Способ работы многотопливного двигателя внутреннего сгорания и многотопливный двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: в двигателях внутреннего сгорания, в частности в способах работы многотопливного двигателя внутреннего сгорания определенной конструкции. Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндр 1 с размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения поршнем 2, головку 3 цилиндра 1, нагнетательную камеру 4 переменного объема, ограниченную днищем 5 поршня 2 и головкой 3, камеру сгорания 6 постоянного объема с горловиной 7, выполненную в головке 3 и снабженную топливной форсункой 8, и управляемый клапан, например шибер 9,расположенный в днище 5 поршня 2 соосно горловине 7, разделяющий камеры 4, 6 при движении поршня 2 к верхней мертвой точке (ВМТ) на ходе сжатия и соединяющий их при подходе поршня 2 к ВМТ. В начале сжатия воздуха в нагнетательной камере 4 осуществляют переток его части из последней через горловину 7 в камеру сгорания 6, а впрыск топлива производят во время перетока в камеру сгорания 6 части воздуха с одновременным смесеобразованием. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к способам работы многотопливного двигателя внутреннего сгорания и многотопливным двигателям внутреннего сгорания.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания путем сжатия воздуха в нагнетательном цилиндре, сжатия горючей смеси в рабочем цилиндре, перепуска сжатого горячего воздуха из нагнетательного цилиндра при помощи соединительного канала через управляемый клапан, например шибер, в камеру сгорания рабочего цилиндра, воспламенения горючей смеси, ее сгорания, расширения продуктов сгорания и выпуска отработавших газов.

Из того же источника известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий нагнетательный цилиндр и рабочий цилиндр, связанный с последним при помощи соединительного канала, в котором размещен управляемый клапан, например шибер.

Однако известные способ и двигатель сложны, не надежны в работе и характеризуются невысоким КПД.

Известен также способ работы многотопливного двигателя внутреннего сгорания путем впуска в цилиндр воздуха, его сжатия в нагнетательной камере при движении поршня к верхней мертвой точке, впрыска топлива в камеру сгорания в головке цилиндра и разделения камер управляемым клапаном, перекрывающим горловину камеры сгорания, соединения камер последним при подходе поршня к верхней мертвой точке и перепуска сжатого горячего воздуха из нагревательной камеры в камеру сгорания, воспламенения топлива в камере сгорания от контакта с горячим воздухом, сгорания топлива, расширения продуктов сгорания и выпуска отработавших газов.

Из того же источника известен многотопливный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения поршнем, головку цилиндра, нагнетательную камеру переменного объема, ограниченную днищем поршня и головкой, камеру сгорания постоянного объема с горловиной, выполненную в головке и снабженную топливной форсункой, и расположенный в головке соосно горловине камеры сгорания управляемый клапан, разделяющий камеры при движении поршня к верхней мертвой точке на входе сжатия и соединяющий их при подходе поршня к верхней мертвой точке.

Однако при работе известного двигателя по известному способу топливо впрыскивают в камеру сгорания, заполненную продуктами сгорания предыдущего цикла, а при перепуске в камеру сгорания горячего воздуха последняя заполнена смесью паров топлива с продуктами сгорания, вследствие чего затруднено воспламенение топлива горячим воздухом, что снижает КПД двигателя.

Технической задачей изобретения является повышение КПД путем улучшения воспламенения и сгорания топлива.

Поставленная задача в способе решается тем, что в способе работы многотопливного двигателя внутреннего сгорания путем впуска в цилиндр воздуха, его сжатия в нагнетательной камере при движении поршня к верхней мертвой точке, впрыска топлива в камеру сгорания в головке цилиндра и разделения камер управляемым клапаном, перекрывающим горловину камеры сгорания, соединения камер последним при подходе поршня к верхней мертвой точке и перепуска сжатого горячего воздуха из нагнетательной камеры в камеру сгорания, воспламенения топлива в камере сгорания от контакта с горячим воздухом, сгорания топлива, расширения продуктов сгорания и выпуска отработавших газов, в начале сжатия воздуха в нагнетательной камере осуществляют переток его части из последней через горловину в камеру сгорания, а впрыск топлива производят во время перетока в камеру сгорания части воздуха с одновременным смесеобразованием.

Задача решается также тем, что перепуск воздуха из нагнетательной камеры в камеру сгорания осуществляют через по меньшей мере один перепускной канал.

Поставленная задача в части двигателя решается тем, что в многотопливном двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения поршнем, головку цилиндра, нагнетательную камеру переменного объема, ограниченную днищем поршня и головкой, камеру сгорания постоянного объема с горловиной, выполненную в головке и снабженную топливной форсункой, и расположенный соосно горловине камеры сгорания управляемый клапан, разделяющий камеры при движении поршня к верхней мертвой точке на ходе сжатия и соединяющий их при подходе поршня к верхней мертвой точке, управляемый клапан размещен в днище поршня.

Задача решается также тем, что отношение объема V₁ камеры сгорания к объему V₂ нагнетательной камеры в момент их разделения управляемым клапаном может составлять 0,1 ≅ ≅ 5,0, а отношение диаметра d₁ горловины камеры сгорания к внутреннему диаметру d₂цилиндра может составлять 0,01 ≅ ≅ 0,68 Кроме того, управляемый клапан может быть выполнен в виде шибера, снабженного по меньшей мере одним перепускным каналом, входное отверстие которого расположено на боковой поверхности шибера с возможностью его перекрытия горловиной камеры сгорания, а выходное отверстие на торце шибера, обращенном к горловине камеры сгорания.

На фиг. 1 представлен предлагаемый двигатель; на фиг.2 то же, в момент разделения нагнетательной камеры и камеры сгорания управляемым клапаном; на фиг.3 то же, в момент соединения камер через перепускной канал.

Двигатель содержит цилиндр 1 с размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения поршнем 2, головку 3 цилиндра 1, нагнетательную камеру 4 переменного объема, ограниченную днищем 5 поршня 2 и головкой 3, камеру сгорания 6 постоянного объема с горловиной 7, выполненную в головке 3 и снабженную топливной форсункой 8, и управляемый клапан, например шибер 9, размещенный в днище 5 поршня 2 соосно горловине 7 камеры сгорания 6. Для запуска холодного двигателя, а также для воспламенения переобедненных смесей, трудно воспламенимого топлива в камере сгорания 6 имеется искровая свеча 10.

Для снижения расхода топлива целесообразно, чтобы отношение объема V₁ камеры сгорания 6 к объему V₂ нагнетательной камеры 4 в момент их разделения управляемым клапаном составляло 0,1 ≅ ≅ 5,0, а отношение диаметра d₁ горловины 7 к внутреннему диаметру d₂цилиндра 1 составляло 0,01 ≅ ≅ 0,68.

В таблице приведены варианты практического осуществления предлагаемого изобретения с различными отношениями и Оценка вариантов производилась по параметру Е, характеризующему соотношение расходов топлива на 100 км пробега в предлагаемом и известном двигателях при максимально близких их основных характеристиках в условиях эксплуатации.

Как следует из таблицы, наилучшее соотношение расхода топлива (Е=0,7) достигалось в варианте N 4. Предельные значения заявленных параметров были получены путем статистической обработки результатов экспериментальных данных, их анализа и обобщения, исходя из критерия приближения расхода топлива сравниваемых двигателей (нижние пределы: вариант N 1, Е=0,99, верхние пределы: вариант N 7, Е=0,98). Выход как за нижние заявленные пределы (вариант N 2, Е=1,01), так и за верхние пределы (вариант N 3, Е=1,02) приводит к невозможности достижения указанного технического результата.

Шибер 9 может быть снабжен по меньшей мере одним перепускным каналом 11, входное отверстие 12 которого расположено на боковой поверхности шибера 9 с возможностью его перекрытия горловиной 7 камеры сгорания 6 (см.фиг.2), а выходное отверстие 13 на торце шибера 9, обращенном к горловине 7. Канал 11 может иметь различную форму для создания в камере сгорания 6 потоков сжатого воздуха различных видов.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. При движении поршня 2 к нижней мертвой точке (НТМ) в цилиндр 1 впускают свежий заряд воздуха. Затем при движении поршня 2 (см. фиг.1) к верхней мертвой точке (ВМТ) воздух начинают сжимать в нагнетательной камере 4. При зтом часть воздуха перетекает из камеры 4 через горловину 7 в камеру сгорания 6. Одновременно топливо впрыскивают форсункой 8 в камеру сгорания 6. Впрыснутое топливо, перемешиваясь с перетекающим воздухом, образует в камере сгорания 6 обогащенную топливовоздушную смесь. Затем выдвинутый шибер 9 (см.фиг.2), входя в горловину 7, разделяет камеру сгорания 6 и нагнетательную камеру 4. При дальнейшем движении поршня 2 к ВМТ отсекаемый шибером 9 объем камеры сгорания 6 остается постоянным, так как шибер 9 начинает вдвигаться в днище 5 поршня 2 соответственно перемещению последнего. По мере движения поршня 2 давление в нагнетательной камере 4 стремительно растет, в то время как в камере сгорания 6 оно остается по существу неизменным. При подходе поршня 2 к ВМТ в определенный момент шибер 9 утапливается в днище 5 поршня 2, открывая путь из нагнетательной камеры 4 в камеру сгорания 6 сжатому горячему воздуху, который воспламеняет находящуюся в ней обогащенную смесь. Сгорание протекает мягко по мере поступления воздуха из нагнетательной камеры 4 в камеру сгорания 6. Продукты сгорания, расширяясь, совершают работу, перемещая поршень 2 к НМТ. Затем отработавшие газы выпускают, и цикл повторяется.

Для оптимизации процессов воспламенения и снижения смеси шибер 9 может перемещаться в днище 5 поршня 2 с программируемой скоростью, обеспечивая тем самым изменение в широких пределах сечения потока воздуха, перетекающего из нагнетательной камеры 4 в камеру сгорания 6. Наличие в шибере 9 по меньшей мере одного перепускного канала 11 обеспечивает сконцентрированное направленное поступление горячего воздуха в камеру сгорания 6, что активизирует воспламенение горючей смеси, так как при утапливании шибера 9 в днище 5 поршня 2 нагнетательная камера 4 сообщается с камерой сгорания 6 прежде всего через канал 11, в который и устремляется сжатый горячий воздух (см. фиг.3).

Величины давлений, а также степеней сжатия, получаемые в камерах 4, 6 в конце такта сжатия, определяются моментом их разделения шибером 9. Этот момент в зависимости от температуры двигателя и применяемого топлива может быть изменен.

Формула изобретения

1. Способ работы многотопливного двигателя внутреннего сгорания путем впуска в цилиндр воздуха, его сжатия в нагнетательной камере при движении поршня к верхней мертвой точке, впрыска топлива в камеру сгорания в головке цилиндра и разделения камер управляемым клапаном, перекрывающим горловину камеры сгорания, соединения камер последним при подходе поршня к верхней мертвой точке и перепуска сжатого горячего воздуха из нагнетательной камеры в камеру сгорания, воспламенения топлива в камере сгорания от контакта с горячим воздухом, сгорания топлива, расширения продуктов сгорания и выпуска отработавших газов, отличающийся тем, что в начале сжатия воздуха в нагнетательной камере осуществляют переток его части из последней через горловину в камеру сгорания, а впрыск топлива производят во время перетока в камеру сгорания части воздуха с одновременным смесеобразованием.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перепуск воздуха из нагнетательной камеры в камеру сгорания осуществляют через по меньшей мере один перепускной канал.

3. Многотопливный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения поршнем, головку цилиндра, нагнетательную камеру переменного объема, ограниченную днищем поршня и головкой, камеру сгорания постоянного объема с горловиной, выполненную в головке и снабженную топливной форсункой, и расположенный соосно горловине камеры сгорания управляемый клапан, разделяющий камеры при движении поршня к верхней мертвой точке на ходе сжатия и соединяющий их при проходе поршня к верхней мертвой точке, отличающийся тем, что управляемый клапан размещен в днище поршня.

4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что отношение объема V₁ камеры сгорания к объему V₂ нагнетательной камеры в момент их разделения управляемым клапаном 0,1 ≅ V₁/V₂ ≅ 5,0, а отношение диаметра d₁ горловины камеры сгорания к внутреннему диаметру d₂ цилиндра 0,01 ≅ d₁/d₂ ≅ 0,68.

5. Двигатель по пп.3 и 4, отличающийся тем, что управляемый клапан выполнен в виде шибера, снабженного по меньшей мере одним перепускным каналом, входное отверстие которого расположено на боковой поверхности шибера с возможностью его перекрытия горловиной камеры сгорания, а выходное отверстие на торце шибера, обращенном к горловине камеры сгорания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4