СПОСОБ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАКАЛИВАЕМЫМ ЗАПАЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2004 года по МПК F02P19/00 F02B9/06 

Изобретения относятся к области машиностроения, а именно двигателестроения, в частности, к способам воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания с накаливаемыми запальными элементами и выполнению устройств для их осуществления.

Известны способы воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания, в соответствии с которыми горючую смесь воспламеняют на этапе ее сжатия в рабочей камере от размещенного там накаленного запального элемента (спираль свечи зажигания).

В известном способе (см., например, Гаевский O.K. Авиамодельные двигатели. М. : ДОСААФ, 1973, с. 4-5) запальный элемент поддерживают постоянно в раскаленном состоянии (калильное зажигание). При этом впускаемый и сжимаемый в рабочей камере двигателя заряд горючей смеси постоянно взаимодействует с раскаленным запальным элементом, что не обеспечивает стабильность момента воспламенения и приводит к уменьшению мощности двигателя.

Не смотря на простоту реализации калильного зажигания, в указанном виде оно не применимо в рабочих процессах двигателей, в рабочую камеру которых осуществляют впуск горючей смеси, уже готовой к воспламенению. В этом случае воспламенение горючей смеси будет начинаться раньше, чем завершится впуск горючей смеси в рабочую камеру (закроется устройство впуска), и горение распространиться на всю уже подготовленную смесь, что не позволит осуществить рабочий процесс в двигателе.

Известно устройство (см. а.с. СССР 930993), осуществляющее форкамерно-факельный способ воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания с накаливаемым запальным элементом. Способ заключается в следующем. Заряд горючей смеси впускают в рабочую камеру, затем его сжимают и воспламеняют, после чего сжигают с одновременным расширением в рабочей камере. При этом на этапе сжатия заряд разделяют на две части. Сжатие частей заряда ведут раздельно в форкамере и рабочей камере. Расположенную в форкамере часть заряда воспламеняют в результате постоянного взаимодействия горючей смеси с размещенным там раскаленным запальным элементом, а затем ее выпускают в рабочую камеру, воспламеняя расположенную там остальную часть заряда.

Устройство, осуществляющее этот способ, содержит цилиндр, головку, гильзу цилиндра и установленный в ней поршень, рабочую камеру, ограниченную поверхностями днища поршня, гильзы и головки цилиндра и сообщенную при помощи соединительных каналов с форкамерой, снабженной запальным элементом накаливания. При этом днище поршня выполнено с кольцевым выступом, размещенным по периферии днища и снабженным окнами и отверстием в его донной части, а головка снабжена цилиндрическим выступом, направленным внутрь гильзы и образующим с ее внутренней поверхностью кольцевой зазор, равный толщине стенки выступа на поршне, форкамера размещена в стенке цилиндра, соединительные каналы - в гильзе, а запальный элемент выполнен в виде свечи накаливания и установлен в стенке цилиндра.

Указанные способ и устройство пригодны для зажигания горючей смеси в поршневом двигателе внутреннего сгорания с накаливаемым запальным элементом, в рабочем процессе которого имеется этап подготовки горючей смеси к воспламенению путем ее сжатия в рабочей камере.

Предлагаемыми изобретениями решается задача повышения мощности в двигателе внутреннего сгорания с накаливаемым запальным элементом и воспламенением предварительно подготовленной горючей смеси путем повышения стабильности момента ее воспламенения.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе, включающем впуск подготовленного к воспламенению заряда горючей смеси в рабочую камеру, воспламенение заряда от расположенного в рабочей камере накаленного запального элемента, впускаемый в рабочую камеру заряд экранируют от запального элемента, а после завершения впуска заряд горючей смеси прекращают экранировать.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в экранировании впускаемого в рабочую камеру заряда от накаленного запального элемента и прекращении экранирования после завершения впуска.

Выполнение экранирования заряда при его впуске в рабочую камеру препятствует взаимодействию готовой к воспламенению горючей смеси с постоянно накаленным запальным элементом, предотвращая тем самым ее преждевременное воспламенение, приводящее к потере мощности двигателя. Прекращение экранирования заряда при определенном положении рабочего органа сопровождается воспламенением заряда горючей смеси в рабочей камере в определенный момент времени, что обеспечивает при накаливаемом запальном элементе эффект искрового зажигания, связанный с фиксацией момента воспламенения смеси, и позволяет повысить степень наполнения рабочей камеры, что увеличивает мощность двигателя.

Для достижения указанного технического результата предлагается устройство, которое, как и устройство по а.с. 930993, содержит корпус двигателя, его рабочую камеру, рабочий орган, периодически перемещаемый по поверхности рабочей камеры, накаливаемый запальный элемент, установленный в стенке рабочей камеры, при этом рабочий орган снабжен экраном, выполненным прилегающим к поверхности рабочей камеры, причем запальный элемент размещен в пределах проекции экрана на поверхность рабочей камеры.

Отличительные признаки предлагаемого устройства состоят в снабжении рабочего органа двигателя экраном, выполненным прилегающим к поверхности рабочей камеры, и размещении запального элемента в пределах проекции экрана на поверхность рабочей камеры.

Дополнительные отличительные признаки устройства связаны с типом двигателя. В частности, отличие состоит в выполнении двигателя в виде роторной машины, ее рабочего органа - в виде заслонки, совмещении экрана с заслонкой.

Кроме того, дополнительное отличие состоит в выполнении двигателя в виде поршневой машины, ее рабочего органа - в виде поршня, а экрана - в виде соответственно подобранного выступа поршня.

Для поршневого двигателя дополнительные отличительные признаки обусловлены размещением запального элемента относительно поршня. Так, дополнительными отличительными признаками является размещение запального элемента выше кромки днища при положении поршня в верхней мертвой точке, выполнение выступа поршня в периферийной части днища поршня и снабжение его окном, а также снабжение рабочей камеры углублением, выполненным соответствующим выступу поршня. В другом случае дополнительные отличительные признаки состоят в размещении запального элемента ниже кромки днища при положении поршня в верхней мертвой точке и выполнении выступа, совпадающим с боковой стенкой поршня.

Описанные конструкции устройств обеспечивают при накаливаемом запальном элементе эффект искрового зажигания, связанный с фиксацией момента воспламенения заряда горючей смеси в рабочей камере, и позволяет повысить степень наполнения рабочей камеры, что увеличивает мощность двигателя. Предложенные устройства позволяют осуществить заявленный способ воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания двух видов, а именно, роторных с заслонками и поршневых с системами газораспределения золотникового и клапанного типа. Использование указанных устройств в двигателях внутреннего сгорания с калильным зажиганием и впуском подготовленной к воспламенению горючей смеси приводит к увеличению мощности двигателя.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены:
на фиг. (1-2) показано поперечное сечение роторного двигателя с заслонками, (где обозначено: н.в. - направление вращения ротора, т.к. - точка касания ротора с корпусом);
на фиг.1 - впуск заряда горючей смеси в рабочую камеру;
на фиг.2 - воспламенение заряда горючей смеси в рабочей камере;
на фиг.(3-4) показаны впуск и воспламенение заряда горючей смеси в поршневом двигателе с золотниковым устройством газораспределения, снабженного выступом на поршне;
на фиг.3 - впуск заряда горючей смеси в рабочую камеру;
на фиг.4 - воспламенение заряда горючей смеси в рабочей камере;
на фиг. (5-6) показаны впуск и воспламенение заряда горючей смеси в поршневом двигателе с клапанным устройством газораспределения;
на фиг.5 - впуск заряда горючей смеси в рабочую камеру;
на фиг.6 - воспламенение заряда горючей смеси в рабочей камере.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности. Горючую смесь предварительно вне рабочей камеры готовят к воспламенению, а именно, ее нагревают и уплотняют в специальном устройстве. Далее многократно повторяют следующую последовательность действий. Заряд подготовленной таким образом горючей смеси впускают в рабочую камеру. Заряд в процессе впуска экранируют от взаимодействия с накаленным запальным элементом, расположенным в рабочей камере двигателя. После завершения впуска заряда в рабочую камеру прекращают экранирование его доступа к запальному элементу. В результате взаимодействия с накаленным запальным элементом заряд воспламеняется. Последующее горение смеси с расширением в рабочей камере обеспечивает осуществление рабочего процесса. После завершения всего рабочего цикла над зарядом, в рабочую камеру впускают новый заряд подготовленной горючей смеси и процесс повторяется.

Пример осуществления предложенного способа воспламенения горючей смеси представлен на фиг.1 и 2 для роторного двигателя внутреннего сгорания с заслонками.

Двигатель содержит ротор 1, снабженный двумя подпружиненными заслонками 2, установленными в пазах 3 в его диаметральной плоскости. Ротор 1 установлен в полости 4 корпуса 5 двигателя, снабжен выемками 6. Накаливаемый запальный элемент 7 установлен в стенке корпуса 5 двигателя. Рабочие камеры II и III ограничены поверхностями стенок полости 4, заслонок 2 и выемок 6. Заслонки 2 выполняют функцию как рабочего органа, так и экрана, который при определенном положении ротора закрывает заряду доступ к запальному элементу 7.

На фиг.1 показан впуск заряда горючей смеси во впускную камеру I, которая является частью соответствующей рабочей камеры. Через впускной канал 8 горючая смесь поступает в камеру I. Заслонка 2 экранирует впускаемый заряд от взаимодействия с постоянно накаленным запальным элементом 7, предотвращая тем самым его преждевременное воспламенение.

После впуска заряда горючей смеси (фиг.2) ротор 1 находится в положении, в котором впускной канал 8 закрыт, а заслонка 2 не экранирует расположенный в камере I заряд горючей смеси от взаимодействия с накаленным запальным элементом 7. Происходит воспламенение заряда.

Роторный двигатель с заслонками является одним из видов двигателей с накаливаемым запальным элементом, для которых применим предложенный способ воспламенения горючей смеси. Конструкция поршневых двигателей внутреннего сгорания с накаливаемым запальным элементом представлена на фиг.3-6. На фиг. 3-4 показан поршневой двигатель с золотниковым устройством газораспределения, на фиг.5-6 - с клапанным.

Указанные двигатели содержат корпус 9, поршень 10, кривошипно-шатунный механизм 11, накаливаемый запальный элемент 12 с источником 13 электропитания.

Двигатель с золотниковым устройством газораспределения (фиг.3-4) содержит цилиндрический выступ 14, снабженный впускным окном 15. Поршень 10 снабжен кольцевым выступом 16, выполненным в периферийной части днища поршня 10 и снабженный впускным 17, запальным 18 и выпускным (не показано) окнами. Цилиндрический выступ 14 направлен внутрь корпуса 9 и образует с его внутренней поверхностью кольцевой зазор, равный толщине стенки выступа 16 на поршне 10. Рабочая камера 19 двигателя ограничена поверхностями стенок корпуса 9, цилиндрического выступа 14, кольцевого выступа 16 и днища поршня 10. Золотниковое устройство образовано кромками впускных окон 15 и 17. Запальный элемент 12 размещен в стенке корпуса 9 выше кромки днища поршня 10 при его положении в верхней мертвой точке.

Двигатель с золотниковым устройством газораспределения работает следующим образом. При положении поршня 10 в верхней мертвой точке (фиг.3) горючую смесь через совмещенные окна 15 и 17 впускают в рабочую камеру 19. При этом кромка окна 18 находится выше запального элемента 12 и выступ 16 экранирует впускаемый заряд от контакта с запальным элементом. При движении поршня 10 из верхней мертвой точки вниз выступ 16 поршня перекрывает впускное окно 15. Впуск заряда в рабочую камеру 19 завершен. При этом окно 18 выступа поршня также смещается вниз и открывает доступ заряда горючей смеси к запальному элементу 12. Таким образом выступ 16 перестает экранировать заряд горючей смеси от запального элемента при дальнейшем движении поршня до нижней мертвой точки. В результате взаимодействия с накаленным запальным элементом 12 заряд горючей смеси воспламеняется и поршень 10 совершает рабочий ход.

Двигатель с клапанным устройством газораспределения (фиг.5-6) содержит впускной 20 и выпускной 21 клапаны, установленные в головке 22 корпуса 9. Поршень 23 выполнен с плоским днищем. При этом запальный элемент 12 размещен ниже кромки днища поршня при его положении в верхней мертвой точке (фиг.5). Боковая стенка поршня 22 выполняет функцию экрана. Рабочая камера 24 ограничена поверхностями стенок корпуса 9, головки 22 и днища поршня 23.

Двигатель с клапанным устройством газораспределением работает следующим образом. При положении поршня 23 в верхней мертвой точке (фиг.5) заряд горючей смеси через клапан 20 впускают в рабочую камеру 24. Выпускной клапан 21 закрыт. Боковая стенка поршня 23 экранирует впускаемый заряд от накаленного запального элемента 12, выполняя тем самым функцию экрана. При смещении поршня 23 из верхней мертвой точки вниз на определенную величину клапан 20 закрывается (фиг.6). Впуск заряда завершен. При дальнейшем движении поршня 23 вниз его боковая стенка открывает доступ заряда горючей смеси к запальному элементу 12. Таким образом боковая стенка поршня перестает экранировать заряд горючей смеси от запального элемента 12. В результате взаимодействия с накаленным запальным элементом 12 заряд горючей смеси воспламеняется и поршень 23 совершает рабочий ход.

Изобретения относятся к двигателестроению, а именно к способам воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания с накаливаемыми запальными элементами. Техническим результатом является увеличение эффективности работы двигателя за счет повышения стабильности момента ее воспламенения. Сущность изобретений заключается в том, что заряд горючей смеси подготавливают к воспламенению перед впуском, впуск подготовленного заряда ведут во впускную камеру, являющуюся частью рабочей камеры, а экранирование подготовленного к воспламенению заряда горючей смеси от накаленного запального элемента прекращают после завершения впуска заряда. Двигатель для осуществления указанного способа содержит корпус, рабочую камеру, рабочий орган, снабженный экраном, периодически перемещаемый по поверхности рабочей камеры и накаливаемый запальный элемент, который установлен в стенке рабочей камеры с возможностью экранирования накаленного запального элемента при впуске горючей смеси до наполнения впускной камеры. Согласно изобретению, экран выполнен с возможностью открытия доступа горючей смеси к накаленному запальному элементу после завершения впуска горючей смеси при движении рабочего органа для совершения рабочего хода. Экран может быть выполнен в виде заслонки в роторном двигателе либо в виде боковой стенки поршня или его выступа на днище поршня в поршневом двигателе. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ воспламенения горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания с накаливаемым запальным элементом, включающий впуск и подготовку заряда горючей смеси к воспламенению, экранирование заряда от накаленного запального элемента, размещенного в рабочей камере двигателя, прекращение экранирования и воспламенение заряда от запального элемента, отличающийся тем, что заряд подготавливают к воспламенению перед впуском, впуск подготовленного заряда ведут во впускную камеру, являющуюся частью рабочей камеры, а экранирование подготовленного к воспламенению заряда горючей смеси от накаленного запального элемента прекращают после завершения впуска заряда.2. Двигатель внутреннего сгорания для осуществления способа по п.1, содержащий корпус, рабочую камеру, рабочий орган, снабженный экраном, периодически перемещаемый по поверхности рабочей камеры, накаливаемый запальный элемент, установленный в стенке рабочей камеры с возможностью экранирования накаленного запального элемента при впуске горючей смеси до наполнения впускной камеры, отличающийся тем, что экран выполнен с возможностью открытия доступа горючей смеси к накаленному запальному элементу после завершения впуска горючей смеси при движении рабочего органа для совершения рабочего хода.3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что рабочий орган выполнен в виде заслонки, установленной в пазу ротора с возможностью перемещения, а ротор снабжен впускной камерой, являющейся частью рабочей камеры, при этом экран совмещен с заслонкой.4. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что рабочий орган выполнен в виде поршня, запальный элемент размещен выше кромки днища при положении поршня в верхней мертвой точке, при этом экран выполнен в виде выступа в периферийной части днища поршня и снабжен окнами, а рабочая камера снабжена углублением, выполненным соответствующим выступу поршня.5. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что рабочий орган выполнен в виде поршня, запальный элемент размещен ниже кромки днища при его положении в верхней мертвой точке, при этом экран совмещен с боковой стенкой поршня.