Способ управления двухтактным двигателем внутреннего сгорания Российский патент 2024 года по МПК F02M25/03 F02B47/02 F02B47/04 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено при производстве и эксплуатации двигателей для транспортных средств.

Известен способ управления двигателем внутреннего сгорания, защищённый патентом РФ № 2707012, при котором топливовоздушную смесь (ТВС) впрыскивают в камеру сгорания из компрессорного цилиндра, снабженного одним или несколькими устройствами для подачи топлива. Ход поршня компрессорного цилиндра устанавливают с опережением или отставанием относительно хода поршня рабочего цилиндра, в интервале хода рабочего поршня от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ) в камеру сгорания подают топливовоздушную смесь, а в интервале хода рабочего поршня от ВМТ до НМТ в камеру сгорания подают воду. Подготовку и гомогенизацию топливовоздушной смеси в компрессорном цилиндре производят при коэффициенте избытка воздуха λ≤0,5, а в камере сгорания, в районе электрода свечи зажигания, готовят топливовоздушную смесь с коэффициентом избытка воздуха 0,6≤λ≤2,0, используя для этого воздух, поступающий из рабочего цилиндра. Воду в камеру сгорания вводят, минуя компрессорный цилиндр, непосредственно в камеру сгорания или в кольцевой канал, расположенный вокруг камеры сгорания и соединенный с ней.

Известный способ обеспечивает безопасность и стабильность работы двигателя, поскольку при подготовке топливовоздушной смеси в компрессорном цилиндре исключается возможность ее взрыва - переобогащенная топливовоздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха λ≤0,5 не горит. А ТВС, подготавливаемая в районе свечи зажигания, с коэффициентом избытка воздуха 0,6≤2,0, легко поджигается и быстро сгорает в камере сгорания. Однако в предложенном способе не указано, в какое время, в каком количестве и при какой температуре подают воду в камеру сгорания. Отсутствие контроля температуры двигателя в камере сгорания, в режиме реального времени, может привести к перегреву двигателя и выводу его из строя, или к неравномерному охлаждению алюминиевого поршня, чугунной гильзы цилиндра и блока цилиндра, из-за их разницы физико-механических свойств, что приведет к увеличению зазора в паре трения компрессионные кольца поршня-стенки цилиндра. Увеличение зазора приведет к пропуску рабочего давления в цилиндре, через увеличенный зазор в паре трения кольца-стенки цилиндра в под поршневое пространство, картер и поддон двигателя, что приведет к снижению ресурса работы масла и его характеристик, повышению давления картерных газов увеличивающих попадание масла из поддона в рабочий цилиндр, снижению мощности двигателя, повышению токсичности отработанных газов и снижению ресурса работы двигателя.

Известен Цикл А.Н. Сергеева управления двигателем внутреннего сгорания и двигатель для его осуществления защищенный патентом РФ № 2792487, в котором представлено несколько способов.

Способ управления двухтактным двигателем внутреннего сгорания, при котором топливовоздушную смесь (ТВС) гомогенизируют при коэффициенте избытка воздуха λ≤0,5. После перекрытия продувочных и выпускных окон рабочего цилиндра подают ТВС в газообразном состоянии в форкамеру и камеру сгорания при давлении в камере сгорания больше атмосферного, причем ТВС обедняют в камере сгорания до коэффициента избытка воздуха 0,6≤λ≤2,0, используя для этого воздух, поступающий из рабочего цилиндра, и обеспечивают в форкамере, камере сгорания и рабочем цилиндре различное качество ТВС. После чего производят искровое зажигание ТВС. Угол опережения зажигания устанавливают в интервале 0°…+20° около ВМТ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя при полном наполнении рабочего цилиндра атмосферным воздухом на всех режимах работы двигателя при степени сжатия в камере сгорания ε=14…20. В качестве форкамеры используют верхний кольцевой канал вокруг камеры сгорания, а поджигают ТВС одновременно несколькими свечами зажигания, электроды которых расположены в верхнем кольцевом канале.

Способ управления двухтактным двигателем внутреннего сгорания, при котором топливовоздушную смесь гомогенизируют и после перекрытия продувочных и выпускных окон рабочего цилиндра подают ТВС в газообразном состоянии в камеру сгорания и производят искровое зажигание. На установившемся режиме подачу ТВС прекращают и в интервале хода рабочего поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мёртвой точки (НМТ), после достижения угла поворота коленчатого ваза рабочего цилиндра 0…20° после ВМТ, непосредственно в камеру сгорания подают воду или смесь воды с другими жидкостями. При уменьшении мощности двигателя подачу воды или смеси воды с другими жидкостями прекращают, а подачу топлива возобновляют.

Известные способы в цикле А.Н. Сергеева позволяют экономить топливо за счет подачи воды в камеру сгорания после достижения угла поворота коленчатого ваза рабочего цилиндра 0…20° после ВМТ, а также повышают стабильность, мощность и коэффициент полезного действия (КПД). Однако в известных способах не указано, сколько воды необходимо подавать, при разных режимах работы двигателя. Расчет подаваемого количества воды не возможен из-за отсутствия контроля температуры двигателя в режиме реального времени. Отсутствие контроля температуры камеры сгорания в режиме реального времени может привести к перегреву двигателя и выводу его из строя, или к разному изменению размеров алюминиевого поршня и чугунной гильзы и блока цилиндра из-за их разных физико-механических свойств при снижении заданной температуры двигателя. Это приведет к снижению характеристик двигателя, ресурса его работы и увеличению токсичности отработанных газов.

Техническим результатом способа управления двухтактным двигателем внутреннего сгорания является повышение стабильности работы двигателя, повышение его мощности при уменьшении расхода топлива, снижение токсичности отработанных газов и увеличение ресурса работы двигателя.

Для достижения технического результата предлагается способ управления двухтактным двигателем внутреннего сгорания, при котором ТВС гомогенизируют и после перекрытия продувочных и выпускных окон рабочего цилиндра подают ее в газообразном состоянии в камеру сгорания. Угол опережения зажигания устанавливают в интервале 0…+20 градусов около ВМТ, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. При достижении максимального компрессионного давления, когда поршень находится в ВМТ и производят искровое зажигание. При этом на установившемся режиме работы двигателя подачу ТВС прекращают в интервале хода рабочего поршня от ВМТ до НМТ, после достижения угла поворота коленчатого вала рабочего цилиндра 0…20 градусов после ВМТ, в камеру сгорания подают воду, или смесь воды с другими жидкостями. При уменьшении мощности двигателя подачу воды, или смеси воды с другими жидкостями, прекращают и подачу ТВС возобновляют.

В отличие от прототипа, при достижении максимального давления в камере сгорания, в такте с подачей ТВС в камеру сгорания, в интервале угла поворота коленчатого вала двигателя +5…+30 градусов после достижения максимального давления в камере сгорания, подают воду или смесь воды с другими жидкостями в количестве, обеспечивающем поддержание заданной температуры камеры сгорания двигателя в режиме реального времени.

Предлагаемый способ обеспечивает закладываемые технические результаты работы двигателя за счет поддержания заданной рабочей температуры двигателя, за счет измерения температуры двигателя в режиме реального времени и подаче воды или смеси воды с другими жидкостями, в необходимом количестве, для поддержания заданной рабочей температуры двигателя. Если количества воды или смеси воды с другими жидкостями, в цикле с подачей ТВС в камеру сгорания не хватает для поддержания рабочей температуры, то подачу ТВС прекращают до момента снижения температуры, соответствующей заданной температуре двигателя.

Повышение мощности двигателя по предлагаемому способу осуществляется за счет подачи воды в такте с подачей ТВС в камеру сгорания, в интервале угла поворота коленчатого вала двигателя +5…+30 градусов после достижения максимального давления в камере сгорания, когда поршень находится в районе ВМТ, подают воду, или смесь воды с другими жидкостями в количестве, обеспечивающем поддержание заданной температуры камеры сгорания в режиме реального времени. Подача воды в камеру сгорания, и интервале угла поворота коленчато +5…+30 после достижения максимального давления в камере сгорания, позволяет в такте с подачей ТВС в камеру сгорания создать дополнительное давление на поршень рабочего цилиндра после прекращения пламенного (видимого) горения ТВС, за счет давления пара после быстрого испарения воды (паровой такт) в камере сгорания, что приводит к повышению мощности двигателя и снижению температуры в камере сгорания, уменьшению расхода топлива, снижению токсичности отработанных газов и повышаю КПД работы двигателя. Подача воды в камеру сгорания, после поворота коленчатого вала двигателя больше +30 градусов после достижения максимального давления в камере сгорания, не способствует повышению давления, из-за того что при движении поршня надпоршневое пространство (объем камеры сгорания) увеличивается и прирост давления будет компенсироваться увеличением объема камеры сгорания.

Предлагаемый способ управления двухтактным двигателем внутреннего сгорания иллюстрируется графиками, фиг.1, где показан график работы двигателя в цикле с рабочим тактом подачи ТВС и воды в камеру сгорания после окончания видимого горения ТВС в камере сгорания, фиг. 2 - график цикла подачи воды без подачи ТВС в камеру сгорания.

Предлагаемый способ работает следующим образом. Топливовоздушную смесь (ТВС) гомогенизируют и после перекрытия продувочных и выпускных окон рабочего цилиндра подают ТВС в газообразном состоянии в камеру сгорания. Угол опережения зажигания устанавливают в интервале 0…+20 градусов (фиг.1) около ВМТ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. При достижении максимального компрессионного давления 1, когда поршень находится в ВМТ, производят искровое зажигание 2. При достижении максимального давления в камере сгорания 3, в такте с подачей ТВС в камеру сгорания, в интервале угла поворота коленчатого вала двигателя +5…+30 градусов после достижения максимального давления в камере сгорания, когда поршень находится в районе ВМТ, подают воду, или смесь воды с другими жидкостями 4. Вода, или смесь воды с другими жидкостями подается в количестве, обеспечивающем поддержание заданной температуры камеры сгорания двигателя в режиме реального времени (фиг.1). На установившемся режиме работы двигателя подачу ТВС прекращают в интервале хода рабочего поршня от ВМТ до НМТ. После достижения угла поворота коленчатого вала рабочего цилиндра 0…20 градусов после ВМТ, в камеру сгорания подают воду, или смесь воды с другими жидкостями 2 (фиг.2). При уменьшении мощности двигателя подачу воды, или смеси воды с другими жидкостями, прекращают и подачу ТВС возобновляют.

Таким образом, предлагаемый способ управления двухтактным двигателем внутреннего сгорания обеспечивает достижение технического заключающегося в повышении стабильности работы двигателя, повышении его мощности при уменьшении расхода топлива, снижении токсичности отработанных газов и увеличение ресурса работы двигателя. Устройство может быть изготовлено с помощью известных технологий, деталей, оборудования и материалов. Следовательно, предлагаемое устройство обладает промышленной применимостью.

Изобретение относится к двигателестроению. Способ управления двухтактным двигателем внутреннего сгорания, при котором топливовоздушную смесь (ТВС) гомогенизируют и после перекрытия продувочных и выпускных окон рабочего цилиндра подают ТВС в газообразном состоянии в камеру сгорания. Угол опережения зажигания устанавливают в интервале от 0 до +20 градусов около ВМТ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Раскрыта подача воды или смеси воды с другими жидкостями на установившемся режиме работы двигателя. При уменьшении мощности двигателя подачу воды или смеси воды с другими жидкостями прекращают и подачу ТВС возобновляют. При достижении максимального давления в камере сгорания в такте с подачей ТВС в камеру сгорания, в интервале угла поворота коленчатого вала двигателя от +5 до +30 градусов после достижения максимального давления в камере сгорания, подают воду или смесь воды с другими жидкостями в количестве, обеспечивающем поддержание заданной температуры камеры сгорания двигателя в режиме реального времени. Технический результат заключается в повышении стабильности работы двигателя, повышении его мощности при уменьшении расхода топлива, снижении токсичности отработанных газов и увеличении ресурса работы двигателя. 2 ил.

Способ управления двухтактным двигателем внутреннего сгорания, при котором топливовоздушную смесь (ТВС) гомогенизируют и после перекрытия продувочных и выпускных окон рабочего цилиндра подают ТВС в газообразном состоянии в камеру сгорания, а угол опережения зажигания устанавливают в интервале 0…+20 градусов около ВМТ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя, при достижении максимального компрессионного давления, когда поршень находится в ВМТ, и производят искровое зажигание, при этом на установившемся режиме работы двигателя подачу ТВС прекращают в интервале хода рабочего поршня от ВМТ до НМТ, после достижения угла поворота коленчатого вала рабочего цилиндра 0…20 градусов после ВМТ в камеру сгорания подают воду или смесь воды с другими жидкостями, а при уменьшении мощности двигателя подачу воды или смеси воды с другими жидкостями прекращают и подачу ТВС возобновляют, отличающийся тем, что при достижении максимального давления в камере сгорания, в такте с подачей ТВС в камеру сгорания, в интервале угла поворота коленчатого вала двигателя +5…+30 градусов после достижения максимального давления в камере сгорания, когда поршень находится в районе ВМТ, подают воду или смесь воды с другими жидкостями в количестве, обеспечивающем поддержание заданной температуры камеры сгорания двигателя в режиме реального времени.