеры 7, 8 давление в которых повышается почти до максимума. Поступаемая горячая смесь нагревает стенки щелей и сопел, ее течение в сопловых камерах 7, 8 происходит без завихрений и перемешивания благодаря плавному изменению сечений сопел.

Давление в КС 10 после прохождения поршня 4 ВМТ становится меньше, чем в сопловых камерах 7, 8, и вошедшая горячая богатая смесь устремляется обратно с большой скоростью благодаря наличию сопел, первая ее часть при малой величине зазора между поршнем 4 и головкой 3 попадает в ядро кольцевого очага пламени КС 10, интенсивно увеличивая его, при увеличении расстояния между поршнем 4 и головкой 5 встречное направление потоков из двух сопловых камер 7, 8, образуя момент сил, закручивает круговой очаг в торообразный вихрь 12. Центральный стержень-обтекатель 9 и линзообразная форма 11 КС 10 способствуют зарождению и протеканию вихря 12. Торообразный вихрь 12 с горячим ядром и холодной внешней оболочкой /сначала из смеси, затем из воздуха/ сравнительно устойчив, и после опорожнения сопловых камер 7, 8 от сжатого воздуха сохранится в рабочей камере 1 до НМТ. Интенсивное догорание смеси внутри вихря обеспечивает малую токсичность ОГ. Уменьшается возможность детонации.

При вращении торообразного вихря 12 его внутренняя часть направляется к центральной части поршня 4 и по радиусу - к зеркалу цилиндра 2, это обеспечивает быстрое опорожнение рабочей камеры 1 от ОГ при открытии выпускных окон.

Ограниченная величина максимального давления и температуры в КС 10 в ВМТ обеспечивает мягкую работу двигателя и уменьшает количество окислов азота.

Сгорание основной части смеси после ВМТ в торообразном вихре 12 происходит при большой скорости и изоляции от холодных стенок цилиндра 2 и поршня 4, обеспечивает большую температуру и давление, увеличивает работу расширяющихся газов и уменьшает токсичность ОГ.

Холодная оболочка торообразного вихря предохраняет стенки поршня 4 и цилиндра 2 от нагрева на всех режимах работы двигателя, это уменьшает тепловые и механические потери. При близких коэффициентах линейного расширения материалов поршня 4 и цилиндра 2 возможна конструкция поршня 4 без компрессионных колец.

Способ обеспечивает расслоение горючей смеси и сгорание ее основное части в торообразном вихре 12 при рабочем ходе поршня 4, что улучшает тепловой процесс, повышает экономичность и мощность двигателя, уменьшает тепловые потери и токсичность ОГ. Возможно качественное регулирование мощности двигателя.

Способ целесообразно использовать на двухтактных короткоходных двигателях /лучше используется торообразный вихрь/.

В некоторых случаях возможна обратная установка сопловых камер: центральная - в поршне 4, внешняя - в головке 3 цилиндра 2.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с расслоением горючей смеси. Способ работы ДВС с торообразной вихревой закруткой топливовоздушной смеси в рабочей камере заключается в подаче в рабочую камеру смеси, сжатии ее, воспламенении, горении, расширении и выпуске, причем закрутка смеси обеспечивается при ее расширении двумя противоположно расположенными сопловыми камерами. Рабочая камера снабжена центральным стержнем-обтекателем. Камера сгорания имеет кольцеообразную форму с линзообразным радиальным сечением. Изобретение обеспечивает повышение экономичности и уменьшение токсичности отработавших газов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ работы ДВС с торообразной вихревой закруткой топливовоздушной смеси в рабочей камере, заключающийся в подаче в рабочую камеру смеси, сжатии ее, воспламенении, горении, расширении и выпуске, отличающийся тем, что закрутка смеси обеспечивается при ее расширении двумя противоположно расположенными сопловыми камерами. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочая камера снабжена центральным стержнем-обтекателем. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания имеет кольцеобразную форму с линзообразным радиальным сечением.