Способ работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания
Владельцы патента RU 2244139:
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (АлтГТУ) (RU)
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам работы четырехтактных двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет расширить технологические возможности путем обеспечения управления подачей жидкости в надпоршневое пространство цилиндра в зависимости от режимов работы двигателя внутреннего сгорания. Способ работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания включает впуск в надпоршневое пространство цилиндра воздуха или топливовоздушной смеси на первом такте, сжатие и воспламенение на втором такте, сжигание топливовоздушной смеси для преобразования энергии расширившихся продуктов сгорания во вращательную энергию вала и подачу в надпоршневое пространство цилиндра жидкости при снижении давления в надпоршневом пространстве цилиндра на третьем такте, вытеснение продуктов сгорания из цилиндра в атмосферу на четвертом такте. Снижение давления в надпоршневом пространстве цилиндра на третьем такте определяют по сигналу, поступающему от аналогового устройства, связанного с цилиндром и форсункой для подачи жидкости. 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к способам работы четырехтактных двигателей внутреннего сгорания.
Известен способ работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, включающий впуск в надпоршневое пространство цилиндра воздуха или топливовоздушной смеси на первом такте, сжатие и воспламенение на втором такте, сжигание топливовоздушной смеси для преобразования энергии расширившихся продуктов сгорания во вращательную энергию вала на третьем такте, вытеснение продуктов сгорания из цилиндра на четвертом такте. При этом на четвертом такте из надпоршневого пространства одного цилиндра в надпоршневое пространство другого цилиндра в соединенных между собой цилиндрах, фазы которых сдвинуты на 540°, подают продукты сгорания путем полного их перепуска. В последнем цилиндре на втором такте производят сжатие продуктов сгорания и подачу в надпоршневое пространство нейтрализующей жидкости, предназначенной для нейтрализации продуктов сгорания и преобразования остаточной энергии продуктов сгорания во вращательную энергию вала, причем подачу в надпоршневое пространство нейтрализующей жидкости производят в конце второго такта, на третьем такте осуществляют парообразование нейтрализующей жидкости для преобразования остаточной энергии продуктов сгорания во вращательную энергию вала и нейтрализацию продуктов сгорания, на четвертом такте производят вытеснение нейтрализованных отработавших газов с частицами пара в атмосферу (см. патент RU №2153085, МПК7 F 02 В 47/02, 75/10).
Основным недостатком способа работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания является повышенная трудоемкость изготовления двигателя внутреннего сгорания, реализующего способ, обусловленная перепуском продуктов сгорания из надпоршневого пространства одного цилиндра в надпоршневое пространство другого цилиндра в соединенных между собой цилиндрах, фазы которых сдвинуты на 540°.
Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков и достигаемому результату, принятым за прототип, является способ работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, включающий на первом такте впуск в надпоршневое пространство цилиндр воздуха или топливоздушной смеси, на втором такте сжатие и воспламенение, на третьем такте сжигание топливоздушной смеси для преобразования энергии расширившихся продуктов сгорания во вращательную энергию вала и подача в надпоршневое пространство цилиндра жидкости, а именно воды, после подхода поршня к верхней мертвой точке при снижении давления в надпоршневом пространстве, где происходит разложение воды, вскипевшей в накопительной камере под воздействием высокой температуры, на кислород и водород, обеспечение участия последних в процессе сгорания и создании дополнительного усилия в виде газов, давящих на поршень и повышающих КПД двигателя, на четвертом такте вытеснение продуктов сгорания из цилиндра в атмосферу (см. патент RU №2184859, МПК7 F 02 B 47/02, F 02 М 25/03).
Основным недостатком вышеописанного способа работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания является ограниченность технологических возможностей вследствие отсутствия обеспечения управления подачей жидкости в зависимости от режимов работы двигателя внутреннего сгорания.
Предлагаемым изобретением решается задача расширения технологических возможностей путем обеспечения управления подачей жидкости в надпоршневое пространство цилиндра в зависимости от режимов работы двигателя внутреннего сгорания.
Для достижения указанного технического результата в способе работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, включающем впуск в надпоршневое пространство цилиндра воздуха или топливоздушной смеси на первом такте, сжатие и воспламенение на втором такте, сжигание топливоздушной смеси для преобразования энергии расширившихся продуктов сгорания во вращательную энергию вала и подачу в надпоршневое пространство цилиндра жидкости при снижении давления в надпоршневом пространстве цилиндра на третьем такте, вытеснение продуктов сгорания из цилиндра в атмосферу на четвертом такте, снижение давления в надпоршневом пространстве цилиндра на третьем такте определяют по сигналу, поступающему от аналогового устройства, связанного с цилиндром и форсункой для подачи жидкости.
Признак, характеризующий определение снижения давления в надпоршневом пространстве цилиндра на третьем такте по сигналу, поступающему от аналогового устройства, связанного с цилиндром и форсункой для подачи жидкости, обуславливает управление подачей жидкости в надпоршневое пространство цилиндра в соответствии с изменениями параметров работы двигателя внутреннего сгорания - температуры двигателя, внутрицилиндрового давления, частоты вращения коленчатого вала.
Предлагаемый способ работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен вариант двигателя с внешним смесеобразованием, на фиг.2 - вариант двигателя с внутренним смесеобразованием и воспламенением от сжатия, на фиг.3 - схема подача жидкости в цилиндры двигателя, на фиг.4 - диаграмма Д1 давлений в цилиндре двигателя внутреннего сгорания без подачи жидкости в надпоршневое пространство цилиндра и диаграмма Д2 давлений в цилиндре двигателя внутреннего сгорания с подачей жидкости в надпоршневое пространство цилиндра на третьем такте.
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания содержит блок цилиндров 1, цилиндр 2, предназначенный для сжигания топливовоздушной смеси, поршень 3, коленчатый вал 4, шатун 5, головку 6 блока цилиндров 1, механизм газораспределения с впускным 7 и выпускным 8 клапанами, форсунку 9 для подачи жидкости в цилиндр 2, впускным 10 и выпускным 11 коллекторами. В качестве жидкости может быть использована вода.
При внешнем смесеобразовании (см. фиг.1) четырехтактный двигатель внутреннего сгорания снабжен свечой зажигания 12.
При внутреннем смесеобразовании (см. фиг.2) четырехтактный двигатель внутреннего сгорания снабжен форсункой 13 для подачи топлива в цилиндр 2.
Емкость 14 с жидкостью для подачи в надпоршневое пространство цилиндра 2 связана трубопроводом 15 низкого давления с подкачивающим насосом 16, соединенным через трубопровод 15 низкого давления с жидкостным насосом 17 высокого давления. Насос 17 связан через трубопровод 18 высокого давления с гидроаккумулятором 19, снабженным редукционным клапаном 20 и подключенным к форсункам 9, 22, 23, 24, взаимодействующим с соответствующими цилиндрами двигателя внутреннего сгорания. Форсунки 9, 22, 23, 24 через электрические провода 21 низкого напряжения подсоединены к аналоговому устройству 25, предназначенному для обработки внешних сигналов и формирования управляющих сигналов. Датчики 26, 27, 28 температуры двигателя, внутрицилиндрового давления, частоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и датчик 29 угла поворота коленчатого вала также подсоединены к аналоговому устройству 25.
Способ работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием, с внутренним смесеобразованием и воспламенением от сжатия осуществляют следующим образом. Надпоршневое пространство цилиндра 2 на первом такте (0-180°) при движении поршня 3 к нижней мертвой точке заполняют топливовоздушной смесью при внешнем смесеобразовании (см. фиг.1) или воздухом при внутреннем смесеобразовании (см. фиг.2), поступающими через впускной коллектор 10 и открытый впускной клапан 7. При этом выпускной клапан 8 закрыт. На втором такте (180-360°) при движении поршня 3 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке впускной клапан 7 закрывают, производят сжатие топливовоздушной смеси (см. фиг.1) или воздуха (см. фиг.2). В конце второго такта (340-355°) при подходе поршня 3 к верхней мертвой точке происходит воспламенение топливовоздушной смеси свечой зажигания 12 (см. фиг.1) или самовоспламенение при впрыске топлива через форсунку 13 (см. фиг.2)
На третьем такте (360-540°) при движении поршня 3 к нижней мертвой точке топливовоздушная смесь сгорает, совершается рабочий ход для преобразования энергии расширившихся продуктов сгорания во вращательную энергию коленчатого вала. В результате окисления химических элементов на третьем такте выделяется основное количество тепла, давление в цилиндре 2 резко возрастает и достигает максимума в первой половине третьего такта (370-385°), далее расширившиеся продукты сгорания перемещают поршень 3, воздействующий через шатун 5 на коленчатый вал 4, давление в цилиндре 2 в середине третьего такта (440-460°) снижается до уровня, равного давлению в конце второго такта. В начале снижения давления на третьем такте в надпоршневое пространство цилиндра 2 подают через форсунку 9 жидкость, в качестве которой может быть использована жидкость либо для нейтрализации продуктов сгорания, либо жидкость для создания дополнительного усилия в виде давления газов на поршень 3, либо жидкость для одновременной нейтрализации продуктов сгорания и создания дополнительного усилия в виде давления газов на поршень 3. Начало снижения давления на третьем такте определяют по сигналу, поступающему от аналогового устройства 25, связанному с форсункой 9 и цилиндром 2 и зависящему от управляющих воздействий и режима работы двигателя внутреннего сгорания (см. фиг.3). После подачи в надпоршневое пространство цилиндра 2 жидкости во второй половине третьего такта (460-540°) она под воздействием высокой температуры разлагается на газообразные составляющие, участвующие в процессе горения, происходит парообразование, расширение паров жидкости при понижении температуры и одновременное повышение давления в цилиндре 2. На четвертом такте (540-720°) при движении поршня 3 от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке открывают выпускной клапан 8 и производят вытеснение продуктов сгорания с перегретыми парами жидкости из надпоршневого пространства цилиндра 2 через выпускной коллектор 11 в атмосферу.
Из диаграмм Д1 и Д2 (см. фиг.4) видно, что при подаче жидкости в надпоршневое пространство цилиндра форсункой на третьем такте, определяя начало снижения давления в надпоршневом пространстве цилиндра по электрическому сигналу, поступающему от аналогового устройства, связанного с цилиндром и форсункой, происходит повышение давления в цилиндре по сравнению с давлением в цилиндре на третьем такте при способе работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания без подачи жидкости форсункой в надпоршневое пространство цилиндра.
Таким образом, использование предлагаемого способа работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания позволяет расширить технологические возможности путем управления подачей жидкости в надпоршневое пространство цилиндра в зависимости от условий работы двигателя, обеспечить максимальное использование тепловой энергии продуктов сгорания путем парообразования жидкости, в качестве которой использована жидкость для создания дополнительного усилия в виде давления газов на поршень на третьем такте, уменьшить токсичность продуктов сгорания путем их обработки на третьем такте жидкостью, в качестве которой использована жидкость для нейтрализации продуктов сгорания.
Способ работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, включающий впуск в надпоршневое пространство цилиндра воздуха или топливовоздушной смеси на первом такте, сжатие и воспламенение на втором такте, сжигание топливовоздушной смеси для преобразования энергии расширившихся продуктов сгорания во вращательную энергию вала и подачу в надпоршневое пространство цилиндра жидкости при снижении давления в надпоршневом пространстве цилиндра на третьем такте, вытеснение продуктов сгорания из цилиндра в атмосферу на четвертом такте, отличающийся тем, что снижение давления в надпоршневом пространстве цилиндра на третьем такте определяют по сигналу, поступающему от аналогового устройства, связанного с цилиндром и форсункой для подачи жидкости.
