СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2022 года по МПК F02B19/02 F02B19/16 

Область техники.

Предлагаемое изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым, роторно-лопастным и свободно-поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Заявленное изобретение направлено на решение задач, заключающихся в подготовке рабочей смеси с заданным количеством, с заданным соотношением воздуха и топлива и с заданной степенью сжатия, а также на разработку устройств подготовки рабочей смеси с заданными параметрами и на разработку схем подключения этих устройств к ДВС. Использование заявленного изобретения позволит улучшить скоростные, экономические и экологические показатели двигателей.

Уровень техники.

Работы по изменению степени сжатия и повышению эффективности горения рабочей смеси в процессе работы двигателя направлены на управляемое смещение цилиндра относительно оси коленвала, на изменение объема надпоршневого пространства за счет применения управляемого поршенька, на применение сложных конструкций поршня с подвижным днищем (л. 1, стр. 329.).

Ведутся работы по ограничению максимального давления в цилиндрах двигателя, например, за счет использования телескопического шатуна, что усложняет конструкцию двигателя (л. 1, стр. 324.).

Из существующего уровня техники известен способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания и двухтактный двигатель внутреннего сгорания В.Н. Лаврентьева (Патент: RU 2135789 С1). Предлагаемый способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания путем продувки цилиндра воздушным зарядом, сжатия воздушного заряда в цилиндре, перепуска сжатого заряда во внешнюю камеру сгорания, впрыска в нее топлива, перемещения сжатого воздушного заряда от места впрыска топлива к месту воспламенения (зажигания) топливно-воздушной смеси, перепуска продуктов сгорания в цилиндр и выпуска из цилиндра отработанных газов, отличающийся тем, что отделяют часть сжатого воздушного заряда и подают в камеру сгорания, заполненную смесью паров топлива с малым количеством воздуха. Цель изобретения: улучшение характеристик и смесеобразования, начала горения и горения.

Однако, возможности известного двигателя ограничены следующими недостатками: Сжатая рабочая смесь хранится в подвижной камере, прилегающей к неподвижному корпусу, что ведет к потере тепла и утечке газа через скользящие поверхности. Скользящие поверхности диска регулятора работают в условиях высокого давления и температуры, что также способствует утечке газа, снижению температуры газа и надежности работы регулятора. Камеры сгорания (КС) непроточны и отсутствует возможность их продувки. Во время горения топливной смеси в непроточной КС образуется слой продуктов горения, который препятствует смешиванию топливной смеси и воздуха и засоряет камеру сгорания. Отсутствует возможность изменения степени сжатия различных объемов топливного заряда при заданном соотношении воздуха и топлива. Отмеченные недостатки не позволяют достигнуть высокой эффективности в работе двигателя.

Из существующего уровня техники известен роторно-поршневой двигатель (Патент: RU 2 516 044 С2), содержащий корпус, ротор с цилиндрическим уступом, расположенный в торцевых крышках, камеру сгорания, топливную форсунку, воздушный компрессор высокого давления и рекуперативный теплообменник для нагрева воздуха после компрессора теплом отходящих газов, кроме того, двигатель снабжен двумя теплоизолированными камерами сгорания периодического действия, при этом в каждой камере установлены клапаны впуска и выпуска, снабженные электромагнитом и сервоприводом, топливная форсунка с пневмоприводом и поршень для изменения геометрического объема камеры. Целью изобретения является увеличение эффективности работы двигателя в широком диапазоне его работы, от номинального.

В приведенном двигателе использованы поочередно работающие камеры сгорания с регулируемыми объемами полостей, в которых заранее готовят и сжигают рабочую смесь. В камере сгорания рабочая смесь горит после кратковременной ее подготовки и затем во время рабочего хода, практически непрерывно. Длительная выдержка горящей рабочей смеси в теплоизолированной камере сгорания ведет к термической перегрузке камеры сгорания и утечке тепла. Вынос камеры сгорания за пределы зоны расширения газов ведет к потере давления газов. В двигателе используют сложную систему сжатия и нагрева воздуха перед нагнетанием его в камеру сгорания, включающую компрессор высокого давления, ресиверы и электроподогрев.

Конструкция всей системы и отдельных узлов двигателя отличается сложностью и, следовательно, низкой, надежностью.

Отмеченные недостатки не позволяют достигнуть высокой эффективности в работе известного двигателя.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному изобретению является способ работы двигателя внутреннего сгорания (Патент: РФ 206 6773) путем впуска свежего заряда в надпоршневую полость цилиндра, наполнения камеры сгорания, сжатия свежего заряда с одновременным перепуском в камеру сгорания, отсоединения последней от надпоршневой полости, воспламенения топливовоздушной смеси, подсоединение камеры сгорания к надпоршневой полости, перепуска газов из камеры сгорания в надпоршневую полость, подсоединение камеры сгорания к надпоршневой полости осуществляют не ранее чем через 80о поворота коленчатого вала после ее отсоединения.

Целью известного изобретения является создание способа работы двигателя, обеспечивающего наиболее полное сгорание различных видов топлива (бензин, дизельное топливо, газ).

В известном ДВС высокие показатели работы могут быть достигнуты, например, для номинального режима работы за счет предварительного сжигания рабочей смеси с заданными параметрами, которые определяются, в основном, размерами внешней камеры сгорания. Однако, например, при малых нагрузках требуется малая порция рабочей смеси с высокой степенью сжатия. В известном двигателе такая степень сжатия достигается за счет нагнетания дополнительной порции воздуха, на сжатие и на нагрев которого бесполезно тратится энергия. При сгорании рабочей смеси в непроточной камере образуется слой продуктов горения, который ухудшает горение и засоряет камеру сгорания. В двигателе отсутствует возможность продувки камер сгорания. Горение и длительное хранение сгоревших газов в камерах сгорания ведет к их перегреву и утечке тепла через стенки камер.

Впрыск топлива производится в камеру сгорания с горящей смесью, поэтому требуется топливный насос высокого давления.

Отмеченные недостатки не позволяют достигнуть высокой эффективности в работе известного двигателя.

При исследовании отличительных признаков аналогов изобретения не выявлены достаточно простые схемы ДВС позволяющие оперативно получать рабочую смесь в заданном количестве, с заданным соотношением топлива и воздуха и с заданной степенью сжатия для различных режимов работы двигателя на различных видах топлива.

Сущность.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа, позволяющего оперативно подготавливать рабочую смесь в заданном количестве, с заданным соотношением топлива и воздуха и с заданным давлением, а также разработка устройств для подготовки рабочей смеси по данному способу и разработка схем подключения этих устройств к ДВС, что позволит улучшить скоростные, экономические и экологические показатели ДВС, работающих в различных режимах и на различных видах топлива.

Поставленная задача решается за счет того, что способ работы реализуют в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), в состав которого входят топливные предкамеры, которые поочередно подключают к камере сгорания цилиндра для выполнения рабочего хода с последующим отключением от нее для подготовки и сжигания рабочей смеси, при этом топливные предкамеры имеют постоянный объем полостей или регулируемый объем полостей и тем, что в состав двигателя дополнительно введены электронный блок управления, определяющий в зависимости от режима работы двигателя и вида топлива параметры рабочей смеси и обеспечивающий регулировку и согласованную работу узлов двигателя, компрессор, предпочтительно, с регулируемым давлением воздуха на выходе, и устройство подготовки рабочей смеси, содержащее в зависимости от типа двигателя по крайней мере две группы предкамер, каждая из которых содержит, по крайней мере воздушную предкамеру с постоянным или регулируемым объемом полости и топливную предкамеру, предпочтительно с регулируемым объемом полости; во время работы двигателя топливную и воздушную предкамеры первой группы предкамер заполняют сжатым до определенного давления воздухом, в топливную предкамеру впрыскивают дозу топлива, полученную переобогащенную топливовоздушную смесь выдерживают в горячей топливной предкамере; перед началом рабочего хода воздух из воздушной предкамеры смешивают с парами переобогащенной топливовоздушной смеси топливной предкамеры, полученная рабочая смесь самовоспламеняется или ее поджигают, в зависимости от типа двигателя, и после ее выдержки в замкнутом объеме предкамер, к цилиндру двигателя вместо второй группы предкамер подключают первую группу предкамер; под действием возросшего давления горящая смесь вместе с дополнительным потоком воздуха из воздушной предкамеры нагнетается в цилиндр, где реализуют рабочий ход, по завершении которого осуществляют выхлоп и продувку, а затем заполнение воздухом из компрессора предкамер и цилиндра, с последующим нагнетанием в предкамеры воздуха из цилиндра; предкамеры запирают, если давление в каждой из них достигнет заданного для этой предкамеры уровня, в топливную предкамеру для испарения впрыскивают дозу топлива, и далее последовательность операций повторяют аналогично.

Способ работы отличающийся тем, что УПРС содержит, группы предкамер, каждая из которых, предпочтительно, содержит соединенные последовательно первое запорное устройство, воздушную предкамеру, второе запорное устройство, топливную предкамеру с форсункой и, предпочтительно, третье запорное устройство с выходами в камеру сгорания двигателя, кроме того, в каждой группе предкамер может быть проведен дополнительный канал, соединяющий воздушную предкамеру с камерой сгорания двигателя.

Способ работы, отличающийся тем, что запорное устройство может быть, предпочтительно, изготовлено в виде вала с каналами для прохода газов, который поворачивается в подшипниках под воздействием управляемого привода.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, которые приведены в качестве примеров для пояснения заявленного способа работы ДВС

На фиг. 1, фиг. 4 и фиг. 7 представлены схемы двигателей, работающих совместно с УПРС.

На фиг. 1 приведена схема УПРС, подключенного к четырехтактному ДВС с возвратно - поступательным движением поршня.

- На фиг. 2 приведена временная диаграмма зависимости давления р от времени t в топливной предкамере 10 на схеме фиг. 1,

- на фиг. 3 приведена временная диаграмма зависимости давления р от времени t в топливной предкамере 11 на схеме фиг. 1,

- на фиг. 4 приведена схема УПРС, подключенного к двухтактному ДВС с возвратно - поступательным движением поршня,

- на фиг. 5 приведена временная диаграмма зависимости давления р от времени t в топливной предкамере 7 на схеме фиг. 4,

- на фиг. 6 приведена временная диаграмма зависимости давления р от времени t в топливной предкамере 8 на схеме фиг. 4,

- на фи.7 приведена схема подключения УПРС к роторно-лопастному двигателю с вращающимся ротором,

- на фиг. 8 приведена временная диаграмма зависимости давления р от времени t в топливной предкамере 20 первой группы предкамер 14 двигателя на фиг. 7,

- на фиг. 9 приведена временная диаграмма зависимости давления р от времени t в топливной предкамере 20 второй группы предкамер 15 двигателя на фиг. 7,

- на фиг. 10 приведена временная диаграмма зависимости давления р от времени t в топливной предкамере 20 третьей группы предкамер 16 двигателя на фиг. 7.

ДВС, работающие по предлагаемому способу, содержат электронный блок управления, определяющий в зависимости от режима работы двигателя и вида топлива параметры рабочей смеси и обеспечивающий регулировку и согласованную работу узлов двигателя, причем, корректировка может быть осуществлена в течение нескольких рабочих циклов двигателя, компрессор, предпочтительно с регулируемым давлением воздуха на выходе, и устройство подготовки рабочей смеси. В зависимости от типа и назначения двигателя УПРС могут отличаться количеством предкамер и способом подключения к двигателю.

Работа двигателя по предлагаемому способу поясняется на примере работы четырехтактного ДВС с возвратно-поступательным движением поршней. Топливные предкамеры в УПРС выполнены с постоянными объемами полостей. В общем случае одно УПРС предназначено для обслуживания одного цилиндра. Однако, одно УПРС может обслуживать два цилиндра, если в одном из них реализуют такты всасывания и сжатия, а во втором - такты рабочего хода и выхлопа, фиг. 1.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с противоположно двигающимися поршнями 2 и 4, соответственно, в цилиндрах 1 и 3, работающий по предлагаемому способу, содержит компрессор, электронный блок управления (на схемах не показаны) и устройство подготовки рабочей смеси 5, см. фиг. 1, содержащее две группы предкамер, в состав каждой из которых входят соединенные последовательно через запорные устройства 6 и 7, соответственно, воздушные предкамеры 8 и 9 и топливные предкамеры 10 и 11 с форсунками 12. На канале, приходящем из цилиндра 3, перед воздушными камерами 8 и 9 установлены соответственно запорные устройства ЗУ13 и ЗУ14. Выходы обеих групп предкамер заведены в камеру сгорания 16 цилиндра 1. Перед цилиндром 3 на канале, приходящем из компрессора, установлено ЗУ17. На выхлопном канале в первом цилиндре 1 установлено ЗУ18. Воздушные предкамеры 8 и 9 содержат полости 19 с рабочей жидкостью, поршни 20 и каналы 21 для нагнетания и слива жидкости. Воздушная предкамера 8 соединена с камерой сгорания 16 цилиндра 1 каналом 22, проходящим через ЗУ6 и ЗУ15. Воздушная предкамера 9 соединена с камерой сгорания 16 цилиндра 1 каналом 23, проходящим через ЗУ7 и ЗУ15. Воздушная предкамеры 8 соединена с топливной предкамерой 10 каналом 24, проходящим через ЗУ6. Воздушная предкамера 9 соединена с топливной предкамерой 11 каналом 25, проходящим через ЗУ7. Камера сгорания 16 соединена с топливными предкамерами 10 и 11 соответственно каналами 26 и 27, проходящими через ЗУ15. При необходимости искрового поджигания смеси в корпусе топливной предкамеры устанавливают свечу зажигания (на схеме не показана).

Работа двигателя поясняется диаграммами зависимости давления р от времени t в топливных предкамерах 10 и 11. Давление в воздушных предкамерах на фиг. 2 и на фиг. 3 обозначено пунктирными линиями. Вертикальные линии на диаграммах - границы тактов.

В первом такте в цилиндре 1 и предкамерах 8 и 10 реализуют рабочий ход, фиг. 2 1 и 2. Во втором такте производят выхлоп через ЗУ18, перед завершением которого открывают ЗУ17 и ЗУ13 и воздухом из компрессора через ЗУ17, цилиндр 3 и ЗУ13 производят продувку предкамер 8, 10 и цилиндра 1 с выходом газов через ЗУ18, фиг. 2, 3 и 4. В конце второго такта поворотом ЗУ15 от цилиндра отключают предкамеры 8 и 10 и подключают к нему предкамеры 9 и 11 для выполнения рабочего хода с участием предкамер 9 и 11, фиг. 3, 6 и 7. С началом третьего такта предкамеры 8 и 10 заполняют воздухом из компрессора, фиг. 2, 4 и 5, затем запирают ЗУ17 и в предкамеры продолжают нагнетать воздух из цилиндра 3. При достижении заданного давления в топливной предкамере ее запирают поворотом ЗУ6, впрыскивают в нее топливо и выдерживают его, фиг. 2, 6 и 8. При достижении заданного давления в воздушной предкамере ее запирают с помощью ЗУ13. Перед завершением четвертого такта, при закрытых ЗУ13 и ЗУ15, с помощью ЗУ6 открывают канал 24 между воздушной предкамерой 8 и топливной предкамерой 10. Воздух из предкамеры 8 с более высоким давлением проникает через канал 24 в топливную предкамеру 10 и частично смешивается с переобогащенной топливовоздушной смесью. В зонах топливной предкамеры, где показатель альфа, возрастая, приближается к величине 0.8…0.9, [л.1, с. 111.], при высокой температуре происходит самовоспламенение смеси, фиг. 2, 8 и 9. Затем открывают ЗУ15. Под действием возросшего давления в предкамерах 8 и 10 горящая топливовоздушная смесь вытесняется в цилиндр 1 через канал 26 в ЗУ15. Кроме того, из воздушной предкамеры 8 через канал 22 в цилиндр 1 поступает дополнительный поток воздуха, необходимый для устойчивого горения смеси. По мере опустошения предкамер 8 и 10 доля воздуха в рабочей смеси увеличивается, что способствует полному ее сгоранию и очищению топливной предкамеры 10 от продуктов горения, фиг. 2, 9 и 10. Затем все операции рабочего цикла повторяют аналогично. В двигателе с искровым зажиганием в топливных предкамерах 10 и 11 подготавливают топливовоздушную смесь, состав которой наиболее предпочтителен для надежного возгорания. Воздушную предкамеру заполняют воздухом, необходимым для полного сгорания рабочей смеси. В результате, за один оборот коленвала реализуют один рабочий ход. Топливо выдерживают в течение, примерно, половины оборота коленвала, фиг. 2, 6 и 8.

Работа двигателя по предлагаемому способу поясняется на примере работы двухтактного ДВС, содержащего воздушную и две топливные предкамеры с переменными объемами полостей. В УПРС может быть смонтирована вместо двух одна воздушная предкамера 6.

Двухтактный ДВС, работающий по предлагаемому способу, содержит компрессор, электронный блок управления (на схемах не показаны), цилиндр 1, поршень 2, камеру сгорания 3, выхлопной канал 4 и УПРС 5, которое содержит воздушную предкамеру 6, топливные предкамеры 7 и 8, запорные устройства ЗУ9, ЗУ10, и ЗУ11, каналы 12, 13, 14 и 15, форсунки 16, кулачек 17, поршни 18, полость с жидкостью 19, поршень 20 и канал 21 для нагнетания и слива жидкости.

Во время работы двигателя в зависимости от вида топлива и режима работы устанавливают требуемый объем воздушной предкамеры 6 за счет смещения поршня 20 при нагнетании или сливе жидкости через канал 21 в полости 19. Требуемые объемы топливных предкамер устанавливают смещением поршней 18 при повороте кулачка 17 с приводом, предпочтительно, от шагового электродвигателя (на схеме не показан).

Работа двигателя поясняется диаграммами зависимости давления от времени в топливных предкамерах 7 и 8 на фиг. 5. Вертикальные линии на диаграммах соответствуют границам тактов.

В первом такте в цилиндре 1 и предкамерах 6 и 7 реализуют рабочий ход, фиг. 5, 1 и 2, с последующим выхлопом через канал 4, а затем и продувкой воздухом из компрессора через ЗУ 11 предкамер 6 и 7 и цилиндра 1, фиг. 5, 2 и 4. Во втором такте, такте сжатия, после перекрытия поршнем канала 4, предкамеры 6, 7 и цилиндр 1 заполняют воздухом из компрессора, фиг. 5, 4 и 5, затем закрывают ЗУ11 и в предкамеры нагнетают воздух из цилиндра 1, фиг. 5, 5 и 6. При достижении заданного давления в воздушной предкамере 6 поворотом ЗУ9 закрывают каналы 12 и 13, ведущие, соответственно, в топливную предкамеру 7 и в цилиндр 1 и открывают канал 14 из предкамеры 6 в топливную предкамеру 8. При этом в топливные предкамеры 6 и 7 продолжают нагнетать воздух из цилиндра 1. В предкамерах 6 и 8 переобогащенная топливовоздушная смесь частично смешивается с воздухом из предкамеры 6, самовоспламеняется и ее выдерживают до начала третьего такта, фиг. 6, 3 и 4. С началом третьего такта поворотом ЗУ10 запирают предкамеру 7, впрыскивают в нее топливо и выдерживают его в течение третьего и частично четвертого тактов. В предкамерах 6, 8 и в цилиндре 1 реализуют рабочий ход, фиг. 6, 4 и 5, во время которого горящая рабочая смесь через канал 14, в ЗУ10, нагнетается в цилиндр. Кроме того, из воздушной предкамеры 6 через канал 15, проходящий через ЗУ9 и ЗУ10, в цилиндр 1 поступает дополнительный поток воздуха, необходимый для устойчивого горения смеси. По мере опустошения предкамер 6 и 8 доля воздуха в рабочей смеси увеличивается, что способствует полному ее сгоранию и очищению топливной предкамеры 8 от продуктов горения. Затем все операции рабочего цикла повторяют. В результате, за один оборот коленвала реализуют один рабочий ход. Топливо выдерживают в течение неполного оборота коленвала, фиг. 5, 6 и 9.

В двигателе с искровым зажиганием в топливной предкамере подготавливают топливовоздушную смесь, состав которой наиболее предпочтителен для надежного возгорания. Воздушную предкамеру заполняют воздухом, необходимым для полного сгорания рабочей смеси. Рабочую смесь поджигают от свечей, которые устанавливают в топливных предкамерах 7 и 8 (на схеме не показаны).

Работа двигателя с возвратно-поступательным движением поршня, роторно-лопастного двигателя с качающимся ротором и свободно - поршневого двигателя по принципу работы идентичны, поэтому схемы подключения УПРС к этим двигателям, см. фиг. 1 и фиг. 4, и операции по реализации работы этих двигателей совместно с УПРС также, в основном, идентичны.

Работа двигателя по предлагаемому способу поясняется на одном из возможных примеров работы роторно-лопастного ДВС с вращающимся ротором. Топливные предкамеры в приведенном двигателе имеют постоянные объемы полостей.

Двигатель 1, фиг. 7, содержит ротор 3 с двумя лопастями 4, два перепускных клапана 5 и четыре рабочие камеры 6, 7, 8, 9, в которых выполняют такты, соответственно, рабочий ход, выхлоп, всасывание и сжатие. УПРС2 содержит три однотипные группы предкамер 14, 15 и 16, каждая из которых содержит по одной воздушной предкамере 18 и одной топливной предкамере 20 с форсункой 22, соединенные через ЗУ19, а также - входные ЗУ17 и выходные ЗУ21. Воздушные предкамеры 18 через ЗУ17 подключены каналом 13 к выходу камеры сжатия 9 двигателя. Топливные предкамеры 20 через ЗУ21 подключены каналом 12 к входу камеры сгорания 6.

На фиг. 8, фиг. 9 и фиг. 10 представлены временные диаграммы зависимости давления от времени в топливных предкамерах 20, установленных, соответственно, группах предкамер 14, 15 и 16.

Пунктирные линии соответствуют давлениям в воздушных предкамерах. На диаграммах попарные вертикальные линии 1, 3 и 4, 7 и 8 и т.д. отмечают интервалы времени прохода лопастей ротора через перепускные клапаны.

В первом такте рабочий ход выполняют с участием первой группы предкамер 14, фиг. 8, 1и2, при этом, ЗУ17 закрыто, ЗУ19 и ЗУ21 открыты. В конце такта лопасть 4 ротора проходит за канал 10 и через него происходит выхлоп отработанных газов с последующей продувкой воздухом из компрессора через канал 11 двигателя, предкамер группы 14 и камеры сгорания 6 двигателя с выходом газов в канал 10 двигателя, фиг. 8, 2 и 4. После продувки закрывают ЗУ21 и в предкамеры группы 14 нагнетают воздух из камеры 9 двигателя. При достижении заданного давления в топливной предкамере 20 ее запирают поворотом ЗУ19. В воздушную предкамеру 18 продолжают нагнетать воздух до требуемого давления, после чего поворотом ЗУ17 запирают предкамеру 18. В топливную предкамеру 20 впрыскивают дозу топлива и выдерживают его. В конце третьего такта открывают ЗУ19. Воздух из воздушной предкамеры 18 частично смешивается с переобогащенной топливовоздушной смесью топливной предкамеры 20. Полученная рабочая смесь самовоспламеняется или ее поджигают, в зависимости от вида топлива. Горящую смесь выдерживают в замкнутом объеме предкамер 20 и 18, фиг. 8, 9и11, и затем после открытия ЗУ21 реализуют рабочий ход в камере сгорания 6 двигателя, фиг. 8, 11 и 12. Со сдвигом вправо на один такт аналогично осуществляют работу во второй, а затем и в третьей группе предкамер.

В приведенном примере за один оборот ротора реализуют два рабочих хода, фиг. 8, 1 и 2, и фиг. 9, 4 и 5. Выдержку топлива производят в течение, примерно, полуоборота ротора, фиг. 8, 6 и 9.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного результата по способу подготовки рабочей смеси, следующие:

Количество воздуха в воздушной предкамере должно обеспечить получение рабочей смеси с коэффициентом альфа примерно равным 1.1, (л. 1, с. 101, рис. 43.). В этом случае наблюдается высокая скорость горения смеси при минимальном количестве вредных выбросов в атмосферу. Объем полости топливной предкамеры устанавливают таким, чтобы после испарения дозы топлива образовалась переобогащенная топливовоздушная смесь с коэффициентом альфа менее 0.4, (л. 1, с. 110, рис. 5.), не способная к самовозгоранию. При нагнетании сжатого воздуха в топливную предкамеру через воздушную предкамеру объем топливной предкамеры может быть постоянным, поскольку имеется возможность запереть топливную предкамеру раньше воздушной предкамеры. В двухтактном ДВС наполнение воздухом воздушной предкамеры производят через топливную предкамеру, поэтому топливная предкамера может иметь переменный объем.

Топливную предкамеру заполняют воздухом, количество которого недостаточно для самовоспламенения топлива, даже при впрыске малой его дозы во время холостого хода двигателя. Топливо в топливной предкамере нагревают за счет сжатого горячего воздуха и за счет горячих стенок предкамеры и выдерживают примерно в течение одного такта. В результате этого, при минимальном количестве воздуха и длительной выдержке происходит распад молекул топлива с образованием активных радикалов, что способствует сокращению задержки самовоспламенения. Перед началом рабочего хода после дополнительного смешивания топливовоздушной смеси в топливной предкамере с заданной порцией воздуха из воздушной предкамеры, воспламенения полученной рабочей смеси и управляемой по времени выдержки горящей смеси в замкнутом объеме реализуют рабочий ход в камере сгорания двигателя. Все это способствует полному сгоранию топлива и, соответственно позволяет осуществлять работу двигателя на расширенном ассортименте топлив. Возможность перегрева топливной и воздушной предкамер уменьшается из-за кратковременной выдержки в них горящей смеси. Температура в предкамерах в результате непродолжительной выдержки горящей смеси не превышает допустимых пределов. Кроме того, предкамеры частично охлаждают продувочным воздухом. Горящая смесь поступает в цилиндр не сразу, а в течение короткого времени, поэтому давление в цилиндре оказывается меньше максимально возможного пика давления, при этом уменьшаются силовые напряжения в конструкции двигателя, но несколько затягивается процесс горения топлива. В топливную предкамеру впрыскивают дозу топлива до начала его возгорания, поэтому давление впрыска может не превышать уровня средних значений давления, примерно равных 7 МПа. После заполнения предкамер сжатым воздухом количество оставшегося избыточного воздуха в камере сжатия минимизируют для следующих циклов работы двигателя регулировкой давления на выходе компрессора. Оставшийся в КС воздух может быть использован в начале рабочего хода.

В качестве компрессора с регулируемым давлением на выходе может быть использован роторно-лопастной компрессор с управляемым перепуском сжатого воздуха на его вход.

УПРС для работы по способу предварительной подготовки рабочей смеси может иметь следующие конструктивные особенности, см. фиг. 1.

Приводы для перемещения поршней в цилиндрической полости предкамер могут быть механическими или, предпочтительно, гидравлическими. При этом полости 19 заполняют жидкостью, при нагнетании которой через входные каналы 21 поршни 20 смещаются в сторону уменьшения объема воздушной предкамеры. Увеличение объема полостей 19 осуществляют за счет управляемого слива лишней жидкости через входные каналы 21 и при наличии давления в предкамерах. Поршни 20 на фиг. 1 в предкамерах могут быть пустотелыми с целью уменьшения температуры на внутренней поверхности.

В качестве ЗУ могут быть использованы тарельчатые клапаны или ЗУ в виде вала. ЗУ, исполненные в виде вала, в связи с большими перепадами давления на противоположных его сторонах, могут устанавливаться в подшипниках, предпочтительно игольчатых. Круглый вал ЗУ пронизан перпендикулярно проходящими в две группы предкамер каналами, поэтому не происходит перекрытия газовых каналов. На торце запорного устройства смонтирован электропривод с временем срабатывания, примерно, равным 2.5 мс. (л. 4, с. 18, рис. 18.).

Исходя из сказанного в ДВС могут быть созданы необходимые условия для реализации заявленного способа работы двигателя.

Источники информации:

1. Б.А. Шароглазов, М.Ф. Фарофонтов, В.В. Клементьев. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов. Челябинск. Издательство ЮУрГУ, 2005 г. 403 с.

2. Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания и двухтактный двигатель внутреннего сгорания В. Н. Лаврентьева. Патент RU 2 135 789 С1 от 27.08 1999.

3. Роторно-поршневой двигатель. Патент RU2 516 044 С2, от 20. 05 2014.

4. Способ работы двигателя внутреннего сгорания. Патент РФ 206 6773 от 20.09 1996.

5. Большенко И.А. Электромагнитный привод клапана газораспределительного механизма ДВС. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к. т.н., Новочеркасск, 2015.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. Предложенный способ обеспечивает предварительную подготовку рабочей смеси с заданными параметрами с последующим полным и без задержки ее сгоранием. Разработаны схемы устройств для подготовки рабочей смеси с заданными параметрами и разработаны схемы подключения этих устройств к четырехтактному, двухтактному и роторному ДВС. В состав двигателя введены электронный блок управления, компрессор с регулируемым давлением воздуха на выходе и устройство подготовки рабочей смеси, содержащее группы предкамер, предпочтительно, с регулируемыми объемами полостей. Каждая группа предкамер содержит предкамеру 10, 11 с форсункой для переобогащенной топливовоздушной смеси и предкамеру 8, 9 для сжатого воздуха. Группы предкамер с подготовленными компонентами рабочей смеси поочередно подключают к камере сгорания двигателя для реализации рабочего хода. Переобогащенную топливовоздушную смесь выдерживают перед возгоранием в горячей предкамере 10, 11 и после смешивания с горячим воздухом, воспламенения и последующей управляемой во времени выдержки горящей смеси в замкнутых предкамерах реализуют рабочий ход. Заданное количество рабочей смеси и заданное соотношение воздуха и топлива получают за счет регулировки объемов полостей предкамер, в зависимости от заданной дозы топлива. Заданную степень сжатия получают за счет регулировки давления воздуха на выходе компрессора с последующим его сжатием и отбором в предкамеры при достижении заданной нормы давления. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ работы реализуют в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), в состав которого входят топливные предкамеры, которые поочередно подключают к камере сгорания цилиндра для выполнения рабочего хода с последующим отключением от нее для подготовки и сжигания рабочей смеси, отличающийся тем, что топливные предкамеры имеют постоянный объем полостей или регулируемый объем полостей, и тем, что в состав двигателя дополнительно введены электронный блок управления, определяющий в зависимости от режима работы двигателя и вида топлива параметры рабочей смеси и обеспечивающий регулировку и согласованную работу узлов двигателя, компрессор, предпочтительно, с регулируемым давлением воздуха на выходе, и устройство подготовки рабочей смеси, содержащее в зависимости от типа двигателя по крайней мере две группы предкамер, каждая из которых содержит, по крайней мере, воздушную предкамеру с постоянным или регулируемым объемом полости и топливную предкамеру, предпочтительно, с регулируемым объемом полости; во время работы двигателя топливную и воздушную предкамеры первой группы предкамер заполняют сжатым до определенного давления воздухом, в топливную предкамеру впрыскивают дозу топлива, полученную переобогащенную топливовоздушную смесь выдерживают в горячей топливной предкамере; перед началом рабочего хода воздух из воздушной предкамеры смешивают с парами переобогащенной топливовоздушной смеси топливной предкамеры, полученная рабочая смесь самовоспламеняется или ее поджигают, в зависимости от типа двигателя, и после ее выдержки в замкнутом объеме предкамер к цилиндру двигателя вместо второй группы предкамер подключают первую группу предкамер; под действием возросшего давления горящая смесь вместе с дополнительным потоком воздуха из воздушной предкамеры нагнетается в цилиндр, где реализуют рабочий ход, по завершении которого осуществляют выхлоп и продувку, а затем заполнение воздухом из компрессора предкамер и цилиндра, с последующим нагнетанием в предкамеры воздуха из цилиндра; предкамеры запирают, если давление в каждой из них достигнет заданного для этой предкамеры уровня, в топливную предкамеру для испарения впрыскивают дозу топлива, и далее последовательность операций повторяют аналогично.

2. Способ работы ДВС по п. 1, отличающийся тем, что устройство подготовки рабочей смеси содержит группы предкамер, каждая из которых, предпочтительно, содержит соединенные последовательно первое запорное устройство, воздушную предкамеру, второе запорное устройство, топливную предкамеру с форсункой и, предпочтительно, третье запорное устройство с выходами в камеру сгорания двигателя, кроме того, в каждой группе предкамер может быть проведен дополнительный канал, соединяющий воздушную предкамеру с камерой сгорания двигателя.

3. Способ работы ДВС по п. 2, отличающийся тем, что запорное устройство может быть, предпочтительно, изготовлено в виде вала с каналами для прохода газов, который поворачивается в подшипниках под воздействием управляемого привода.