СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ВОЗДУХА К ТОПЛИВУ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F02D15/02 F02D15/04 F02D41/14 F02D41/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания, а именно, к способу изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу в двигателе внутреннего сгорания.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В последние годы вслед за повышением требований к экономичности двигателей внутреннего сгорания и ужесточением нормативно-правовых актов, регулирующих выбросы вредных веществ двигателем внутреннего сгорания, в проектировании и производстве сформировалась устойчивая тенденция к улучшению экономической эффективности топлива и устранению последствий выбросов.

Разработчики традиционного двигателя внутреннего сгорания постоянно стремятся повысить температуру горения топлива, за счет повышения которой увеличивается и давление сгорания. Однако, чем больше повышается температура горения, тем большее количество теплоты уносится с отработавшими газами. Температура горения топлива традиционного двигателя внутреннего сгорания достигает 2200°С - 2500°С. Температура выхлопных газов достигает 1000°С - 1200°С. Выброс отработавших газов, как правило, происходит в виде огня, и поскольку выпускаемый огонь уносит с собой большое количество тепловой энергии, тепловой КПД традиционного двигателя внутреннего сгорания едва ли достигает 30%. Таким образом, 70% тепловой энергии не задействуется в создании силы и выбрасывается непосредственно в атмосферу.

Китайский патент CN 200580008399.7 раскрывает двигатель внутреннего сгорания, реализующий применение силы суперрасширения, что, в свою очередь, увеличивает объем расширения и снижает давление выхлопа, при этом температура выхлопных газов не снижается, как это обычно происходит, из-за высокой температуры горения топлива традиционного двигателя внутреннего сгорания.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение предоставляет способ изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу в двигателе внутреннего сгорания, позволяющий достичь технического результата, заключающегося в снижении температуры горения топлива, повышении степени давления сгорания и повышении коэффициента использования тепловой энергии при сгорании топлива.

Способ изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу в двигателе внутреннего сгорания включает следующие этапы:

(1) объем наполнения цилиндра делят на объем первого наполнения и объем второго наполнения. Производят расчет степени сжатия на основе объема первого наполнения, и при открытии дроссельной заслонки объем наполнения доводят до объема первого наполнения;

(2) увеличением степени открытия дроссельной заслонки усиливают подвод воздуха. Объем второго наполнения начинает впускать воздух, и в результате превышает объем первого наполнения. Вслед за увеличением объема наполнения степень сжатия также повышается. При повышении степени сжатия плотность сжатия топливно-воздушной смеси также увеличивается, а отношение воздуха к топливу снижается за счет увеличения плотности сжатия топливно-воздушной смеси;

(3) электронный блок управления, получая ответный сигнал детонации от датчика детонации, в реальном времени корректирует длительность фазы зажигания. Контролем объема впрыскиваемого топлива в реальном времени обеспечивают необходимую плотность сжатия для горения бедной топливно-воздушной смеси.

Рекомендуется рассчитывать степень сжатия по степени сжатия в двигателе внутреннего сгорания, работающем в режиме низкой мощности, объем первого наполнения - по объему наполнения двигателя внутреннего сгорания, работающего в режиме низкой мощности, объем второго наполнения - по объему наполнения двигателя внутреннего сгорания, работающего в режиме высокой мощности.

Рекомендуется, чтобы объем второго наполнения был больше объема первого наполнения.

Рекомендуется, чтобы двигатель внутреннего сгорания был четырехтактным, диапазон степени сжатия данного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания был от 10:1 до 26.7:1, а диапазон изменения значений отношения воздуха к топливу был от 15:1 до 32:1.

Рекомендуется, чтобы двигатель внутреннего сгорания был четырехтактным, диапазон степени сжатия данного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания был от 14:1 до 40:1, а диапазон изменения значений отношения воздуха к топливу был от 18:1 до 50:1.

Рекомендуется, чтобы упомянутый двигатель внутреннего сгорания был четырехтактным, диапазон степени сжатия данного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания был от 20:1 до 48:1, а диапазон изменения значений отношения воздуха к топливу был от 16:1 до 60:1.

Рекомендуется, чтобы упомянутый двигатель внутреннего сгорания был двухтактным, диапазон степени сжатия данного двухтактного двигателя внутреннего сгорания был от 25:1 до 60:1, а диапазон изменения значений отношения воздуха к топливу был от 30:1 до 70:1.

Рекомендуется, чтобы при использовании способа изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу в упомянутом двигателе внутреннего сгорания отменялось регулирование длительности импульса впрыска топлива, которое производится в замкнутой системе управления с кислородным датчиком при получении сигнала детонации от датчика детонации.

Согласно способу изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу в двигателе внутреннего сгорания по данному изобретению, объем наполнения цилиндра делится на объем первого наполнения и объем второго наполнения. Степень сжатия рассчитывается на основе объема первого наполнения, а объем второго наполнения превосходит объем первого наполнения. Поскольку объем камеры сгорания не изменяется, степень сжатия увеличивается, плотность сжатия топливно-воздушной смеси увеличивается, значение отношения воздуха к топливу снижается, а также снижается температура горения топлива. Вследствие этого, температура выхлопных газов также снижается: с температуры 1200°С, характерной для традиционного двигателя внутреннего сгорания, она падает до 180°С - 300°С. При этом тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания значительно возрастает.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 схематически изображен способ изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу в двигателе внутреннего сгорания согласно данному изобретению.

На Фиг. 2 схематически изображена плотность молекул топлива при отношении воздуха к топливу согласно традиционной теории.

На Фиг. 3 схематически изображена плотность молекул топлива в бедной топливно-воздушной смеси.

На Фиг. 4 схематически изображена плотность молекул топлива в бедной топливно-воздушной смеси при высокой плотности сжатия согласно данному изобретению.

На Фиг. 5 изображена схема процесса осуществления контроля согласно способу изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу в двигателе внутреннего сгорания по данному изобретению.

КОНКРЕТНЫЕ ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Для того, что бы более четко определить технические решения и преимущества примеров осуществления данного изобретения, ниже прилагаются чертежи. К примерам осуществления данного изобретения прилагается четкое, полное описание технических решений. Очевидно, что описанные примеры осуществления данного изобретения представляют собой только часть, а не все возможные примеры реализации данного изобретения. Примеры осуществления, основанные на данном изобретении, а также прочие примеры осуществления, полученные средним специалистом в этой области при отсутствии поддержки творческой инициативы работников, находятся в рамках защиты данного изобретения.

Согласно фиг. 1, двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра 1 и поршня 2. Цилиндр 1 включает рабочий объем V и объем камеры сгорания V1. Рабочий объем V включает в себя объем наполнения в режиме низкой мощности V2 и объем наполнения в режиме высокой мощности V3. Объем наполнения в режиме высокой мощности V3 превышает объем наполнения в режиме низкой мощности V2.

Степень сжатия для традиционного двигателя внутреннего сгорания рассчитывается согласно рабочему объему цилиндра V, то есть, V:V1. Традиционный двигатель внутреннего сгорания, работающий в режиме низкой мощности, имеет маленький фактический объем наполнения, низкую фактическую степень сжатия, низкий тепловой КПД, тогда как в режиме высокой мощности объем наполнения большой, фактическая степень сжатия и тепловой КПД высокие. Традиционный двигатель внутреннего сгорания, имеющий большой объем наполнения в режиме низкой мощности, затрачивает значительную работу сжатия и заводится с трудом. Поскольку коэффициент наполнения двигателя внутреннего сгорания без наддува может достигать только около 0,8, невозможно достигнуть расчетной степени сжатия. Перед автором стояла задача, как довести коэффициент наполнения 0,8 до расчетной степени сжатия.

По данному изобретению степень сжатия рассчитывается, исходя из коэффициента наполнения 0,8 (при условии, что объем цилиндра равен 0,8). Когда коэффициент наполнения, доведенный до 0,8, принимается за достижение расчетного объема наполнения, это означает достижение расчетной степени сжатия. Допустим, коэффициент наполнения цилиндра превышает 0,8 и достигает 0,9, 1,0, 1,1 или более. Поскольку степень сжатия рассчитывается, исходя из коэффициента наполнения 0,8, если коэффициент наполнения, превысивший 0,8, принять за превышение расчетного объема наполнения, тогда расчетная степень сжатия будет превышена, что приведет к изменению степени сжатия. Однако такого рода допущение неосуществимо на практике, поскольку коэффициент наполнения не может превысить 0,8.

Вышеупомянутое допущение подсказывает противоположный ход рассуждений для способа изменения степени сжатия: если можно рассчитать степень сжатия, исходя из коэффициента наполнения 0,8, таким же образом можно рассчитать степень сжатия, исходя из объема наполнения в режиме низкой мощности V2, при условии, что объем цилиндра равен V2. Если объем наполнения достигает объема наполнения в режиме низкой мощности V2, это принимается за достижение расчетного объема наполнения, что означает достижение расчетной степени сжатия.

Суть способа изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу по данному изобретению заключается в расчете степени сжатия, исходя из объема наполнения в режиме низкой мощности V2, то есть, V2:V1. Ввиду этого, достаточно, чтобы объем наполнения цилиндра достигал объема наполнения в режиме низкой мощности V2, что будет принято за достижение расчетного объема наполнения, и тогда расчетная степень сжатия будет достигнута. Если объем наполнения превысит объем наполнения в режиме низкой мощности V2, это принимается за превышение расчетного объема наполнения, что означает превышение расчетной степени сжатия.

Расчет степени сжатия, исходя из объема наполнения в режиме низкой мощности V2 по данному изобретению, имеет следующие преимущества.

В режиме низкой мощности нужно только, чтобы объем наполнения двигателя внутреннего сгорания при способах воспламенения от искры и от сжатия достиг V2. Поскольку степень сжатия рассчитывается, исходя из объема наполнения в режиме низкой мощности V2, это и будет принято за достижение расчетного объема наполнения, и расчетная степень сжатия будет достигнута. Как следствие, в режиме низкой мощности можно добиться относительно высокой степени сжатия. В режиме низкой мощности затрачивается немного работы сжатия, и двигатель заводится легко.

В режиме высокой мощности объем наполнения двигателя внутреннего сгорания V3 при способах воспламенения от искры и от сжатия превышает объем наполнения в режиме низкой мощности V2. Поскольку объем камеры сгорания V1 не изменяется, нужно только, чтобы объем наполнения превысил объем наполнения в режиме низкой мощности V2, это будет принято за превышение расчетного объема наполнения, что будет означать превышение расчетной степени сжатия. Степень сжатия повышается вслед за постоянным увеличением объема наполнения, таким образом, степень сжатия изменяется.

Техническое решение данного изобретения реализует изменяемую степень сжатия, скорость горения бедной топливно-воздушной смеси повышается, однако из-за такого рода повышения может произойти детонация. Условия для возникновения детонации следующие: 1) сравнительно высокая рабочая температура; 2) сравнительно высокая степень сжатия; 3) сравнительно высокая концентрация топливно-воздушной смеси. Если хотя бы одно из 3 вышеуказанных условий будет отсутствовать, то детонация не произойдет. Очевидно, что высокие рабочая температура и степень сжатия способствуют поднятию теплового КПД.

Данное изобретение устраняет детонацию путем снижения концентрации топливно-воздушной смеси. Вышеописанный рабочий режим высокой мощности реализует изменение степени сжатия. При постоянном увеличении объема наполнения в режиме высокой мощности V3 степень сжатия также повышается. Это равнозначно постоянному увеличению степени сжатия. В режиме высокой мощности при постоянном увеличении степени сжатия значение отношения воздуха к топливу снижается. Вследствие этого реализуется изменение отношения воздуха к топливу.

Как показано на фиг. 2, в условиях отношения воздуха к топливу согласно теории, расстояние между молекулами топлива 10 равно L1, плотность топливно-воздушной смеси является необходимой плотностью для горения. При данной плотности легко происходит возгорание и возможно нормальное горение.

Как показано на фиг. 3, в условиях бедной топливно-воздушной смеси расстояние между молекулами топлива 10 равно L2, L2>L1, плотность топлива не достигает необходимого уровня для горения, ввиду этого возгорание невозможно, невозможно и нормальное горение.

Как показано на фиг. 4, в условиях бедной топливно-воздушной смеси с высокой плотностью сжатия расстояние между молекулами топлива 10 равно L3, L3=L1. Несмотря на то, что топливно-воздушная смесь очень разреженная, при еще большем сжатии данная смесь способна достичь той плотности сжатия, которая необходима для горения. Ввиду этого, бедная топливно-воздушная смесь может гореть и поддерживать нормальное горение.

Таким образом, из-за того, что топливо не может быть сжато, но может быть сжат воздух, в процессе постепенного сжатия бедной топливно-воздушной смеси увеличивается плотность сжатия топлива, вследствие этого достигается необходимая для горения плотность. Ввиду этого, для поддержания нормального горения бедной топливно-воздушной смеси необходимо лишь достичь требуемой для горения плотности.

Пример. 1 г топлива смешали с 14,7 г воздуха, при степени сжатия 10:1, что и является отношением воздуха к топливу согласно традиционной теории. При сжатии 10:1 данной топливно-воздушной смеси топливо может поддерживать нормальное горение.

Пример. 1 г топлива смешали с 29,4 г воздуха, при степени сжатия 10:1, топливно-воздушная смесь не может поддерживать нормальное горение, не достигнув необходимой для этого плотности, и степень сжатия нужно увеличить до 20:1. Несмотря на то, что топливно-воздушная смесь очень разреженная, можно поддерживать нормальное горение, достигнув необходимой для этого плотности сжатия. Из этого следует, что топливно-воздушная смесь может быть очень разреженной, но достигнув требуемой для горения плотности сжатия, можно поддерживать ее нормальное горение, поскольку доведение до нужной плотности приводит к изменению ее физических свойств.

Опыт 1. Смешаем 1 г бензина с 14,7 г воздуха при степени сжатия 10:1, что и является режимом горения с отношением воздуха к топливу согласно традиционной теории. Температура горения топлива после зажигания равна 2500°С, давление сгорания составляет 6 мПа. Возможно приложение силы.

Опыт 2. Смешаем 1 г бензина с 14,7 г кислорода, взятого из воздуха, а именно, произведем горение чистого кислорода при степени сжатия 10:1. Температура горения топлива после зажигания равна 3000°С, давление сгорания составляет 1 мПа. При высокой температуре горения топлива и детонации давление сгорания остается низким, приложение силы невозможно.

Опыт 3. Смешаем 1 г бензина с 14,7 г×2 воздуха при степени сжатия 10:1, что является режимом горения бедной смеси. Возгорание невозможно, как и приложение силы.

Опыт 4. Смешаем 1 г бензина с 14,7 г×2 воздуха при степени сжатия 20:1, что является режимом горения бедной топливно-воздушной смеси при высокой плотности сжатия. Температура горения топлива после зажигания равна 1500°С, давление сгорания составляет 9 мПа. Нет детонации, поскольку повышается давление сгорания и увеличивается мощность.

Опыт 5. Смешаем 1 г бензина с 14,7 г×4 воздуха при степени сжатия 40:1, что является режимом горения бедной топливно-воздушной смеси при высокой плотности сжатия. Температура горения топлива после зажигания равна 1000°С, давление сгорания составляет 15 мПа. Нет детонации, поскольку повышается давление сгорания и значительно увеличивается мощность.

Анализ опытов: сравним опыты 2, 3, 4, 5 с опытом 1.

Опыт 2: при горении чистого кислорода скорость горения весьма высока, поскольку отсутствует другой газ, выступающий в качестве среды для поглощения тепла и расширения в процессе горения, поэтому наблюдается высокая температура горения топлива и низкое давление сгорания, приложение силы невозможно.

Опыт 3: плотность топлива в бедной топливно-воздушной смеси недостаточна, и так как возгорание топлива невозможно, то невозможно и приложение силы.

Опыт 4: при необходимой для горения плотности сжатия бедной топливно-воздушной смеси возможно нормальное горение, большое количество других газов поглощает тепло в процессе горения, поэтому температура горения топлива низкая; после того как упомянутые газы поглотят тепло, происходит стремительное расширение, поэтому повышается давление сгорания и увеличивается мощность.

Опыт 5: при необходимой для горения плотности сжатия бедной топливно-воздушной смеси возможно нормальное горение, также имеется большое количество других газов, поглощающих тепло в процессе горения, поэтому температура горения топлива становится еще ниже; после того, как упомянутые газы поглотят тепло, происходит стремительное расширение, поэтому еще сильнее повышается давление сгорания и увеличивается мощность.

Опыты показывают, что концепция соотношения компонентов горючей смеси согласно теории заключается в следующем: для горения 1 г топлива требуется 14,3 г - 14,7 г воздуха. Фактическое значение - для горения 1 г топлива необходим кислород, содержащийся в этом воздухе, и ничего более, но это не означает, что отношение воздуха к топливу согласно теории является оптимальным. Поскольку в процессе горения только кислород, содержащийся в воздухе, участвует в горении, большое количество других газов во время упомянутого процесса поглощает тепло, поэтому температура горения топлива становится низкой. После того, как упомянутые газы поглотят тепло, происходит стремительное расширение, поэтому повышается давление сгорания и увеличивается мощность.

Как показано на фиг. 5, в двигателе внутреннего сгорания рассчитывают степень сжатия, основываясь на объеме наполнения в режиме низкой мощности V2. Объем наполнения в режиме высокой мощности V3 превосходит объем наполнения в режиме низкой мощности V2, и давление сжатия постоянно увеличивается. Электронный блок управления (ЭБУ) в реальном времени согласует объем впрыскиваемого топлива с плотностью сжатия, а также в реальном времени обеспечивает необходимую плотность для горения бедной топливно-воздушной смеси. В процессе работы двигателя внутреннего сгорания изменение степени открытия дроссельной заслонки, изменение скорости вращения, изменение температуры - все это в равной степени влияет на скорость горения, и после того, как датчик детонации подаст сигнал, в реальном времени устанавливается обратная связь с ЭБУ. ЭБУ в реальном времени сокращает объем впрыскиваемого топлива, пока сигнал детонации не спадет. Оптимальным является то, что с помощью датчика детонации обнаруживается слабая детонация (традиционный двигатель внутреннего сгорания, основываясь на содержании кислорода, собранного датчиком кислорода в отработавших газах, изменяет длительность импульса и объем впрыскиваемого топлива). Если постепенно исчезают сигналы слабой детонации, то происходит снижение скорости горения, и ЭБУ целесообразно увеличивает объем впрыскиваемого топлива, чтобы повышать скорость горения до тех пор, пока датчик детонации не обнаружит сигнал слабой детонации. Это вынуждает двигатель внутреннего сгорания постоянно работать в критическом состоянии детонации. В конечном итоге устанавливается низкая температура горения топлива и высокое давление сгорания.

Функция большого ускорения: при максимальной мощности работы двигателя внутреннего сгорания температура горения топлива максимально понижается, давление сгорания повышается до максимума, и двигатель внутреннего сгорания работает при максимальном КПД. Теперь топливно-воздушная смесь немного уплотняется или немного разрежается, что в равной мере приводит к отсутствию детонации. На основании данной особенности соответствующим образом увеличивается объем впрыскиваемого топлива, что позволяет увеличить выходную мощность. Так реализуется функция большого ускорения. Двигатель внутреннего сгорания применяется в автомобилях. Если случаются ситуации, требующие большого ускорения, такие как обгон, подъем по склону, можно активировать данную функцию без влияния на выбросы вредных веществ.

Применение функции большого ускорения: в условиях, когда степень открытия дроссельной заслонки и мощность уже достигли максимума, при необходимости в значительном ускорении приводится в действие соответствующий сигнал путем быстрого однократного толчка дроссельной заслонки вручную, датчиком местоположения или другим способом. Целесообразный объем впрыскиваемого топлива, функция большого ускорения и ее запуск могут постепенно увеличивать практическую ценность двигателя внутреннего сгорания.

Способ изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу согласно данному изобретению основывается на расчетной степени сжатия объема наполнения в режиме низкой мощности V2; он обеспечивает необходимую для горения бедной смеси плотность сжатия. Ввиду этого, с помощью простых способов реализуется сложный процесс изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу. Упомянутые способы весьма просты, полезны и надежны.

Если применяется способ горения бедной топливно-воздушной смеси при высокой плотности сжатия согласно данному изобретению, температура ее горения снижена, кислорода достаточно, горение происходит в полной мере, ввиду этого выбрасывается только 1/10 СО (окиси углерода) и ТНС (углеводорода) традиционного двигателя внутреннего сгорания. Поскольку происходит спад температуры горения топлива, NOx (окись азота) утрачивает условия высоких температур, поэтому происходит выброс только 1/6 окиси азота традиционного двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, значительно снижается не только расход топлива, он и выброс вредных веществ, что является огромным достижением науки в области двигателей внутреннего сгорания.

Первый пример осуществления.

В данном примере осуществления используется четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Рабочий объем цилиндра составляет 400 мл, расчетный объем камеры сгорания V1 составляет 15 мл.

Объем наполнения в режиме низкой мощности V2 составляет 150 мл.

Степень сжатия в режиме низкой мощности составляет 10:1.

Отношение воздуха к топливу в режиме низкой мощности составляет 15:1.

Объем наполнения в режиме высокой мощности V3 составляет 250 мл.

Диапазон степени сжатия в режиме высокой мощности составляет от 10:1 до 26,7:1.

Диапазон изменений значений отношения воздуха к топливу в режиме высокой мощности составляет от 15:1 до 32:1.

Данный пример осуществления основывается на расчетной степени сжатия объема наполнения в режиме низкой мощности V2. Если объем наполнения достигает V2, это считается достижением расчетной степени сжатия. Объем наполнения в режиме низкой мощности V2 составляет 150 мл, расчетный объем камеры сгорания V1 составляет 15 мл, степень сжатия в режиме низкой мощности составляет 10:1, отношение воздуха к топливу составляет 15:1. В режиме низкой мощности двигатель внутреннего сгорания может достигнуть достаточно высокой степени сжатия, при низкой мощности фактическое давление повышается, работа сжатия уменьшается, что облегчает запуск двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания при переходе от режима низкой мощности к режиму высокой мощности увеличивает ширину раскрытия дроссельной заслонки, объем наполнения в режиме высокой мощности V3 превышает объем наполнения в режиме низкой мощности V2, а так как объем камеры сгорания V1 не меняется, объем наполнения увеличивается. Как только объем наполнения превышает объем наполнения в режиме низкой мощности V2, это означает увеличение степени сжатия. Степень сжатия в режиме высокой мощности объема наполнения V3 постоянно увеличивается и повышается, диапазон степени сжатия составляет от 10:1 до 26,7:1.

Фактическое давление сжатия двигателя внутреннего сгорания при работе в режиме высокой мощности увеличивается, также увеличивается плотность сжатия топливно-воздушной смеси, повышается скорость горения. При помощи ЭБУ, который в соответствии с сигналом обратной связи датчика детонации в режиме реального времени уменьшает количество впрыскиваемого топлива, снижается концентрация топливно-воздушной смеси. В режиме реального времени поддерживается необходимая концентрация топливно-воздушной смеси и плотность сжатия, а также контролируется длительность фазы зажигания. Отношение воздуха к топливу в соответствии со степенью сжатия то увеличивается, то уменьшается, его диапазон значений составляет от 15:1 до 32:1.

Данный пример осуществления способа изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу обеспечивает необходимую плотность сжатия для горения бедной топливно-воздушной смеси, а также поддерживает необходимую скорость горения. Высокая плотность сжатия создает высокое давление сгорания, которое может увеличивать мощность. Бедная топливно-воздушная смесь создает низкую температуру горения топлива, которая уменьшает выброс вредных веществ, что является эффективной мерой повышения теплового КПД двигателя внутреннего сгорания.

В данном примере осуществления температура выхлопных газов опускается до 300°С, поэтому тепловой КПД значительно повышается.

Второй пример осуществления.

В данном примере осуществления используется четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Рабочий объем цилиндра составляет 600 мл, расчетный объем камеры сгорания V1 составляет 15 мл.

Объем наполнения в режиме низкой мощности V2 составляет 210 мл.

Степень сжатия в режиме низкой мощности составляет 14:1.

Отношение воздуха к топливу в режиме низкой мощности составляет 18:1.

Объем наполнения в режиме высокой мощности V3 составляет 360 мл.

Диапазон степени сжатия в режиме высокой мощности составляет от 14:1 до 40:1.

Диапазон изменений значений отношения воздуха к топливу в режиме высокой мощности составляет от 18:1 до 50:1.

Данный пример осуществления основывается на расчетной степени сжатия объема наполнения в режиме низкой мощности V2. Если объем наполнения достигает V2, это считается достижением расчетной степени сжатия. Объем наполнения в режиме низкой мощности V2 составляет 210 мл, расчетный объем камеры сгорания V1 составляет 15 мл, степень сжатия в режиме низкой мощности составляет 14:1, отношение воздуха к топливу составляет 18:1. В режиме низкой мощности двигатель внутреннего сгорания может достигнуть достаточно высокой степени сжатия, при низкой мощности фактическое давление повышается, работа сжатия уменьшается, что облегчает запуск двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания при переходе от режима низкой мощности к режиму высокой мощности увеличивает ширину раскрытия дроссельной заслонки, объем наполнения в режиме высокой мощности V3 превышает объем наполнения в режиме низкой мощности V2, а так как объем камеры сгорания V1 не меняется, объем наполнения увеличивается. Как только объем наполнения превышает объем наполнения в режиме низкой мощности V2, это означает увеличение степени сжатия. Степень сжатия в режиме высокой мощности объема наполнения V3 постоянно увеличивается и повышается, диапазон степени сжатия составляет от 14:1 до 40:1.

Фактическое давление сжатия двигателя внутреннего сгорания при работе в режиме высокой мощности увеличивается, также увеличивается плотность сжатия топливно-воздушной смеси, повышается скорость горения. При помощи ЭБУ, который в соответствии с сигналом обратной связи датчика детонации в режиме реального времени уменьшает количество впрыскиваемого топлива, снижается концентрация топливно-воздушной смеси. В режиме реального времени поддерживается необходимая концентрация топливно-воздушной смеси и плотность сжатия, а также контролируется длительность фазы зажигания. Отношение воздуха к топливу в соответствии со степенью сжатия то увеличивается, то уменьшается, его диапазон значений составляет от 18:1 до 50:1.

Данный пример осуществления способа изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу обеспечивает необходимую плотность сжатия для горения бедной топливно-воздушной смеси, а также поддерживает необходимую скорость горения. Высокая плотность сжатия создает высокое давление сгорания, которое может увеличивать мощность. Бедная топливно-воздушная смесь создает низкую температуру горения топлива, которая уменьшает выброс вредных веществ, что является эффективной мерой повышения теплового КПД двигателя внутреннего сгорания.

В данном примере осуществления температура выхлопных газов опускается до 250°С, поэтому тепловой КПД значительно повышается.

Третий пример осуществления.

В данном примере осуществления используется четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, необходимо добавление дроссельной заслонки.

Рабочий объем цилиндра составляет 1200 мл, расчетный объем камеры сгорания V1 составляет 25 мл.

Объем наполнения в режиме низкой мощности V2 составляет 500 мл.

Степень сжатия в режиме низкой мощности составляет 20:1.

Отношение воздуха к топливу в режиме низкой мощности составляет 16:1.

Объем наполнения в режиме высокой мощности V3 составляет 700 мл.

Диапазон степени сжатия в режиме высокой мощности составляет от 20:1 до 48:1.

Диапазон изменений значений отношения воздуха к топливу в режиме высокой мощности составляет от 16:1 до 60:1.

Данный пример осуществления основывается на расчетной степени сжатия объема наполнения в режиме низкой мощности V2. Если объем наполнения достигает V2, это считается достижением расчетной степени сжатия. Объем наполнения в режиме низкой мощности V2 составляет 500 мл, расчетный объем камеры сгорания V1 составляет 25 мл, степень сжатия в режиме низкой мощности составляет 20:1, отношение воздуха к топливу составляет 16:1. В режиме низкой мощности двигатель внутреннего сгорания может достигнуть достаточно высокой степени сжатия, при низкой мощности фактическое давление повышается, работа сжатия уменьшается, что облегчает запуск двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания при переходе от режима низкой мощности к режиму высокой мощности увеличивает ширину раскрытия дроссельной заслонки, объем наполнения в режиме высокой мощности V3 превышает объем наполнения в режиме низкой мощности V2, а так как объем камеры сгорания V1 не меняется, объем наполнения увеличивается. Как только объем наполнения превышает объем наполнения в режиме низкой мощности V2, это означает увеличение степени сжатия. Степень сжатия в режиме высокой мощности объема наполнения V3 постоянно увеличивается и повышается, диапазон степени сжатия составляет от 20:1 до 48:1.

Фактическое давление сжатия двигателя внутреннего сгорания при работе в режиме высокой мощности увеличивается, также увеличивается плотность сжатия топливно-воздушной смеси, повышается скорость горения. При помощи ЭБУ, который в соответствии с сигналом обратной связи датчика детонации в режиме реального времени уменьшает количество впрыскиваемого топлива, снижается концентрация топливно-воздушной смеси. В режиме реального времени поддерживается необходимая концентрация топливно-воздушной смеси и плотность сжатия, а также контролируется длительность фазы зажигания. Отношение воздуха к топливу в соответствии со степенью сжатия то увеличивается, то уменьшается, его диапазон значений составляет от 16:1 до 60:1.

Данный пример осуществления способа изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу обеспечивает необходимую плотность сжатия для горения бедной топливно-воздушной смеси, а также поддерживает необходимую скорость горения. Высокая плотность сжатия создает высокое давление сгорания, которое может увеличивать мощность. Бедная топливно-воздушная смесь создает низкую температуру горения топлива, которая уменьшает выброс вредных веществ, что является эффективной мерой повышения теплового КПД двигателя внутреннего сгорания.

В данном примере осуществления температура выхлопных газов опускается до 200°С, поэтому тепловой КПД значительно повышается.

Четвертый пример осуществления.

В данном примере осуществления используется высокомощный двухтактный судовой двигатель внутреннего сгорания, необходимо добавление дроссельной заслонки.

Рабочий объем цилиндра составляет 420 л, расчетный объем камеры сгорания V1 составляет 7 л.

Объем наполнения в режиме низкой мощности V2 составляет 175 л.

Степень сжатия в режиме низкой мощности составляет 25:1.

Отношение воздуха к топливу в режиме низкой мощности составляет 30:1.

Объем наполнения в режиме высокой мощности V3 составляет 245 л.

Диапазон степени сжатия в режиме высокой мощности составляет от 25:1 до 60:1.

Диапазон изменений значений отношения воздуха к топливу в режиме высокой мощности составляет от 30:1 до 70:1.

Данный пример осуществления основывается на расчетной степени сжатия объема наполнения в режиме низкой мощности V2. Если объем наполнения достигает V2, это считается достижением расчетной степени сжатия. Объем наполнения в режиме низкой мощности V2 составляет 175 л, расчетный объем камеры сгорания V1 составляет 7 л, степень сжатия в режиме низкой мощности составляет 25:1, отношение воздуха к топливу составляет 30:1. В режиме низкой мощности двигатель внутреннего сгорания может достигнуть достаточно высокой степени сжатия, при низкой мощности фактическое давление повышается, работа сжатия уменьшается, что облегчает запуск двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания при переходе от режима низкой мощности к режиму высокой мощности увеличивает ширину раскрытия дроссельной заслонки, объем наполнения в режиме высокой мощности V3 превышает объем наполнения в режиме низкой мощности V2, а так как объем камеры сгорания V1 не меняется, объем наполнения увеличивается. Как только объем наполнения превышает объем наполнения в режиме низкой мощности V2, это означает увеличение степени сжатия. Степень сжатия в режиме высокой мощности объема наполнения V3 постоянно увеличивается и повышается, диапазон степени сжатия составляет от 25:1 до 60:1.

Фактическое давление сжатия двигателя внутреннего сгорания при работе в режиме высокой мощности увеличивается, также увеличивается плотность сжатия топливно-воздушной смеси, повышается скорость горения. При помощи ЭБУ, который в соответствии с сигналом обратной связи датчика детонации в режиме реального времени уменьшает количество впрыскиваемого топлива, снижается концентрация топливно-воздушной смеси. В режиме реального времени поддерживается необходимая концентрация топливно-воздушной смеси и плотность сжатия, а также контролируется длительность фазы зажигания. Отношение воздуха к топливу в соответствии со степенью сжатия то увеличивается, то уменьшается, его диапазон значений составляет от 30:1 до 70:1.

Способ изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу в двигателе внутреннего сгорания данной новой модели отменяет регулирование длительности импульса впрыска топлива, которое производится в замкнутой системе управления с кислородным датчиком при получении сигнала детонации от датчика детонации.

Данный пример осуществления способа изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу обеспечивает необходимую плотность сжатия для горения бедной топливно-воздушной смеси, а также поддерживает необходимую скорость горения. Высокая плотность сжатия создает высокое давление сгорания, которое может увеличивать мощность. Бедная топливно-воздушная смесь создает низкую температуру горения топлива, которая уменьшает выброс вредных веществ, что является эффективной мерой повышения теплового КПД двигателя внутреннего сгорания.

В данном примере осуществления температура выхлопных газов опускается до 180°С, поэтому тепловой КПД значительно повышается.

Наконец, необходимо отметить следующее. Примеры осуществления данного изобретения, указанные выше, лишь описывают конкретное техническое решение данного изобретения, но не ограничивают его. Несмотря на то, что следование примеру использования в деталях разъясняет данное изобретение, рядовой специалист в данной области техники должен понимать, что он также может вносить правки в техническое решение данного примера использования или вносить тождественные изменения в технические характеристики его части. Но данные правки и изменения не должны менять характер соответствующего технического решения, отходить от идеи и объема технического решения каждого примера использования данного изобретения.

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания. Предложен способ изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу в двигателе внутреннего сгорания. Способ включает в себя следующие этапы: объем наполнения цилиндра делят на объем наполнения двигателя, работающего в режиме низкой мощности, и объем наполнения двигателя, работающего в режиме высокой мощности. Производят расчет степени сжатия. Усиливают подвод воздуха, начинают впуск воздуха в объем наполнения двигателя, работающего в режиме высокой мощности, который превышает объем наполнения двигателя, работающего в режиме низкой мощности, благодаря увеличению объема наполнения, повышают степень сжатия, а благодаря повышению степени сжатия, увеличивают плотность сжатия топливно-воздушной смеси и снижают отношение воздуха к топливу за счет увеличения плотности сжатия топливно-воздушной смеси. ЭБУ, получая ответный сигнал детонации от датчика детонации, в реальном времени корректирует длительность фазы зажигания. Контроль объема впрыскиваемого топлива в реальном времени обеспечивает необходимую плотность сжатия для горения бедной топливно-воздушной смеси. При получении сигнала детонации от датчика детонации отменяют регулирование длительности импульса впрыска топлива, производящееся в замкнутой системе управления с кислородным датчиком. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ изменения степени сжатия и изменения отношения воздуха к топливу в двигателе внутреннего сгорания, характеризующийся тем, что

(1) объем наполнения цилиндра делят на объем наполнения двигателя, работающего в режиме низкой мощности, и объем наполнения двигателя, работающего в режиме высокой мощности, степень сжатия рассчитывают на основе объема наполнения двигателя, работающего в режиме низкой мощности, при помощи открытия дроссельной заслонки объем наполнения доводят до объема наполнения двигателя, работающего в режиме низкой мощности,

(2) увеличивая степень открытия дроссельной заслонки, усиливают подвод воздуха, начинают впуск воздуха в объем наполнения двигателя, работающего в режиме высокой мощности, который превышает объем наполнения двигателя, работающего в режиме низкой мощности, благодаря увеличению объема наполнения повышают степень сжатия, а благодаря повышению степени сжатия, увеличивают плотность сжатия топливно-воздушной смеси и снижают отношение воздуха к топливу за счет увеличения плотности сжатия топливно-воздушной смеси,

(3) с помощью электронного блока управления, получающего ответный сигнал детонации от датчика детонации, в реальном времени корректируют длительность фазы зажигания, а также за счет контроля объема впрыскиваемого топлива в реальном времени обеспечивают необходимую плотность сжатия для горения бедной топливно-воздушной смеси,

при этом при получении сигнала детонации от датчика детонации отменяют регулирование длительности импульса впрыска топлива, производящееся в замкнутой системе управления с кислородным датчиком.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что под двигателем внутреннего сгорания понимают четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, в качестве диапазона степени сжатия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания принимают область значений от 10:1 до 26,7:1, в качестве диапазона значений отношения воздуха к топливу принимают область значений от 15:1 до 32:1.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что под двигателем внутреннего сгорания понимают четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, в качестве диапазона степени сжатия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания принимают область значений от 14:1 до 40:1, в качестве диапазона значений отношения воздуха к топливу принимают область значений от 18:1 до 50:1.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что под двигателем внутреннего сгорания понимают четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, в качестве диапазона степени сжатия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания принимают область значений от 20:1 до 48:1, в качестве диапазона значений отношения воздуха к топливу принимают область значений от 16:1 до 60:1.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что под двигателем внутреннего сгорания понимают двухтактный двигатель внутреннего сгорания, в качестве диапазона степени сжатия двухтактного двигателя внутреннего сгорания принимают область значений от 25:1 до 60:1, в качестве диапазона значений отношения воздуха к топливу принимают область значений от 30:1 до 70:1.