СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02B3/10 F02B19/12 

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к способам работы двигателей внутреннего сгорания на тяжелом, преимущественно дизельном, топливе, с комбинированным (внешним и внутренним) смесеобразованием и принудительным воспламенением рабочей смеси.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания путем присадки легкого топлива к воздуху, подаваемому в цилиндры, с последующим впрыском дизельного топлива в сжатый заряд (см. авт. свид. СССР 769044, кл. F 02 В 49/00, 1980 г. ). Однако двигатели, реализующие известный способ, требуют сложного конструкционного обеспечения, вследствие чего надежность таких двигателей невысока.

Известен способ работы двигателей внутреннего сгорания, обладающих высокими степенями сжатия и работающих на тяжелых топливах, где в момент впрыска топлива в цилиндр оно принудительно воспламеняется от свечи зажигания, что практически исключает период задержки самовоспламенения, всегда присутствующий у двигателей с самовоспламенением и интенсифицирует процессы горения рабочей смеси и расширения продуктов сгорания (см. авт. свид. СССР 1126705, кл. F 02 В 19/00, 1980 г.).

Однако при впрыске топлива в цилиндр возле верхней мертвой точки процессы испарения топлива и смесеобразования его с воздухом не успевают развиться в полной мере, что не обеспечивает гомогенизации рабочей смеси но всему объему цилиндра и, следовательно, часть топлива не участвует в процессе сгорания, что ухудшает экономичность двигателя.

Устройства для осуществления известных способов содержат основную камеру сгорания и дополнительную камеру сгорания, размещенную в головке цилиндра, снабженную форсункой и свечой зажигания.

Техническая задача - создание способа работы двигателя внутреннего сгорания с комбинированным - внешним и внутренним смесеобразованием тяжелого (дизельного) топлива с воздухом и остатками продуктов сгорания в цилиндре, при степени сжатия заряда в цилиндре в пределах ε = 9 ÷ 11, коэффициенте избытка, воздуха α = 1,0 ÷ 1,1 и принудительным воспламенением образовавшейся гомогенной рабочей смеси.

Технический результат - усовершенствование способа, снижение удельного расхода топлива, уменьшение токсичности отработавших газов, снижение тепловой и механической напряженности элементов рабочего цилиндра, уменьшение массогабаритных показателей двигателя. Это достигается тем, что способ работы двигателя внутреннего сгорания включает сжатие и вытеснение воздуха из основной камеры сгорания в дополнительную камеру сгорания, впрыск топлива в дополнительную камеру сгорания, воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси от электрической искры, создаваемой устройством для зажигания, сгорание части топливовоздушной смеси, находящейся в форкамере, осуществляют комбинированное смесеобразование: внешнее и внутреннее, причем внешнее смесеобразование осуществляют введением части топлива в объеме 40% от полной цикловой подачи топлива во всасывающий коллектор, а внутреннее смесеобразование осуществляют путем впрыскивания в цилиндр оставшейся части топлива в объеме 60% от полной цикловой подачи топлива с одновременным принудительным воспламенением смеси, при этом несгоревшее топливо из форкамеры поступает в основную камеру сгорания и догорает при наличии воздуха. Работу двигателя осуществляют при степени сжатия заряда в цилиндре, находящейся в пределах ε = 9 ÷ 11 и коэффициенте воздуха α = 1,0 ÷ 1,1, угол опережения впрыскивания топлива при этом составляет 13÷17^o поворота коленчатого вала, а давление впрыскивания топлива - 11,5÷12,0 МПа.

Устройство для осуществления способа содержит основную камеру сгорания, дополнительную камеру сгорания, свечу зажигания и форсунку, расположенные в дополнительной камере сгорания, при этом всасывающий коллектор снабжен устройством для обеспечения внешнего смесеобразования, причем основная камера сгорания и дополнительная камера сгорания имеют общий объем, позволяющий обеспечить степень сжатия в пределах значений ε = 9 ÷ 11.

Описываемый способ осуществляется следующим образом.

Пример 1
В течение такта впуска во всасывающий коллектор двигателя подают часть топлива в объеме 40% от полной цикловой подачи топлива посредством карбюратора. Полная цикловая подача топлива должна обеспечивать коэффициент избытка воздуха α = 1,0 ÷ 1,1. Образовавшуюся при этом топливно-воздушную смесь подают в цилиндр, где топливо испаряется и перемешивается с воздухом, образуя качественную горючую смесь. В цилиндре, после закрытия всасывающего клапана, горючая смесь превращается в рабочую, смешиваясь с остатками продуктов сгорания. Затем рабочую смесь сжимают, чем еще больше улучшают качество смесеобразования, и вытесняют ее из основного объема цилиндра в дополнительную камеру сгорания, расположенную в головке цилиндра. В конце такта сжатия в дополнительную камеру сгорания впрыскивают через форсунку со штифтовым распылителем, связанную с насосом высокого давления, основную часть топлива в объеме 60% от общего объема цикловой подачи топлива. Угол опережения впрыскивания топлива при этом должен составлять 13÷17^o поворота коленчатого вала, а давление впрыскивания топлива при этом устанавливают 11,5÷12,0 MПa. Одновременно с подачей основной части топлива образовавшуюся рабочую смесь воспламеняют искрой от свечи зажигания. Подача искры при этом не должна запаздывать относительно подачи топлива более чем на 2^o поворота коленчатого вала. При этом возникают активные очаги воспламенения уже образовавшейся гомогенной смеси с добавкой вновь впрыснутого топлива, которое, попадая в возникшие очаги воспламенения, интенсивно испаряется, смешивается с избыточным воздухом и активно сгорает. Образовавшееся рабочее тело расширяют.

Пример 2
В течение такта впуска во всасывающий коллектор двигателя подают часть топлива в объеме 40% от полной цикловой подачи топлива посредством инжектора. Подача топлива инжектором производится в течение всего открытого состояния всасывающего клапана. Полная цикловая подача топлива должна обеспечивать коэффициент избытка воздуха α = 1,0 ÷ 1,1. Топливо вместе с воздухом подают в цилиндр, где топливо испаряется и перемешивается с воздухом, образуя качественную горючую смесь. В цилиндре, после закрытия всасывающего клапана, горючая смесь превращается в рабочую, смешиваясь с остатками продуктов сгорания. Затем рабочую смесь сжимают, чем еще больше улучшают качество смесеобразования и вытесняют ее из основного объема цилиндра в дополнительную камеру сгорания, расположенную в головке цилиндра. В конце такта сжатия в дополнительную камеру сгорания впрыскивают через форсунку с многодырчатым распылителем, связанную с насосом высокого давления, основную часть топлива в объеме 60% от общего объема цикловой подачи топлива. Угол опережения впрыскивания топлива при этом должен составлять 13÷17^o поворота коленчатого вала, а давление впрыскивания топлива при этом устанавливают 11,5÷12,0 МПа. Одновременно с подачей основной части топлива образовавшуюся рабочую смесь воспламеняют искрой от свечи зажигания. При этом возникают активные очаги воспламенения уже образовавшейся гомогенной смеси с добавкой вновь впрыснутого топлива, которое, попадая в возникшие очаги воспламенения, интенсивно испаряется, смешивается с избыточным воздухом и активно сгорает. Образовавшееся рабочее тело расширяют.

Таким образом, реализация предложенного способа работы двигателя позволяет осуществлять рабочий процесс со значениями коэффициента избытка воздуха, близкими к величине α = 1,0, за счет предварительной организации хорошо подготовленной рабочей смеси на стадии впуска при помощи внешнего смесеобразования, что даст возможность уменьшить габаритные размеры и массу двигателя при оптимальных значениях степени сжатия, находящихся в пределах ε = 9 ÷ 11, а также за счет принудительного воспламенения рабочей смеси в цилиндре, что позволит снизить максимальные значения давлений и температур рабочего цикла, чем будет обеспечено повышение надежности и работоспособности двигателя и снижение массогабаритных показателей двигателя. Высококачественная рабочая смесь, полученная в цилиндре за счет комбинированного смесеобразования, ее быстрое воспламенение посредством принудительного воспламенения и эффективное сгорание обеспечат высокую полноту сгорания топлива, что даст хорошую топливную экономичность и низкую токсичность отработавших продуктов сгорания.

В устройстве для осуществления описываемого способа всасывающий коллектор дополнительно снабжен устройством для обеспечения внешнего смесеобразования - карбюратором или инжектором.

На чертеже показано устройство (в разрезе), реализующее описываемый способ работы двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель содержит основную камеру 1 сгорания, образованную поверхностями днища поршня 2 и головки цилиндра 3 и дополнительную камеру 4 сгорания, расположенную в головке цилиндра 3. В дополнительной камере 4 сгорания расположены форсунка 5 и свеча 6 зажигания. Причем основная камера 1 сгорания н дополнительная камера 4 сгорания имеют общий объем, позволяющий обеспечить степень сжатия в пределах значений ε = 9 ÷ 11. Всасывающий коллектор (не показан) снабжен устройством для обеспечения внешнего смесеобразования - карбюратором или инжектором (не показано).

Работа устройства для осуществления описываемого способа работы двигателя внутреннего сгорания.

В течение такта впуска во всасывающий коллектор посредством карбюратора или инжектора подается часть топлива, составляющая 40% от полной цикловой подачи топлива. Образовавшаяся при этом обедненная горючая смесь в течение такта сжатия вытесняется из основной камеры 1 сгорания в дополнительную камеру 4 сгорания. В конце такта сжатия в дополнительную камеру 4 сгорания посредством форсунки 5 впрыскивается основная часть топлива, составляющая 60% от полной цикловой подачи топлива. Одновременно с подачей основной части топлива рабочую смесь воспламеняют искрой от свечи 6 зажигания. При этом возникают активные очаги воспламенения уже образовавшейся гомогенной смеси с добавкой вновь впрыснутого топлива, которое, попадая в возникшие очаги воспламенения, интенсивно испаряется, смешивается с избыточным воздухом и активно сгорает. Во время такта сгорания и расширения часть топливной смеси сгорает, остальное несгоревшее топливо поступает из дополнительной камеры 4 сгорания в основную камеру 1 сгорания, где полностью сгорает.

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к способам работы двигателей внутреннего сгорания на тяжелом, преимущественно дизельном, топливе с комбинированным (внешним и внутренним) смесеобразованием и принудительным воспламенением рабочей смеси. В двигателе осуществляют комбинированное смесеобразование: внешнее и внутреннее, Причем внешнее смесеобразование осуществляют введением части топлива в объеме 40% от полной цикловой подачи топлива во всасывающий тракт посредством карбюратора или инжектора, а внутреннее смесеобразование - путем впрыскивания в цилиндр оставшейся части топлива в объеме 60% с одновременным принудительным воспламенением смеси, при этом несгоревшее топливо из форкамеры поступает в основную камеру сгорания и догорает при наличии воздуха. Всасывающий коллектор снабжен устройством для обеспечения внешнего смесеобразования, причем основная камера сгорания и дополнительная имеют общий объем, позволяющий обеспечить степень сжатия ε=9÷11. Изобретение обеспечивает снижение удельного расхода топлива, уменьшение токсичности отработавших газов. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий сжатие и вытеснение воздуха из основной камеры сгорания в дополнительную камеру сгорания, впрыск топлива в дополнительную камеру сгорания, воспламенение образовавшейся топливо-воздушной смеси от электрической искры, создаваемой устройством для зажигания, сгорание части топливовоздушной смеси, находящейся в форкамере, отличающийся тем, что осуществляют комбинированное смесеобразование: внешнее и внутреннее, причем внешнее смесеобразование осуществляют путем введения части топлива в объеме 40% от полной цикловой подачи топлива во всасывающий коллектор, а внутреннее смесеобразование осуществляют путем впрыскивания в цилиндр оставшейся части топлива в объеме 60% от полной цикловой подачи топлива с одновременным принудительным воспламенением смеси, при этом несгоревшее топливо из форкамеры поступает в основную камеру сгорания и догорает при наличии воздуха. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что работу двигателя осуществляют при степени сжатия заряда в цилиндре, находящейся в пределах ε= 9÷11 и коэффициенте избытка воздуха α= 1,0÷1,1, угол опережения впрыскивания топлива при этом составляет 13÷17^o поворота коленчатого вала, а давление впрыскивания топлива 11,5÷12,0 МПа. 3. Устройство для осуществления способа по пп. 1 и 2, содержащее основную камеру сгорания, дополнительную камеру сгорания, свечу зажигания и форсунку, расположенные в дополнительной камере сгорания, отличающееся тем, что всасывающий коллектор снабжен устройством для обеспечения внешнего смесеобразования, причем основная камера сгорания и дополнительная камера сгорания имеют общий объем, позволяющий обеспечить степень сжатия в пределах значений ε= 9÷11.