Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания и двухтактный двигатель внутреннего сгорания в.н.лаврентьева

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам работы двухтактных двигателей внутреннего сгорания. Предлагается 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 выпуска из цилиндра отработанных газов, при этом отделяют часть сжатого воздушного заряда и подают в камеру сгорания, заполненную смесью паров топлива с малым количеством воздуха. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания Лаврентьева В.Н., содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем и кинематически связанным с коленчатым валом поршнем, головку цилиндра с установленной в ней клапанной топливной форсункой, камеры сгорания с проходными окнами, выполненными с центральным углом, равным по величине числу π, деленному на количество камер сгорания, расположенных во вращающемся элементе, размещенном в головке цилиндра, и кинематически связанных коленчатым валом и с возможностью периодического и последовательного сообщения с полостью цилиндра через перепускное окно топливной форсункой и местом зажигания, смещенных относительно топливной форсунки по направлению вращения элемента на расстояние, превышающее длину проходного окна, дополнительно снабжен размещенными в месте зажигания клапанной газовоздушной форсункой и газовоздушным диском-регулятором, расположенным на валу вместе с вращающимся элементом, причем газовоздушная форсунка установлена с возможностью периодического соединения с полостью цилиндра через диск-регулятор. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей двигателя. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам работы двухтактных двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ работы двухтактных двигателей внутреннего сгорания (Вырубов Д. Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1983), включающий заполнение рабочего цилиндра окислителем, сжатие, вспрыск топлива, создание воздушно-топливной смеси с последующим самовоспламенением и сжиганием для воспроизводства рабочего хода поршня.

Известный способ имеет низкую полноту сгорания топлива из-за малого времени подготовки смеси.

Наиболее близким по совокупности признаков является способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания путем продувки цилиндра воздушным зарядом, сжатия воздушного заряда в цилиндре, перепуска сжатого заряда во внешнюю камеру сгорания, вспрыска в нее топлива, перемещения заряда от места вспрыска топлива к месту вспламенения (зажигания) топливно-воздушной смеси, перепуска продуктов сгорания в цилиндр и выпуска из цилиндра отработавших газов (Патент СССР N 1773280, F 03 B 19/02, 75/12, 1992).

Известный двигатель внутреннего сгорания, наиболее близкий по совокупности признаков к заявленному устройству, содержит по меньше мере один цилиндр с размещенным в нем и кинематически связанным с коленчатым валом поршнем, выполненным с впускным и продувочными окнами, головку цилиндра с установленным в ней топливной форсункой, камерами сгорания с проходными окнами, выполненными с центральным углом, равным по величине "пи", деленному на количество камер сгорания, расположенных во вращающемся элементе, размещенном в головке цилиндра и кинематически связанным с коленчатым валом, с возможностью периодического и последовательного сообщения с полостью цилиндра через перепускное окно, топливную форсунку и место зажигания, смещенное относительно топливной форсунки по направлению вращения элемента на величину, превышающую длину проходного окна (Патент СССР N 1773280, F 02 B 19/03, 75/12, 1992).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известных способе и устройстве ограничены функциональные возможности, т.к. возможно применение только одного вида топлива.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задачей изобретения является создание способа и устройства с использованием различных видов топлива.

Технический результат - расширение функциональных возможностей способа и устройства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет того, что в известном способе 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, перемещение сжатого воздушного заряда от места впрыска топлива к месту воспламенения (зажигания) топливно-воздушной смеси, перепуска продуктов сгорания в цилиндр и выпуска из цилиндра отработавших газов, отделяют часть сжатого воздушного заряда и подают в камеру сгорания, заполненную смесью паров топлива с малым количеством воздуха, не способной к самовоспламенению.

Технический результат достигается также за счет того, что в двухтактном двигателе сгорания, содержащем, по меньшей мере, один цилиндр с размещенным в нем кинематически связанным с коленчатым валом поршнем, головку цилиндра с установленной в ней топливной форсункой, камеры сгорания с проходными окнами, выполненными с центральным углом, равным по величине числу "пи", деленному на количество камер сгорания, расположенных во вращающемся элементе, размещенном в головке цилиндра и кинематически связанным с коленчатым валом, и выполненными с возможностью периодического и последовательного сообщения с полостью цилиндра через перепускное окно, топливной форсункой и местом зажигания, смещенным относительно топливной форсунки по направлению вращения вращающегося элемента на расстоянии, превышающее длину проходного окна, в месте зажигания расположена клапанная газовоздушная форсунка, установленная с возможностью периодического соединения с полостью цилиндра через газовоздушный диск-регулятор, расположенный на валу совместно с вращающимся элементом и имеющий по своему периметру проходные отверстия, связанные между собой проточкой, а по периметру вращающегося элемента выполнены отверстия, сообщающиеся с полостями камер сгорания и отстоящие от передней крышки проходного окна камер сгорания на угол Ψ, равный 5...20, деленным на количество камер сгорания, передняя кромка проходного окна камер сгорания выполнена смещенной по направлению вращения вращающегося элемента на угол ϕ, равный минимальному углу опережения зажигания поворота коленчатого вала, деленному на количество камер сгорания, задняя кромка проходного окна камер сгорания выполнена смещенной по направлению вращения вращающегося элемента на угол β, по величине больший, максимального угла опережения зажигания поворота коленчатого вала, деленного на количество камер сгорания, а в клапанной топливной форсунке для впрыска топлива выполнено отверстие с эксцентриситетом относительно оси вращения форсунки. В поле действия отверстия для впрыска топлива клапанной топливной форсунки проходные окна камер сгорания выполнены с возможностью изменения своей длины. Клапанная газовоздушная форсунка установлена от места зажигания против направления движения вращающегося элемента на угол Θ , равный 2"пи", деленный на количество камер сгорания во вращающемся элементе.

При исcледовании отличительных признаков описываемых изобретений не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, позволяющих использовать различные виды топлива.

На чертеже предоставлено: на фиг. 1 представлен чертеж поперечного сечения двигателя с поршнем в нижней мертвой точке (н.м.т.); на фиг. 2 - чертеж поперечного сечения двигателя с поршнем в верхней мертвой точке (в.м.т.); на фиг. 3 - общий вид головки цилиндра двигателя в разрезе; на фиг. 4 - сечение по А-А; на фиг. 5 - сечение по В-В; на фиг. 6 - сравнительная диаграмма зависимости (P-ϕ) давления в камере сгорания от величины угла поворота коленчатого вала; на фиг. 7 - сечение по Д-Д; на фиг. 8 - поперечное сечение двигателя при переналадке его на вариант с принудительным зажиганием.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления группы изобретений с получением вышеуказанного технического результата, в следующем.

Предлагается способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания заключается в продувке цилиндра воздушным зарядом, сжатии воздушного заряда во внешней камере сгорания, впрыске в нее топлива, перемещении сжатого воздушного заряда от места впрыска топлива к месту воспламенения (зажигания) топливно-воздушной смеси, воспламенении сгорания топливно-воздушной смеси, перепуске продуктов сгорания в цилиндр и выпуске из цилиндра отработавших газов, при этом отделяют часть сжатого воздушного заряда и подают в камеру сгорания, заполненную смесью паров топлива с малым количеством воздуха.

Заявляемый двигатель содержит цилиндр 1 с рабочим поршнем 2, головку цилиндра 3, в которой помещен вращающийся элемент 4 в виде барабана, расположенный на валу 5, в барабане выполнены полости камер сгорания 6 с проходными окнами 7, впрыск топлива в камеры сгорания производят клапанной топливной форсункой 8. Двигатель также имеет сообщающиеся с полостью камер сгорания 6 отверстия 9 (смотри фиг. 3), расположенные по периметру вращающегося элемента 4 и отстоящие от передней кромки 10 проходных окон 7 камер сгорания на угол ϕ, равный 5...20, деленный на число камер сгорания 6. Задняя кромка 12 проходных окон 7 выполнена смещенной по направлению вращения барабана на угол β, по величине, больший максимального угла опережения зажигания поворота коленчатого вала, деленный на количество камер сгорания 6. Для создания условия максимального нарастания давления после в.м.т. (ΔP/ΔY) _max в головке 3 цилиндра в месте зажигания установлена клапанная газовоздушная форсунка 11, имеется перепускное окно 12а для периодического совмещения с проходными окнами 7, равное по длину углу γ, определенному как π, деленное на количество камер сгорания. Длина проходного окна 7 вместе с отверстиями 9 равны углу ϕ₁ и выбирается конструктивно так, чтобы обеспечить в камере сгорания 6 содержание смеси, не способной к самовоспламенению при прохождении ее от места впрыска топлива в место зажигания. Форсунка 11 соединена с полостью цилиндра 1 через штуцер 13, газовоздушный диск-регулятор 14 и проходное отверстие 15. Диск-регулятор 14 размещен на валу 5 через центробежный регулятор 16 опережения зажигания для обеспечения условия правильного момента совмещения проходного отверстия 15 с окнами 17, выполненными в диске-регуляторе 14 и связанными между собой проточкой 18.

Двигатель (фиг. 7) имеет отверстие 19 для впрыска топлива, выполненное в форсунке 8 с эксцентриситетом "e" относительно оси поворота форсунки 8, поворот осуществляется рычагом 20 посредством тросика 21, переменная длина проходного окна 7 определена формой кромки 22 проходного окна 7 и колеблется от f_o до f_max в поле действия отверстия 19 равное "2e". Двигатель (фиг. 8) имеет отверстие 23 для установки форсунки 11 при переналадке работы на режим принудительного зажигания и свечу зажигания 24, устанавливаемую в месте зажигания топливно-воздушной смеси.

Для примера взят дизельный двигатель с тремя камерами сгорания 6 во вращающемся элементе 4, запуск и работа которого осуществляется по способу двухтактного двигателя.

Выполняя рабочие циклы, вращающийся элемент 4 приводится в движение от коленчатого вала редуктором с передаточным числом, равным трем (не показаны).

Работа двигателя (фиг. 1 и 2) заключается в том, что вращение барабана согласовано с вращением коленчатого вала так, чтобы в момент отделения объема камеры сгорания 6 от объема рабочего цилиндра 1 произошло разделение зарядов воздуха на две части, одна часть остается в камере сгорания 6 и перемещается от места впрыска топлива через форсунку 8 до места зажигания, а вторая часть воздушного заряда остается в надпоршневом пространстве рабочего цилиндра 1 и продолжает сжиматься под воздействием движения поршня 2 к в.м. т. В результате этого к моменту зажигания в камере сгорания 6 и подпоршневом пространстве образуется большая разница давлений, которая способствует при совмещении объема камеры сгорания 6 и объема цилиндра 1 созданию мощного потока воздуха, устремляющего в камеру сгорания 6, скачкообразного повышения давления в камере сгорания 6 и мощной трубулизации, в результате чего происходит самовоспламенение и начало горения смеси, далее работа двигателя идет по известному способу.

Для того чтобы исключить возрастающий момент противодавления на поршень 2, возникающий при опережении зажигания (фиг. 3, 4, 5), зажигание смеси необходимо проводить в камере сгорания 6, отделенной от надпоршневого пространства. Отделенный воздушный заряд по ранее описанной схеме работы из надпоршневого пространства поступает в камеру сгорания 6 через проточку 18 газовоздушного диск-регулятора 14, штуцер 13 и клапанную газовоздушную форсунку 11 в момент совмещения отверстия 15 и окна 17 при подходе 2 к в.м.т. В данном случае можно настраивать клапанную газовоздушную форсунку 11 на любое разумное давление и качать отделенный воздушный заряд в момент пуска или в процессе работы двигателя при дистанционной настройке форсунки 11 в каналы диска-регулятора 14, получая высочайшую разницу давлений в камере сгорания 6 и в потоке воздуха, поступающего в момент зажигания через форсунку 11.

Максимально упрощая топливную аппаратуру, топливо подают постоянно на форсунку 8 (фиг. 7) от насоса низкого давления, а доза впрыска его зависит от величины площади сечения отверстия 19 для впрыска и переменной длины проходного окна 7. Перекрытие поступления топлива через отверстие 19 осуществляется периферийной плоскостью вращающегося элемента 4 (фиг. 1).

В описанном выше дизельном двигателе в головке 3 цилиндра (фиг. 8) сверлится отверстие 23, которое закрыто заглушкой при работе двигателя с самовоспламенением. При переналадке двигателя на режим с принудительным зажиганием заглушка из отверстия 23 снимается и на ее место переставляется форсунка 11, с помощью которой заканчивается смесеобразование в камере сгорания 6 за цикл до зажигания, а на место переставляемой форсунки 11 устанавливается свеча зажигания 24.

На сравнительной диаграмме зависимости давления рабочего тела (p) от угла поворота коленчатого вала (ϕ) (фиг. 6) кривая "I" показывает зависимость известных двигателей, кривая зависимости предлагаемого двигателя в области сжатия в точке ϕ₄ , в точке отделения части воздушного заряда от смеси кривая зависимости разветвляется на линию "2", зависимость P-ϕ в надпоршневом пространстве и линию "4", зависимость P-ϕ в камере сгорания, в в.м.т. разветвления объединяются в линию 3, точка ϕ₃- момент начала сообщения объема камеры сгорания и объема рабочего цилиндра, точка ϕ₁- начало зажигания. На программе виден скачок давления между точками ϕ₃ и ϕ₁, улучшенные характеристики и смесеобразования, начала горения и горение дают возможность иметь улучшенные индикаторные характеристики.

Формула изобретения

1. 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.

2. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем и кинематически связанным с коленчатым валом поршнем, головку цилиндра с установленной в ней клапанной топливной форсункой, камеры сгорания с проходными окнами, выполненными с центральным углом, равным по величине числу π, деленному на количество камер сгорания, расположенных во вращающемся элементе, размещенном в головке цилиндра и кинематически связанных с коленчатым валом и с возможностью периодического сообщения цилиндра через перепускное окно, топливной форсункой и местом зажигания, смещенным относительно топливной форсунки по направлению элемента на расстояние, превышающее длину проходного окна, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен размещенными в месте зажигания клапанной газовоздушной форсункой и газовоздушным диском-регулятором, расположенным на валу вместе с вращающимся элементом, причем газовоздушная форсунка установлена с возможностью периодического соединения с полостью цилиндра через диск-регулятор, выполненный по периметру с проходными отверстиями, соединенными между собой проточкой, а по периметру вращающегося элемента выполнены отверстия, сообщающиеся с полостями камеры сгорания и отстоящие от передней кромки проходного окна камер сгорания на угол Ψ, равный 5 - 20^o, деленный на количество камер сгорания, передняя кромка окна камер сгорания выполнена смещенной по направлению вращения вращающегося элемента на угол ϕ, равный минимальному углу опережения зажигания поворота коленчатого вала, деленному на количество камер сгорания, задняя кромка проходного окна камер сгорания выполнена смещенной по направлению вращения вращающегося элемента на угол β, по величине больший максимального угла опережения зажигания поворота коленчатого вала, деленного на количество камер сгорания, а в клапанной топливной форсунке отверстие для впрыска топлива выполнено с эксцентриситетом относительно оси вращения форсунки.

3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что клапанная газовоздушная форсунка установлена от места зажигания против направления движения вращающегося элемента на угол Θ, равный 2π, деленный на количество камер сгорания во вращающемся элементе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8