Способ организации процесса сгорания в поршневом двигателе

 

Изобретение относится к машиностроению. Способ осуществляется путем временного разделения камеры сгорания (КС) на свечные и бессвечные полости, зажигания смеси от искры в свечных полостях и факелами пламени в остальных полостях, временного горения смеси в полостях независимо друг от друга, последующего соединения полостей и догорания смеси в объединенной КС. Взаимным расположением свечной и бессвечных полостей можно организовать процесс сгорания по трем схемам факельного зажигания - параллельно-факельной, последовательно-факельной, смешанной. Изобретение обеспечивает улучшение антидетонационных свойств двигателя с воспламенением от искры или обеспечение приемлемой жесткости работы двигателя при использовании в качестве топлива водорода. 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения.

Известен способ организации процесса сгорания путем разделения всего объема камеры сгорания (КС) на объемы основной и дополнительной камеры (полости) с искровым зажиганием смеси в дополнительной камере и факельным зажиганием в основной (с.66, Автомобильные двигатели./ Под ред. Доброгаева Р. П, "Итоги науки и техники. ВИНИТИ Двигатели внутреннего сгорания", 1985, т. 4. - 284) - прототип.

В этом способе дополнительная камера имеет небольшой объем по отношению к основной камере и практически почти вся цикловая доза топлива сгорает в основной камере, имеющей сравнительно большие линейные размеры. Но чем больше линейные размеры КС, тем вероятнее возникновение детонации. С этой точки зрения двигатель с таким способом организации сгорания обладает недостаточными антидетонационными свойствами. Кроме того, при использовании в качестве топлива водорода рабочий процесс такого двигателя будет достаточно жестким, неприемлемым для его эксплуатации.

Задача изобретения - улучшение антидетонационных свойств поршневого двигателя с искровым зажиганием и(или) обеспечение приемлемой жесткости работы двигателя при использовании в качестве топлива водорода.

Это достигается путем временного разделения камеры сгорания на свечные и бессвечные полости, искрового зажигания смеси в свечных полостях и факельного зажигания в бессвечных полостях, временного независимого горения смеси в полостях, последующего соединения полостей и догорания смеси в объединенной КС.

В качестве примера реализации такого способа организации сгорания на фиг.1 показана схематично трехполостная КС. Выступы 1 и 2, выполненные попарно на днище поршня 3 и крышке цилиндра 4, разделяют временно, при движении поршня вблизи верхней мертвой точки (ВМТ), камеру сгорания на три полости - I, II, III. В полости I установлена свеча зажигания.

На выступах крышки у основания выполнены отверстия 5, а напротив их в верхней части выступов днища - выемки 6. Через них полости сообщаются между собой при положениях поршня вблизи ВМТ.

Число и расположение клапанов (не показано) - произвольное, но в свечной полости желательно установить впускной клапан.

Способ осуществляется следующим образом.

После воспламенения смеси от искры в свечной полости I наминает развиваться горение и повышаться давление. Вследствие перепада давлений факелы горящих газов через выемки и отверстия выбрасываются в бессвечные полости, смежные со свечной полостью, создавая в них стабильное и устойчивое развитие начальных относительно больших очагов воспламенения. Числом, размером и расположением соединительных отверстий можно направленно воздействовать на процесс сгорания в бессвечных полостях.

Горение во всех полостях протекает независимо друг от друга до тех пор, пока поршень не переместится к нижней мертвой точке (HMТ) на величину перекрытия выступов - ΔS (см. фиг.1). При дальнейшем перемещении поршня полости соединяются. Это соединение вызовет интенсивную турбулизацию газа из-за термодинамического неравновесия и белее полное догорание топлива в завершающей стадии процесса сгорания - фазе догорания.

Величина перекрытия ΔS определяет продолжительность независимого горения смеси в полостях. Чтобы избежать возникновения детонации, нужно обеспечить независимое горение до окончания активного тепловыделения процесса сгорания.

Взаимным расположением свечной и бессвечных полостей можно организовать различные способы факельного зажигания смеси в бессвечных полостях.

На фиг.1 и 2 показана схема параллельно-факельного зажигания, когда две бессвечные полости расположены смежно со свечной полостью, и зажигание смеси в бессвечных полостях осуществляется факелами пламени из свечной полости. При усложнении конструкции КС можно расположить смежно со свечной полостью более двух бессвечных полостей.

На фиг.3 показана схема последовательно-факельного зажигания, когда смежно со свечной полостью расположена одна бессвечная полость. Зажигание смеси в ней осуществляется факелами пламени из свечной полости, а в каждой последующей бессвечной полости зажигание смеси осуществляется факелами пламени от предыдущей бессвечной полости. Такой способ зажигания может быть применен в случае использования водорода и подобных ему топлив. Числом полостей и соединительных каналов можно получить нужную скорость выгорания водорода и обеспечить приемлемую жесткость работы двигателя. Комбинация параллельно-факельного и последовательно-факельного зажигания дает смешанную схему зажигания, когда в двух или более бессвечных полостях смесь зажигается факелами пламени из свечной полости, а в остальных бессвечных полостях - факелами племени из бессвечных полостей.

В приведенных примерах показана одна свечная полость. В общем случае число свечных полостей может быть любое.

К достоинствам предлагаемого способа организации сгорания, кроме изложенных ранее, следует отнести широкие возможности (на стадии проектирования КС) направленного воздействия па процесс сгорания за счет различного сочетания степени сжатия, диаметра цилиндра, числа, взаимного положения и геометрии полостей, числа и размеров соединительных каналов, величины перекрытия выступов. При использовании, например, альтернативных топлив, имеющих низкую детонационную стойкость, невысокие теплоту сгорания и температуру конца сгорания (невысокое давление газов в конце сгорания) и в то же время непригодных в качестве дизельного топлива, возможно, потребуется значительное увеличение диаметра цилиндра двигателей. В этом случае потребуется разделение КС на небольшие полости, чтобы сохранить антидетонационные свойства двигателя.

Предлагаемый способ организации сгорания применим как для рабочих процессов двигателей обычных схем, так и для рабочих процессов двигателей с расслоенным зарядом.

Формула изобретения

Способ организации процесса сгорания в поршневом двигателе путем временного разделения камеры сгорания на свечные и бессвечные полости, зажигания смеси от искры, временного независимого горения смеси в полостях, соединения полостей и последующего догорания смеси в объединенной камере сгорания, отличающийся тем, что в бессвечных полостях смесь зажигают факелами пламени из свечных и бессвечных полостей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3