Двигатель внутреннего сгорания Российский патент 2024 года по МПК F02B13/06 F02B19/12 F02B33/02 F02B33/22 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено, например, при проектировании, изготовлении и эксплуатации автомобильных или авиационных двигателей с системой впрыска топливовоздушной смеси в камеру сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, защищенный патентом РФ №2348819 от 29.12.2007 г.

Известный двигатель содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем, форкамеру со свечой зажигания, камеру сгорания, имеющую цилиндрическую форму и каналы подачи ТВС в камеру сгорания. Нагнетатель ТВС выполнен в виде компрессорного цилиндра с поршнем и снабжен одним или двумя устройствами для подачи топлива, установленными вверху или вверху и внизу компрессорного цилиндра. Между каналами подачи топлива и компрессорным цилиндром установлены обратные клапаны. Форкамера выполнена в форме полусферы или усеченного конуса. Диаметр основания форкамеры равен диаметру камеры сгорания. Двигатель снабжен кольцевым каналом, расположенным вокруг камеры сгорания, и одной или несколькими парами каналов подачи топливовоздушной смеси, соединяющими кольцевой канал с камерой сгорания. Оси них каналов направлены попарно навстречу друг другу.

Двигатель обеспечивает повышение качества подготовки ТВС в компрессорном цилиндре и более равномерное ее распределение по плотности в объеме камеры сгорания. Это повышает стабильность зажигания ТВС и. как следствие, уменьшает расход топлива и снижает токсичность отработавших газов.

В то же время точка поджигания ТВС в известном двигателе расположена на значительном удалении от верхней мертвой точки рабочего цилиндра. Это не позволяет полностью использовать резервы увеличения стабильности работы двигателя, так как образование свободных радикалов компонентов ТВС происходит лишь в небольшом ее объеме в верхней части форкамеры. Скорость сгорания ТВС, даже при небольшой неравномерности ее состава и в условиях турбулентности ее движения, в объеме камеры сгорания может быть в разных циклах различной. Это также может привести к неполному сгоранию ТВС, что уменьшит стабильность работы двигателя и его КПД. увеличит расход топлива и токсичность отработавших газов.

Известен также двигатель по патенту РФ №2717201 от 18.03.2020 г., который принят за прототип.

Двигатель по прототипу содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем и компрессорный цилиндр, снабженный одним или несколькими устройствами подачи топлива. В компрессорном цилиндре помещен компрессорный поршень, кинематически связанный с рабочим поршнем. Двигатель снабжен также камерой сгорания, форкамерой со свечой зажигания и каналами для подачи топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра в камеру сгорания. Так же двигатель дополнительно снабжен двумя или более свечами зажигания. Дополнительные свечи установлены в кольцевом канале, расположенном вокруг камеры сгорания. Электроды дополнительных свечей зажигания помещены внутри полости кольцевого канала. Все свечи зажигания включены в электрическую цепь зажигания. Такая конструкция повышает стабильность работы двигателя, повышает его КПД, а так же снижает расход топлива и токсичность отработавших газов.

Однако при расположении электродов свечей зажигания в кольцевом канале, расстояние между внутренней стенкой кольцевого канала и торцом свечи зажигания может быть не достаточным для своевременного зажигания ТВС. Это может привести к неполному сгоранию ТВС, что уменьшит стабильность работы двигателя и его КПД. увеличит расход топлива и токсичность отработавших газов.

Технический результат предлагаемого изобретения: повышение стабильности работы двигателя, повышение его КПД, снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов.

Предлагаемый двигатель содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем и компрессорный цилиндр, снабженный одним или несколькими устройствами подачи топлива. В компрессорном цилиндре помещен компрессорный поршень, кинематически связанный с рабочим поршнем. Двигатель снабжен также камерой сгорания, форкамерой, кольцевым каналом, расположенным вокруг камеры сгорания и снабженным двумя или более свечами зажигания, и каналами для подачи топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра в камеру сгорания. Кольцевой канал соединен с камерой сгорания радиальными каналами, равномерно расположенными но окружности кольцевого канала. В отличие от прототипа, свечи зажигания установлены с возможностью регулировки глубины расположения электродов в сквозных полостях цилиндрической формы, выполненных в головке рабочею цилиндра и расположенных равномерно по окружности кольцевого канала. Оси полостей цилиндрической формы расположены так. что проходят через середину расстояния между двумя соседними радиальными каналами, при этом в каждой полости установлена свеча зажигания гак. чтобы от внешней части кольцевого канала до торца свечи зажигания оставался свободный объем полости, выбранный в приделах от 0,1 до 3 см³. Эти полости цилиндрической формы, совместно с кольцевым каналом, используются в качестве форкамеры. На кромках этих полостей, со стороны кольцевого канала могут быть выполнены скосы, обеспечивающие дополнительные возможности регулирования объема полостей в зависимости от характеристик конкретного двигателя.

Предлагаемая конструкция двигателя обеспечивает достижение технического результата в связи с тем, что полости цилиндрической формы увеличивают пространство вокруг электрода свечи зажигания, для своевременного поджигания ТВС. Расположение полостей между двумя соседними радиальными каналами позволяет пламени равномерно и с одинаковой скоростью распространяться в обе стороны но кольцевому каналу. Объем каждой из полостей цилиндрической формы выбран в пределах от 0,1 до 3 см³, так как в данных пределах осуществляется своевременное воспламенение ТВС и стабильная работ двигателя. Так же для дополнительной регулировки стабильности работы двигателя, свечи устанавливаются с возможностью регулировки глубины расположения электродов, тем самым изменяя объем полостей цилиндрической формы, не выходя из заданных пределов. На кромках этих полостей, со стороны кольцевого канала, могут быть выполнены скосы, которые позволяют улучшить распространение фронта горения ТВС.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез предлагаемого двигателя, а на фиг. 2 - форкамера с полостью цилиндрической формы, сечение А-А на фиг. 1, а на фиг. 3 - форкамера с полостью цилиндрической формы со скошенными кромками, сечение А-А на фиг. 1.

Предлагаемый двигатель размещен в корпусе 27 и содержит рабочий цилиндр 1 с рабочим поршнем 2 со штоком 3 (фиг. 1). В рабочем цилиндре 1 предусмотрены окна 32 и 33 для забора воздуха и для отвода выхлопных газов. В головке 4 рабочего цилиндра 1 размещены камера сгорания 5 и форкамера 6 со свечами зажигания 7. Двигатель снабжен компрессорным цилиндром 13 с крышкой 18 и компрессорным поршнем 19 со штоком 28. Полость 8 компрессорного цилиндра 13 соединена с камерой сгорания 5 через клапан отсечки 21 с пружиной 20, удерживаемой крышкой 18. далее через канал подачи ТВС 31, выполненный в виде трубки 25, обратный клапан 23, установленный в корпусе 24 на головке 4 рабочего цилиндра 1, кольцевой канал 22, выполненный вокруг камеры сгорания 5. Двигатель содержит одну или несколько пар радиальных каналов 10 расположенных равномерно по окружности кольцевого канала 22 и соединяющих кольцевой канал 22 с камерой сгорания 5. Оси каналов 10 направлены попарно навстречу друг другу (фиг. 2).

Двигатель снабжен двумя или более дополнительными свечами зажигания 7, расположенными в головке цилиндра 4 Свечи зажигания установлены в полостях цилиндрической формы 35, в головке рабочего цилиндра 4. с возможностью регулировки глубины расположения электродов 17. Оси полостей цилиндрической формы 35 проходят через середину расстояния между двумя соседними радиальными каналами 10. В каждой полости 35 установлена свеча зажигания 7 так, чтобы от внешней части кольцевого канала 10 до торца свечи зажигания 7 оставался свободный объем полости 35, выбранный в приделах от 0,1 до 3 см³.

По второму варианту на кромках цилиндрических полостей 35, со стороны кольцевого канала 10 выполнены скосы 36.

Устройство 12 для подачи топлива установлено в головке 29 компрессорного цилиндра 13 и соединено каналом подачи топлива 14 через обратный клапан 34 с полостью 8 компрессорного цилиндра 13. Топливо может подаваться в компрессорный цилиндр 13 через устройство 26, установленное в основании 16 компрессорного цилиндра 13. Устройство 26 тангенциально соединено с каналом 11 подачи воздуха, в котором топливо смешивается с воздухом и далее, через канал 15 и обратный клапан 30 подается в полость 8 компрессорного цилиндра 13. В зависимости от условий работы двигателя устройства 12 и 26 могут использоваться как по отдельности, так и одновременно.

В процессе движения компрессорного поршня 19 к верхней мертвой точке ТВС в полости 8, сжимается, температура повышается, происходит ее гомогенизация. При достижении в компрессорном цилиндре давления, заданного с помощью пружины 20 клапана отсечки 21, гомогенизированная топливовоздушная смесь через канал 31 и обратный клапан 23 впрыскивается в кольцевой канал 22 и через радиальные каналы 10 поступает в камеру сгорания 5. При подаче на их электроды 17 напряжения на всех свечах зажигания 7 произойдут искровые разряды. Вследствие этого в приэлектродных зонах в полостях 35, объем каждой из которых выбран в пределах от 0,1 до 3 см³, а также внутри канала 22 и у поверхности 9 форкамеры 6 за счет энергии этих разрядов образуются свободные радикалы компонентов ТВС. Общее количество этих радикалов но сравнению с двигателем но прототипу резко увеличивается, что увеличит фронт ценной реакции горения ТВС. Это ускорит процесс горения ТВС, который приобретет характер взрыва. А по второму варианту скосы 36, позволяют дополнительно облегчить распространения фронта трения. Кроме того, если даже на одном из электродов 17 произойдет задержка развития искрового разряда, это практически не скажется на стабильности работы двигателя, так как компенсируется разрядами с остальных электродов 17. Размещение электродов свечи 17 в полостях 35 увеличит скорость воспламенения, что способствует более полному сгоранию ТВС. А но второму варианту скосы 36, позволяют дополнительно облегчить распространения фронта горения. Все это повышает стабильность работы двигателя и его коэффициент полезного действия, снижает расход топлива и токсичность отработавших газов.

Двигатель может быть изготовлен с помощью известных в технике средств и материалов. Поскольку при его использовании достигается технический результат, то можно считать, что предлагаемый двигатель обладает промышленной применимостью.

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель содержит рабочий цилиндр 1 с рабочим поршнем 2, камеру сгорания 5, форкамеру 6, кольцевой канал 22, расположенный вокруг камеры сгорания 5, компрессорный цилиндр 13, с одним или несколькими устройствами для подачи топлива 12, 26, и с компрессорным поршнем 19, кинематически связанным с рабочим поршнем 2. Свечи зажигания 7 установлены, с возможностью регулировки глубины расположения электродов, в сквозных полостях цилиндрической формы 35, выполненных в головке рабочего цилиндра 1. Свечи зажигания 7 расположены равномерно по окружности кольцевого канала 22 так, чтобы ось каждой из этих полостей 35 проходила через середину расстояния между двумя соседними радиальными каналами 10, при этом в каждой полости 35 установлена свеча зажигания 7 так, чтобы от внешней части кольцевого канала 22 до торца свечи зажигания 7 оставался свободный объем полости, выбранный в пределах от 0,1 до 3 см³. На кромках цилиндрических полостей 35, со стороны кольцевого канала 10, могут быть выполнены скосы 36. Размещение электродов свечи в полостях увеличит скорость воспламенения, что способствует более полному сгоранию ТВС, повышению стабильности работы двигателя и его КПД, снижает расход топлива и токсичность отработавших газов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий цилиндр с рабочим поршнем, компрессорный цилиндр, снабженный одним или несколькими устройствами для подачи топлива, и компрессорный поршень, кинематически связанный с рабочим поршнем, камеру сгорания и форкамеру, каналы для подачи топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра в камеру сгорания, и кольцевой канал, расположенный вокруг камеры сгорания, снабженный двумя или более свечами зажигания и соединенный с камерой сгорания несколькими, равномерно расположенными по окружности радиальными каналами, отличающийся тем, что свечи зажигания установлены, с возможностью регулировки глубины расположения электродов, в сквозных полостях цилиндрической формы, выполненных в головке рабочего цилиндра и расположенных равномерно по окружности кольцевого канала так, чтобы ось каждой из этих полостей проходила через середину расстояния между двумя соседними радиальными каналами, при этом в каждой полости установлена свеча зажигания так, чтобы от внешней части кольцевого канала до торца свечи зажигания оставался свободный объем полости, выбранный в пределах от 0,1 до 3 см³.

2. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что на кромках цилиндрических полостей, со стороны кольцевого канала, выполнены скосы.