Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02B69/00 F02B19/00 

Изобретение относится к двигателест- роению, в частности к двигателям с Форка- мерно-факельным зажиганием, работающим на жидком топливе.

Известны двигатели, работающие на жидком топливе, содержащие камеру сгорания с выполненной в теле двигателя форка- мерой, имеющей выходной канал в камеру сгорания, устройство подачи топлива, запальную свечу, а также дросселируемую впускную систему.

Недостатком названных двигателей является дросселируемая впускная система, обусловленная сложностью получения необходимого смесеобразования в форка- мере, не позволяющая в полной мере осуществить качественное регулирование мощности.

Известен двигатель, работающий на жидком топливе, содержащий камеру сгорания.

Недостатком названного двигателя, снабженного испарителем топлива с паропроводами, имеющего сообщенные между собой пароотделитель и теплообменник, выполненный в виде тепловой трубы, нижняя часть которой размещена в выпускном коллекторе, а верхняя - теплоизолирована и сообщена с пароотделителем, соединенным с дозирующим устройством паропроводом, снабженным электронагревательным элементом, является громоздкость испарителя, разнесенного в пространстве вокруг двигателя, для создания необходимого поля температур, внутри которого при запуске и прогреве двигателя требуются значительные затраты энергии и топлива, как и для питания электронагревателя паропровода, а циркуляция топлива из испарителя в бак способствует нагреву содержимого в нем, испарению и улетучиванию.

Наиболее близким к предлагаемому решению является двигатель, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра, впускной и выпускной

коллекторы, камеру сгорания, образованную днищем поршня и головкой цилиндра, топливный бак. топливный фильтр, испаритель с магистралью подвода топлива и паро- проводом для отвода паров топлива,

насос, всасывающий патрубок которого подключен к топливному баку, а напорный - к каналу для подвода топлива, редукционный клапан с трубопроводом для подсоединения к топливному баку, устройство для

дозирования топлива, пусковой нагревательный элемент, размещенный в испарителе, связанном паропроводом с устройством для дозирования топлива и частично размещенном в выпускном коллекторе двигателя, и

блок управления.

Недостатком известного двигателя является топливный насос высокого давления, необходимый для преодоления противодавления при впрыске топлива в камеру сгорания при положении поршня в цилиндре близком к верхней мертвой точке на такте сжатия в этом цилиндре, а также испаритель, выполненный в виде змеевика в выпускном коллекторе, не позволяющие осуществлять

пофрзкционное испарение топлива в оптимальных условиях, что приводит к впрыску топлива в цилиндр в виде парожидкостной фазы, а это, в свою очередь, влечет неполное выгорание топлива а камере сгорания

из-за сложности осуществления в ней удовлетворительного смесеобразования и дополнительные механические потери на привод топливного насоса.

Цель изобретения - повышение экономичности и снижение токсичности двигателя за счет повышения его КПД и стабилизации процессов горения.

Указанная цель достигается тем, что известный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра, впускной и выпускной коллекторы, камеру сгорания, образованную днищем поршня и головкой цилиндра, топливный бак, топливный фильтр, испаритель с магистралью подвода топлива и паропроводом для отвода паров топлива, насос, всасывающий патрубок которого подключен к топливному баку, а напорный- к каналу для подвода топлива, редукционный клапан с трубопроводом для подсоединения к топливному баку, устройство для дозирования топлива, пусковой нагревательный элемент, размещенный в испарителе, связанном паропроводом с устройством для дозирования топлива, и частично размещенном в выпускном коллекторе двигателя, и блок управления, снабжен форкамерой с сребренной наружной поверхностью, сообщенной при помощи канала с камерой сгорания, устройством для крепления форкамеры к головке цилиндра и запальной свечой, установленной в форкамере, причем устройство для дозирования топлива выполнено в виде электромагнитного клапана, испаритель выполнен снаружи серебренной поверхностью, а изнутри - с капиллярно-пористой структурой, паропровод расположен ниже уровня магистрали подвода топлива, блок управления связан с электромагнитным клапаном, и снабжен датчиками режима работы двигателя, причем пусковой нагревательный элемент выполнен с перфорацией, расположен напротив магистрали для подвода топлива и отделен от нее nocpeflCTBON : апиллярно-по- ристой перегородки, а в трубопроводе редукционного клапана размещен охладитель - конденсатор.

На чертеже показан двигатель, поперечный разрез и схема подключения его узлов.

Двигатель содержит цилиндр 1, поршень 2, головку цилиндра 3, впускной коллектор 4, топливный бак 5, топливопровод 6, топливный насос 7, топливный фильтр 8, топливопровод 9, источник 10 электропитания, термовыключатель 11, пусковой нагревательный элемент 12, испаритель 13, капиллярно-пористое покрытие 14, канал 15 подвода топлива, выходной канал 16, паропровод 17с теплоизолятором 18, дозирующий электромагнитный клапан 19, форкамеру 20, камеру 21 сгорания, соединенный канал 22, запальную свечу 23, наружное оребрение 24, выпускной коллектор 25, наружное оребрение 26, редукционный клапан 27 с регулировочным винтом 28. от- - водящий трубопровод 29 с охладителем - 5 конденсатором 30, блок 31 управления, потенциометр 32, датчик-распределитель 33 зажигания, датчик 34 температуры, выключатель 35 режима принудительного холостого хода.

10 Двигатель работает следующим образом.

При запуске в цилиндре 1 поршень 2 движется вниз, увеличивая объем между его днищем и головкой цилиндра 3, куда из впу15 скного коллектора 4 поступает атмосферный воздух (такт впуска), при этом топливо из топливного бака 5 по топливопроводу 6 топливным насосом 7 через топливный фильтр 8 закачивается в топливопровод 9.

0 Одновременно с началом запуска двигателя от источника 10 питания термовыключателем 11 подается напряжение на пусковой электронагревательный элемент 12, который создает в испарителе 13 топливный

5 пар, нагревая топливо в капиллярно-пористом покрытии 14. образуя местную паровую пробку между электронагревательным элементом и каналом 15 подвода топлива в испаритель, препятствующую избыточному

0 поступлению топлива в испаритель.

Из испарителя топливный пар через выходной канал 16, через паропровод 17, покрытый теплоизолятором 18, поступает в дозирующий электромагнитный клапан 19,

5 соединяющий на такте впуска внутренние объемы паропровода 17 и форкамеры 20. На такте сжатия в двигателе воздух из камеры 21 сгорания, образованной днищем поршня и головкой цилиндра, через канал 22 попа0 дает в форкамеру 20, перемешивается с находящимся в ней топливным паром за счет высокотемпературной диффузии и вихревых потоков, образуя горючую смесь, после чего она поджигается от свечи 23, и расши5 ряющиеся продукты сгорания в виде факела через канал 22 впрыскиваются в разогретый сжатый воздух в камере 21 сгорания, где происходит интенсивное догорание топлива с последующим совершением работы в

0 цилиндре 1.

Перегрев форкамеры 20 предотвращает наружное ее оребрение 24. Резьбовое крепление форкамеры к головке цилиндра 5 позволяет для ее изготовления использовать специальные, отличные от двигателя, материалы (например, жаропрочные, керамические материалы и покрытия), что способствует улучшению экономичности и токсичности двигателя,

После такта расширения отработавшие газы попадают в выпускной коллектор 25, обтекают помещенную в него часть испарителя 13, нагрев которой интенсифицируется оребрением 26 наружной его части, при этом начинает испаряться топливо с поверхности капиллярно-пористого покрытия 14, вступает в работу капиллярный насос, перемещающий топливо от канала 15 к нагретым частям испарителя. Оребрение свободной от выпускного коллектора наружной части испарителя интенсифицирует ее охлаждение, где в наиболее удаленной от выпускного коллектора точке, т.е. наиболее холодной, находится подводящий топливо канал 15, т.е. от места ввода топлива до наиболее нагретой части испарителя создается достаточное температурное поле, позволяющее эффективно испарять многофракционное топливо без ущерба качествам последнего. После прогрева испарителя 13 до определенной температуры термовыключзтель 11 отключает электронагревательный элемент 12 от источника 10 питания, и дальнейшее испарение происходит за счет теплоты отработавших газов. Чтобы компенсировать известную инерционность системы, в двигателе осуществлена циркуляция топлива через испаритель таким образом, что не использованный в двигателе топливный пар из испарителя отводится через редукционный клапан 27, поддерживающий определенное давление относительно атмосферного, имеющий для настройки регулировочный винт 28, через трубопровод 29, проходящий через охладитель 30, конденсирующий и охлаждающий пар до нормальной температуры известным способом (например, в радиаторе с воздушным охлаждением), что предотвращает излишний нагрев топлива в баке, его испарение и улетучивание. На режимах максимальной мощности в двигателе используется весь полученный в испарителе пар.

На всех режимах работы двигателя дозирование топлива осуществляется блоком 31 управления путем изменения продолжительности открытия клапана 19, так же, как в известных системах впрыска жидкого топлива в патрубки впускного трубопровода, причем исходные сигналы управления формируются в потенциометре 32, связанном, например с акселератором автомобиля, работающим аналогично потенциометру пластинчатого измерителя воздуха в известных системах впрыска, датчике-распределителе 33 зажигания и датчике 34 температуры. На режимах принудительного холостого хода электромагнитный клапан 19 не открывается и подача топлива в двигатель прекращается, так как замыкается цепь через выключатель 35.

Предлагаемый двигатель позволяет увеличить его КПД за счет увеличения степени

сжатия (до 12-16 ед.) без повышения октанового числа топлива и не применения топливной аппаратуры высокого давления, из-за уменьшения механических потерь на привод топливного насоса, применения

недросселируемой неподогреваемой впускной трубы и качественного регулирования мощности; стабилизировать процессы горения в форкамере за счетулучшения смесеобразования, применения при изготовлении ее корпуса специальных материалов и покрытий, индивидуального устройства для охлаждения в виде оребрения наружной поверхности; использовать для запуска легкие фракции топлива при незначительном

рассеивании теплоты нагревателя и не переполнении испарителя избыточным количеством топлива; повысить экономичность за счет повышения КПД; уменьшить токсичность отработавших газов за счет стабилизации

процессов горения; повысить надежность и экономичность запуска за счет использования на этих режимах легких фракций топлива и сокращения затрат энергии на разогрев топлива.

Формула изобретения 1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр

с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра, впускной и выпускной коллекторы, камеру сгорания, образованную днищем поршня и головкой цилиндра, топливный бак, топливный фильтр, испаритель с маги

стралью подвода топлива и паропровод для отвода паров топлива, насос, всасывающий патрубок которого подключен к топливному баку, а напорный - к каналу для подвода топлива, редукционный клапан струбопрбводом для подсоединения к топливному баку, устройство для дозирования топлива, пусковой нагревательный элемент, размещенный в испарителе, связанном паропроводом с устройством для дозирования

топлива и частично размещенном в выпускном коллекторе двигателя, и блок управле нил, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и снижения токсичности, он снабжен форкамерой с

сребренной наружной поверхностью, сообщенной при помощи канала с камерой сгорания, устройством для креплений форкамеры к головке цилиндра и запальной свечой, установленной в форкамере, причем устройство для дозирования топлива выпол

неко в виде электромагнитного клапана, ис-2. Двигатель по п. 1,отличающий- паритель выполнен снаружи с сребреннойс я тем, что пусковой нагревательный эле- поверхностью, а изнутри - с капиллярно-по-мент выполнен с перфорацией, расположен ристой структурой, паропровод расположеннапротив магистрали для подвода топлива ниже уровня магистрали подвода топлива,5 и отделен от нее посредством капилляр- блок управления связан с электромагнит-но-пористой перегородки, а в трубопро- ным клапаном и снабжен датчиками режимаводе редукционного клапана размещен работы двигателя.охладитель-конденсатор.

Назначение: изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям с форкамерно-факельным зажиганием, работающим на жидком топливе. Сущность изобретения заключается в следующем: в двигателе выполнена форкамера 10 для каждого цилиндра 1, являющаяся отдельной составной частью, содержащей корпус С устройством механического крепления к двигателю, оребрением наружной поверхности 24 и каналом 22 в основную камеру 2 сгорания соответствующего цилиндра, электромагнитный дозирующий клапан 19, запальную свечу 23. Двигатель также содер