ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02B19/06 

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания.

"Разделяющий двигатель" - это двигатель, в котором топливо начинает смешиваться с воздухом, всасываемым двигателем, только незадолго до конца такта сжатия, непосредственно перед зажиганием, и различные двигатели внутреннего сгорания, которые могут быть классифицированы как разделяющие двигатели, известны, например, из документов GB-A-2155546, GB-A-2186913, GB-A-2218153, GB-А-2238830, GB-A-2246394, GB-A-2261028, GB-A-2268544, GB-A-2279407 и US 5,803,026. Двигатели, описанные в этих документах, известны в литературе как двигатели Мерритта.

Дизельный двигатель является также разделяющим двигателем, в то время как бензиновый двигатель с искровым зажиганием сжимает предварительно смешанную смесь топлива с воздухом.

Важной характеристикой разделяющих двигателей, таких как дизельные двигатели или двигатели Мерритта, является то, что топливо отделено от основного количества воздуха до момента, непосредственно предшествующего моменту зажигания, а также то, что топливо быстро вводится в камеру сгорания только незадолго до конца такта сжатия.

Предшествующий уровень техники
В двигателях Мерритта топливо может поступать во второй цилиндр во время такта выпуска и/или такта впуска большого традиционного поршня и вторым поршнем удерживается во втором цилиндре, где его большая часть испаряется, не вступая в контакт с воздухом почти до самого конца такта сжатия. В этот момент второй поршень подает это топливо в камеру сгорания. Двигатель Мерритта имеет некоторое сходство с дизельным двигателем, но в данном двигателе у топлива есть время на испарение и смешивание с некоторым количеством воздуха воздухом для образования обогащенной газообразной смеси перед ее поступлением в камеру сгорания. Как и дизельные двигатели, двигатели Мерритта могут работать без дросселирования воздуха на всасе в диапазоне нагрузок от максимальной мощности до холостого хода.

При использовании искрового зажигания двигатели Мерритта имеют целью обеспечить подачу на свечу зажигания воздушно-топливной смеси, которая может воспламеняться цикл за циклом без отказов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение имеет целью предложить улучшенный вариант двигателя внутреннего сгорания и, в частности, преложить средство обеспечения подачи на свечу зажигания строго контролированной воздушно-топливной смеси во всех режимах подачи топлива.

Таким образом, в настоящем изобретении предложен двигатель внутреннего сгорания, в состав которого входят:
хотя бы одна пара первого и второго цилиндров, при этом рабочий объем первого цилиндра больше рабочего объема второго цилиндра;
соответственно первый и второй поршни в указанных цилиндрах, работа которых взаимосвязана, при этом второй поршень делит второй цилиндр на первый и второй объемы, второй объем находится между двумя поршнями;
средство воздухозабора, сообщающееся с первым цилиндром;
средство выпуска, сообщающееся с первым цилиндром;
средства, образующие общее пространство сгорания между указанными поршнями, когда указанные поршни находятся в положении их нижних мертвых точек, при этом указанное пространство сгорания включает указанный второй объем;
средство передачи для обеспечения потока газа из указанного первого объема в указанный второй объем в конце такта сжатия второго поршня;
средства задержки для задержки перемещения воздушно-топливной смеси из указанного первого объема в указанный второй объем до момента близко к концу такта сжатия указанного второго поршня;
первый источник топлива для подачи топлива в первый объем;
привод для передачи момента движения указанному второму поршню;
полость, образованная в боковой стенке второго цилиндра, сообщающаяся с указанным вторым цилиндром посредством отверстия;
средство искрового зажигания, расположенное в указанной полости;
характеризующееся средством подачи топлива для подачи дозы в основном жидкого топлива в указанную полость для превращения его в полости в пар и образования внутри этой полости воспламеняемой искрой воздушно-топливной смеси, при этом указанная доза в основном жидкого топлива определяется независимо от количества топлива, поданного первым источником топлива для покрытия энергетических затрат двигателя.

Особенностью настоящего изобретения является то, что во время такта сжатия первого поршня в полость посредством отверстия подается практически чистый воздух для смешивания с дозой топлива, поданного в полость, при этом топливо, подаваемое в полость, дозируется независимо от общего количества топлива, доставляемого в двигатель для покрытия его энергетических затрат.

В предпочтительном варианте средство подачи топлива подает в полость в основном жидкое топливо. Кроме того, в предпочтительном варианте первый источник топлива является также средством подачи топлива. В предпочтительном варианте отверстие расположено соосно первому источнику топлива.

В предпочтительном варианте днище второго поршня закрывает отверстие от сообщения с первым источником топлива в одной фазе движения поршня и открывает отверстие для сообщения с первым источником топлива в другой фазе движения поршня.

В другом варианте средство подачи топлива подсоединяется к стенке полости. В этом воплощении средство подачи топлива может подавать в полость в основном жидкое топливо или в основном газообразное топливо.

По замыслу изобретения в других вариантах первый источник топлива подает дозу топлива непосредственно в первый объем, а средство подачи топлива подает другую дозу топлива непосредственно в полость. Следует понимать, что величина дозы топлива, подаваемого первым источником топлива, определяется исходя из энергетических затрат двигателя и не зависит от требований по обеспечению надежности и эффективности искрового зажигания, в то время как величина дозы топлива, подаваемого средством подачи топлива, не определяется энергетическими затратами двигателя, но выбирается исходя из требований обеспечения надежного и эффективного искрового зажигания.

В предпочтительном варианте привод включает средство обеспечения практически неподвижного состояния второго поршня в положении его нижней мертвой точки или около нее хотя бы в течение части рабочего такта первого поршня.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ
Ниже перечислены рисунки, прилагаемые к настоящему изобретению.

На фиг.1 показано сечение части двух цилиндров четырехтактного двигателя в конце такта расширения, соответствующего предыдущему уровню развития техники.

На фиг.2 схематично сплошной линией изображена часть устройства в конце такта впуска, соответствующего предыдущему уровню развития техники по фиг.1, а пунктиром изображено то же устройство в конце такта сжатия.

На фиг. 3 показано сечение по части двух цилиндров двигателя, схожего с двигателем, изображенным на фиг.2, но данное изображение выполнено в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.4 показано сечение малого цилиндра двигателя, когда малый поршень находится в положении верхней мертвой точки.

На фиг.5 показано устройство по фиг.4 в плане.

На фиг.6 показан вид устройства по фиг.4, но иллюстрирующий другую фазу цикла.

На фиг. 7 показан вид, такой как на фиг.5, для альтернативного примера устройства.

На фиг. 8 показан вид, такой как на фиг.6, для другого альтернативного примера устройства.

На фиг. 9 показан вид еще одного примера устройства со вторым поршнем, находящимся в положении верхней мертвой точки.

На фиг.10 показан вид, такой как на фиг.9, для еще одного альтернативного примера устройства.

На фиг.11 показан вид, такой как на фиг.9, для еще одного альтернативного примера устройства.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ВЫПОЛНЕНИЯ УСТРОЙСТВА
Устройство по настоящему изобретению является усовершенствованием устройства, описанного в патенте США 5803026; на фиг.1 и 2 показано устройство, соответствующее этому документу. Для удобства на фигурах, взятых из документа, описывающего прототип, и на фигурах для устройства по настоящему изобретению используются одни и те же номера позиций.

Двигатель Мерритта, показанный на фиг.1 и 2, состоит из большого цилиндра 12 и малого цилиндра 14, которые сообщаются друг с другом через воздушный проход 2161. В малом цилиндре 14 перемещается малый поршень 18 с днищем 35 и приводным штоком 234. Между кромкой 37 днища 35 и стенкой 14а (фиг.3) малого цилиндра 14 имеется радиальный зазор 128. Когда малый поршень 18 находится в нижней мертвой точке 18а (фиг.1), пространство 20 между днищем 35 и воздушным проходом 2161 становится камерой сгорания двигателя.

Так же, как и в первых конструкциях двигателей Мерритта, воздушный проход 2161 позволяет газам перемещаться между большим и малым цилиндрами и влияет на перемещение воздуха в камере 20 во время такта сжатия.

Большой поршень 16 перемещается в большом цилиндре 12, имеет днище 36 и уплотнен обычным способом с помощью поршневых колец. Впускной и выпускной клапаны 24 подают воздух и выпускают выхлопные газы в цилиндр 16 и из него соответственно. В предпочтительном варианте воздух на входе в цилиндр не дросселируется. Два поршня 16 и 18 перемещаются при помощи разных механизмов, которые могут взаимодействовать или управляться для совместной работы с помощью контроллера С. Например, малый поршень 18 может перемещаться с помощью пружины (не показана) и кулачка 500, соединенного с распределительным валом 600, скорость вращения которого в два раза меньше скорости вращения коленчатого вала.

Следует учесть, что соотношение компонентов топливно-воздушной смеси внутри полости свечи зажигания 520 зависит от вертикального положения отверстия 522, как показано на фиг.2. Расстояние Х определяет период, когда смесь, содержащая газообразное топливо, поступает в полость свечи зажигания 520, а расстояние Y определяет период, когда в полость поступает только воздух. Расстояние Х и расстояние Y в сумме равны полному ходу второго поршня 18. Количество топлива, поступающего в полость из первого объема 15а в течение расстояния X, не постоянно, оно меняется пропорционально количеству топлива, поданному в первый объем 15а ранее с помощью топливного инжектора 34 для покрытия энергетических затрат двигателя. Таким образом, после выбора расстояний Х и Y консистенция воздушно-топливной смеси, подходящая для надежного искрового зажигания, может поддерживаться только в узком диапазоне питания двигателя топливом. В настоящем изобретении этот недостаток преодолен путем обеспечения в значительной мере постоянной смеси воздух/топливо в полости свечи зажигания 520, что дает возможность обеспечить надежное искровое зажигание в широком диапазоне подачи топлива в двигатель.

Как показано на фиг.3, и в соответствии с фиг.1 и 2 малый поршень 18 делит второй цилиндр 14 на первый объем 15а, расположенный за днищем 35 малого поршня, и второй объем 15b, расположенный между двумя поршнями. Особенностью является то, что при перемещении малого поршня 18 размер первого и второго объемов 15а и 15Ь меняется; когда поршень 18 находится в нижней (внутренней) мертвой точке (фиг.1), второй объем 15b увеличивается до максимума и занимает большую часть камеры сгорания 20.

Днище 35 малого поршня 18 имеет кромку 37, толщина которой значительно меньше величины хода поршня 18. Между кромкой 37 и стенкой 14а малого цилиндра имеется кольцевой зазор 128.

С помощью инжектора 34 в основном жидкое топливо подается в первый объем 15а малого цилиндра 14. Слова "в основном жидкое топливо" означают, что при впрыске часть топлива может немедленно превращаться в пар.

В стенке малого цилиндра 14 расположена полость свечи зажигания 520. В полости свечи зажигания 520 расположена свеча зажигания 52. Полость свечи зажигания 520 сообщается с камерой сгорания 20 посредством ограничивающего отверстия 522 (фиг. 4). Управление работой топливного инжектора 34 и свечи зажигания 52 может осуществляться системой управления двигателем М.

В одном предпочтительном варианте настоящего изобретения топливный инжектор 34 подает топливо в виде хотя бы одной практически единой струи в основном жидкого топлива по оси отверстия 522, а отверстие 522 расположено таким образом, что оно полностью открывается для этой струи жидкого топлива только тогда, когда поршень 18 приближается к верхней (наружной) мертвой точке, как показано на фиг.3 и 4.

Траектория топливного инжектора смещена в плане относительно оси штока 234 поршня 18, как видно на фиг.5, поэтому топливо не ударяет в приводной шток 234 при прохождении струи в сторону отверстия 522.

Положение полости свечи зажигания 520 может быть выбрано таким образом, чтобы обеспечить доступ к свече зажигания в многоцилиндровом двигателе. На фиг. 7 показана такая компоновка, при которой доступ как к свече зажигания 52, так и к топливному инжектору 34 обеспечен с одной и той же стороны многоцилиндрового двигателя. В данном варианте свеча зажигания не находится по оси инжектора топлива 34.

Принцип работы устройства по настоящему изобретению состоит в следующем.

Как во время такта впуска, так и такта выпуска первого поршня 16 второй поршень 18 перемещается из нижней мертвой точки или "точки парковки" (в соответствии с положением на фиг.1) в верхнюю мертвую точку (фиг.3, 4) для выполнения такта впуска в объем 15а. По предпочтительному варианту настоящего изобретения во время этого такта впуска (см. фиг.6) первая доза топлива (в основном жидкого) впрыскивается через инжектор 34 в первый объем 15а малого цилиндра 14. Это количество топлива смешивается с воздухом и превращается в пар и также смешивается с остатками выхлопного газа, которые проникают в первый объем 15а через кольцевой зазор 128 по периметру второго поршня 18.

При удержании первой дозы топлива, разделенной в первом объеме 15а кольцевой зазор 128 вместе с днищем поршня 35 выполняет роль средства задержки.

Как показано на фиг.6, в течение большей части периода впуска струя жидкого топлива не может достичь отверстия 522, так как второй поршень 18 блокирует подачу топлива в полость; вместо этого топливо ударяется о коническую поверхность поршня 18 и частично распыляется в мелкодисперсную "пыль". Первая доза топлива, подаваемая первым источником топлива, обеспечивает компенсацию энергетических затрат двигателя и ее величина определяется системой управления двигателя, показанной на фиг.3 в виде контроллера М, который, в свою очередь, контролирует момент и продолжительность впрыска данной дозы топлива.

В конце такта впуска второго поршня 18 отверстие 522 открывается для траектории струи жидкого топлива, проходящей от топливного инжектора 34, как показано на фиг.4. В этот момент вторая доза топлива (преимущественно жидкого) подается непосредственно в полость свечи зажигания 520 через отверстие 522. Вторая доза топлива не регулируется в зависимости от энергетических затрат двигателя, а определяется исходя из необходимости обеспечения химически корректного (стехиометрического) состава воздушно-топливной смеси в полости свечи зажигания 520.

Время пуска и продолжительность впрыска второй дозы топлива также контролируется контроллером М, который может получать сигнал, соответствующий положению второго поршня 18, например, в соответствии с положением распределительного вала, схожего с распределительным валом 600, который показан на фиг.1.

В предпочтительном варианте изобретения во время такта впуска малого поршня 18 открыт либо выпускной клапан, либо впускной клапан большого цилиндра 12 так, чтобы давление как во втором цилиндре 14, так и в полости свечи зажигания 520 стало близко к атмосферному. Следовательно, даже когда отверстие 522 в полости свечи зажигания сообщается с первым объемом 15а, мала вероятность того, что воздушно-топливная смесь из первого объема 15а перейдет в полость свечи зажигания 520, поэтому все или почти все топливо, присутствующее в полости свечи зажигания, является второй дозой топлива, явным образом поданного в нее.

Следует учесть, что в топливный инжектор 34 может подаваться жидкое топливо под сравнительно низким давлением, так как нет необходимости подавать топливо под высоким давлением.

После начала тактов сжатия поршней 16 и 18, которые происходят практически одновременно, воздух практически без топлива начинает поступать во второй объем 15b малого цилиндра 14 через воздушный проход 2161 и по мере поступления воздуха давление в полости свечи зажигания 520 начинает расти, а поступающий воздух начинает смешиваться со второй дозой топлива, которая поступила в полость свечи зажигания раньше.

В процессе сжатия воздух нагревается и выталкивает все жидкое топливо, остающееся в отверстии 522, в полость свечи зажигания 520 и во время такта сжатия превращает его в пар. Положение отверстия 522 относительно полости свечи зажигания 520 может быть выполнено таким образом, чтобы придавать воздуху соответствующее движение в камере 520 для более быстрого превращения в ней жидкого топлива в пар.

Когда на свечу зажигания в конце такта сжатия подается напряжение, воздушно-топливная смесь в полости свечи зажигания 520 почти стехиометрична, предпочтительно слегка обеднена, и она сгорает без образования нагара. Струя пламени, вырывающаяся из отверстия 522, направляется на периферийную часть второго поршня 18, когда поршень находится возле нижней мертвой точки (точки парковки) и когда основная часть парообразной смеси топлива и газа, содержащей первую дозу топлива, которое было отделено в объеме 15а, поступает в камеру сгорания 20 по кольцевому зазору 128, который теперь играет роль средства передачи.

В предпочтительном варианте воздух внутри второго объема 15b закручивается по периметру второго объема во время такта сжатия первого поршня, т. е. воздух вращается относительно оси, расположенной параллельно оси штока 234 второго поршня 18 или совпадающей с этой осью. Когда воздушно-топливаная смесь из первого объема поступает во второй объем в конце такта сжатия, это вихревое движение помогает удерживать вращение воздушно-топливной смеси непосредственно под кольцевым зазором 128 во время зажигания. Таким образом, даже очень небольшое количество топливного газа может оставаться концентрированным и воспламеняемым во время зажигания. Вихревое движение может задаваться, например, формой, ориентацией и положением воздушного прохода 2161, как показано на фиг.1-3.

В предпочтительном варианте второй цилиндр 14 включает расширяющую проточку 38 в области нижней мертвой точки второго поршня 18а (фиг.3) для облегчения прохода воздушно-топливной смеси во второй объем 15b при приближении второго поршня к его нижней мертвой точке. В этом варианте устройства необязательная проточка 38 служит также частью средства передачи. На фиг.3 указана эта проточка, хотя понятно, что она выполнена и в других вариантах настоящего изобретения.

По предпочтительному варианту настоящего изобретения поршень 18 совершает такт впуска тогда, когда поршень 16 выполняет как такт выпуска, так и такт впуска. Такты впуска как поршня 16, так и поршня 18 заканчиваются приблизительно в один и тот же момент и такты сжатия обоих поршней также совпадают. Во время рабочего такта (сгорание) поршня 16 поршень 18 остается в седле, как показано на фиг.1, и таким образом защищает топливный инжектор 34 от давления и температуры рабочего газа и оставляет камеру или пространство сгорания 20 в максимальном объеме.

Когда второй поршень находится в нижней мертвой точке, объем, расположенный за ним, т.е. между его задней поверхностью и седлом, должен быть минимальным. Желательно, чтобы задняя поверхность второго поршня плотно садилась в седло по его периметру и уплотняла тем самым отверстие инжектора 34 и отверстие штока 234 для обеспечения герметизации камеры сгорания 20.

Подача топлива в полость свечи зажигания 520 может осуществляться во время второго короткого впрыска, который может происходить с задержкой продолжительностью до двух тактов первого поршня 16 или через 360^o поворота коленчатого вала после начала подачи первой дозы топлива. В другом варианте, в частности, в режиме ограниченной подачи топлива единственный впрыск топлива может начинаться перед тем, как второй поршень 18 откроет отверстие 522 полости свечи зажигания (как показано на фиг.6) и продолжаться до тех пор, пока указанное отверстие будет оставаться открытым (как показано на фиг.4). Второй поршень таким образом блокирует подачу топлива в полость до тех пор, пока им не будет пройдена определенная точка рабочего хода, при этом траектория впрыска топлива, подаваемого инжектором, остается неизменной; иными словами, подача топлива в полость свечи зажигания 520 блокируется перед и после прохождения вторым поршнем некоторой точки, близкой к его верхней мертвой точке.

Таким образом, как показано выше, вместо двух различимых впрысков топлива инжектор 34 может осуществлять подачу топлива непрерывно, когда второй поршень начинает и прекращает подачу топлива в полость свечи зажигания 520 в определенной точке своего хода.

Точно так же в случае двух отдельных впрысков в течение одного цикла работы двигателя подача второй дозы топлива может начинаться до того, как кромка поршня 18 откроет отверстие 522, и возможно будет продолжаться некоторое время после его закрытия кромкой поршня 18 при условии, что контроллер М обеспечивает, что полость свечи зажигания получает правильное количество топлива, которое сформирует в полости свечи зажигания 520 почти стехиометрическую воздушно-топливную смесь, желательно, немного обедненную смесь.

В предпочтительном варианте ось траектории впрыска топлива, идущего от инжектора 34, совпадает с осью отверстия 522, как показано на фиг.4, но возможны и другие траектории впрыска топлива, при которых топливо может отклоняться или отражаться от поверхностей внутри второго цилиндра.

Помимо струи, направленной на отверстие 522, инжектор может выдавать еще одну или несколько струй, направленных в сторону от отверстия для увеличения частоты подачи топлива. В этом случае часть или вся первая доза топлива может быть доставлена в первый объем 15а в то же самое время, когда вторая доза топлива подается в полость свечи зажигания 520.

Отверстие 522 может быть выполнено с конусным входом для обеспечения более полного сбора жидкого топлива, направляемого на него.

Желательно, чтобы расстояние от отверстия 522 до кромки 37 второго поршня 18 в тот момент, когда он находится в верхней мертвой точке, было не очень большим, чтобы сократить время, в течение которого отверстие 522 открыто для воздушно-топливной смеси в первом объеме 15а в ранней фазе такта сжатия, что таким образом снижает вероятность заполнения полости свечи зажигания 520 газообразной смесью, содержащей топливо, из первого объема 15а второго цилиндра 14. Количество топлива в такой газообразной смеси меняется с изменением нагрузки на двигатель и, если допустить его попадание в полость 520 в течение такта сжатия, то контроллеру двигателя М придется учитывать это при определении им величины второй дозы топлива, необходимой для дозаправки полости свечи зажигания 520; это может вызвать ненужные осложнения.

В альтернативном варианте устройства, изображенном на фиг.8 и 9, подача топлива непосредственно на зажигание или в полость свечи зажигания 520 может обеспечиваться с помощью второго топливного источника 342, используемого в качестве средства подачи топлива, в дополнение к первому источнику топлива 34, при этом первый источник топлива используется только для подачи топлива в первый объем 15а.

Таким образом, в этом альтернативном варианте устройства по настоящему изобретению топливный инжектор 34 используется для подачи жидкого топлива в распыленном виде или в виде струи в первый объем 15а, но в этом случае он необязательно должен располагаться соосно отверстию 522. Топливный инжектор 34 подает топливо в первый объем 15а, а не в полость свечи зажигания 520. Второй топливный источник 342 подает небольшую дозу топлива в полость свечи зажигания 520 через небольшое отверстие в стенке полости свечи зажигания 520 с целью образования воздушно-топливной смеси, способной воспламеняться от свечи зажигания, в полости 520. Преимуществом является то, что подача топлива топливным инжектором 34 и устройством 342 может осуществляться перед началом такта сжатия.

Устройство подачи топлива 342 необходимо для подачи небольшой (второй) дозы топлива один раз в течение каждого рабочего цикла двигателя с обеспечением образования почти стехиометрической воздушно-топливной смеси в полости свечи зажигания 520 при любых режимах работы двигателя.

Преимуществом является то, что во время большей части или всего такта сжатия второй поршень 18 блокирует поступление парообразного топлива, находящегося в первом объеме 15а, в полость свечи зажигания 520 и обеспечивает подачу только одного воздуха в полость свечи зажигания.

Устройство подачи топлива 342 может быть разной формы. Оно может выполняться в виде миниатюрного традиционного топливного инжектора, изображенного на фиг.9, с нагнетательным клапаном, открывающимся наружу. В другом воплощении в состав этого устройства может входить удаленно расположенный топливный инжекторный клапан 3422 с электромагнитным управлением, который дозирует находящееся под давлением топливо и подает его по трубопроводу 3434 на обратный клапан и в жиклер 3421, расположенный рядом с внутренней стенкой полости свечи зажигания 520 (см. фиг.10). Таким образом, топливный инжекторный клапан 3422, выполненный в виде дозатора, может располагаться в удобном месте на расстоянии от полости свечи зажигания 520, возможно, рядом с топливным насосом 3433. В многоцилиндровом двигателе на несколько цилиндров можно устанавливать один дозирующий клапан с одновременной подачей топлива в полость свечи зажигания 520 каждого такого цилиндра.

В примере, изображенном на фиг.11, используется многокамерный объемный насос 3435, работа которого синхронизирована с работой двигателя. Этот насос дозирует топливо и распределяет его по цилиндрам в течение каждого цикла работы двигателя с подачей топлива в полость свечи зажигания 520 каждого цилиндра по отдельным трубопроводам с 34341 по 34344, каждый из которых соединяет одну камеру топливного насоса с соответствующей полостью свечи зажигания 520 данного цилиндра или цилиндров. Для отделения топливной системы от действия давления горючих газов желательно на входе в полость свечи зажигания 520 использовать обратный клапан 3421. Для того, чтобы холодный двигатель лучше запускался, на входе в полость свечи зажигания 520 топливо можно подвергать предварительному нагреву. Можно также с помощью, например, электрического нагревателя превращать топливо в пар на входе в полость свечи зажигания 520 и подавать его в газообразном виде, что может упростить контроль за дозированием малых количеств топлива.

После подачи топлива в полость свечи зажигания 520 в варианте по фиг.9 второй поршень 18 перемещается в сторону нижней мертвой точки, в то время как поршень 16 совершает такт сжатия. В это время отверстие 522 открывается для впуска сжатого воздуха, в котором практически нет топлива. Этот воздух под давлением поступает в полость свечи зажигания 520 и испаряет топливо и смешивается с ним в полости свечи зажигания 520 с образованием воспламеняемой от искры воздушно-топливной смеси, предпочтительно химически корректной стехиометрической смеси.

Достоинством изобретения является то, что топливный инжектор 342 может подавать дозу топлива в полость свечи зажигания 520 независимо от нагрузки двигателя; в любых режимах работы эта доза топлива определяется так, чтобы после смешивания топлива с одним только воздухом сформировать почти стехиометрическую воздушно-топливную смесь в полости свечи зажигания 520, что обеспечивает точный контроль за соотношением количества воздуха и топлива в полости свечи зажигания 520.

Как показано на фиг.3, 4, 6 и 8-11, направление отверстия 522 выровнено с кромкой второго поршня, когда он запаркован в седле в нижней мертвой точке, чтобы обеспечить непосредственный контакт струи плазмы, вырывающейся из полости свечи зажигания 520 после воспламенения, с топливом, которое поступает по периметру второго поршня в конце такта сжатия.

Как видно из фиг.4, достоинством является то, что отверстие 522 располагается над кромкой малого поршня 18, когда он находится в верхней мертвой точке, что позволяет избежать поступления топлива из первого объема 15а в полость свечи зажигания 520 во время такта сжатия малого поршня 18. Однако следует понимать, что так как в примерах по фиг.8-11 вторая доза топлива подается в полость свечи зажигания 520 топливным инжектором 342 (или клапаном 3421), то нет обязательного требования о том, чтобы поршень 18 обеспечивал сообщение отверстия 522 с первым объемом 15а, и отверстие 522 может при желании быть расположено и за пределами верхней мертвой точки малого поршня 18, как показано в примере по фиг.9.

Преимуществом является то, что, поскольку воздух, поступающий в первый цилиндр 12 через впускной клапан 24, не дросселируется при любом режиме работы двигателя, это обеспечивает практически неизменный расход воздуха на входе в полость свечи зажигания 520, который меняется только с изменением объемного коэффициента компрессии, который, в свою очередь, зависит от частоты вращения двигателя, но не от нагрузки на двигатель. Этому способствует контроль за дозированием топлива на входе в полость свечи зажигания 520, который может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечивать обязательное срабатывание свечи зажигания в полости свечи зажигания 520 всегда скорее при слегка обедненной смеси, чем при стехиометрической воздушно-топливной смеси, чтобы предотвратить образование нагара на свече зажигания.

Преимуществом является то, что настоящее изобретение позволяет применить полость свечи зажигания, в которую непосредственно подается количество жидкого топлива, которое необходимо для обеспечения надежного искрового зажигания, имея в виду, что в двигателе Мерритта во время такта сжатия в полость свечи зажигания поступает только воздух и практически больше не поступает топливо.

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания без дросселирования воздуха с искровым зажиганием разделяющего типа, т.е. в данном двигателе топливо не начинает смешиваться с воздухом до момента близко к окончанию такта сжатия, непосредственно перед воспламенением смеси. В устройстве по настоящему изобретению используется второй цилиндр, сообщающийся с главным цилиндром, при этом подаваемое топливо внутри второго цилиндра превращается в пар. Ко второму цилиндру примыкает полость, содержащая средство искрового зажигания, в полость подается контролируемая доза топлива, которое смешивается с воздухом, поступающим в полость во время такта сжатия двигателя, для обеспечения подачи на свечу зажигания компонентов горючей смеси в момент зажигания при соотношении, близком к теоретически необходимому, независимо от выходной мощности двигателя. Изобретение обеспечивает неизменный расход воздуха на входе в полость свечи зажигания. 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, в состав которого входят хотя бы одна пара первого и второго цилиндров, при этом рабочий объем первого цилиндра больше рабочего объема второго цилиндра; соответственно первый и второй поршни в указанных цилиндрах, работа которых взаимосвязана, при этом второй поршень делит второй цилиндр на первый и второй объемы, второй объем находится между двумя поршнями; средства воздухозабора, сообщающиеся с первым цилиндром; средства выпуска, сообщающиеся с первым цилиндром; средства, образующие общее пространство сгорания между указанными поршнями, когда указанные поршни находятся в положении их нижних мертвых точек, при этом указанное пространство сгорания включает указанный второй объем; средство передачи для обеспечения тока газа из указанного первого объема в указанный второй объем ближе к концу такта сжатия второго поршня; средства задержки для задерживания перемещения воздушно-топливной смеси из указанного первого объема в указанный второй объем до момента близко к концу такта сжатия указанного второго поршня; первый источник топлива для подачи топлива в первый объем; привод для передачи момента движения указанному второму поршню; полость, образованная в боковой стенке второго цилиндра, сообщающаяся с указанным вторым цилиндром посредством отверстия; средство искрового зажигания, расположенное в указанной полости, отличающийся тем, что двигатель содержит средство подачи топлива для подачи дозы преимущественно жидкого топлива в указанную полость для превращения его в полости в пар и образования внутри этой полости воспламеняемой искрой воздушно-топливной смеси, при этом указанная доза в основном жидкого топлива отмеряется независимо от количества топлива, поданного первым источником топлива для покрытия энергетических потребностей двигателя. 2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что доза в основном жидкого топлива подается в полость с помощью средства подачи топлива в виде струи, направленной поперек части второго цилиндра. 3. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что первый источник топлива приспособлен для подачи дозы топлива непосредственно в первый объем, а средство подачи топлива приспособлено для подачи другой дозы топлива непосредственно в полость. 4. Двигатель внутреннего сгорания по п.3, отличающийся тем, что первый источник топлива является также средством подачи топлива. 5. Двигатель внутреннего сгорания по п.4, отличающийся тем, что отверстие соосно первому источнику топлива. 6. Двигатель внутреннего сгорания по п.5, отличающийся тем, что днище второго поршня перекрывает отверстие от сообщения с первым источником топлива в одной фазе движения поршня и открывает отверстие для сообщения с первым источником топлива в другой фазе движения поршня. 7. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что средство подачи топлива подсоединено к стенке полости. 8. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что привод включает средство обеспечения практически неподвижного состояния второго поршня в положении его нижней мертвой точки или около нее хотя бы в течение части рабочего такта первого поршня. 9. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что средство, образующее общее пространство сгорания, включает воздушный проход между первым цилиндром и вторым объемом, при этом воздушный проход приспособлен обеспечивать вращение (газа) по периметру второго объема во время такта сжатия первого поршня. 10. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что отверстие направлено в основном на периферийную часть второго поршня, когда второй поршень находится в нижней мертвой точке. 11. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что вторая доза топлива отклоняется или отражается перед поступлением в полость. 12. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, в котором первый источник топлива обеспечивает подачу первой дозы топлива, а средство подачи топлива обеспечивает подачу второй дозы топлива, отличающийся тем, что вторая доза топлива определяется независимо от первой дозы топлива.

Приоритет по пунктам:
24.11.1998 по пп.1-6, 8-12;
30.07.1999 по п.7.