Двигатель внутреннего сгорания и способ его работы



Двигатель внутреннего сгорания и способ его работы

 


Владельцы патента RU 2496997:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" (RU)

Изобретение относится к области двигателестроения и обеспечивает низкоэмиссионное сгорание топливовоздушной смеси, снижает риск взрыва топливовоздушной смеси. Техническим результатом является упрощение конструкции двигателя, повышение надежности и снижение токсичности продуктов сгорания. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит рабочий цилиндр, систему впуска, систему топливоподачи и систему выпуска. В системе впуска двигателя размещен генератор синглетного кислорода, выполненный в виде источника лазерного излучения и камеры с входом и выходом, причем внутренняя поверхность камеры выполнена зеркальной. В качестве источника лазерного излучения используется твердотельный лазер, излучающий волны длиной от 762,3 до 762,4 нанометров. Способ работы, реализуемый в заявленном двигателе, заключается в подаче в цилиндр двигателя воздуха и топлива, обогащении воздуха на впуске синглетным кислородом, формировании топливовоздушной смеси заданного состава, воспламенении топливовоздушного заряда в цилиндре двигателя, расширении продуктов сгорания и выпуске их из цилиндра двигателя. Во время работы двигателя измеряют температуру газов в цилиндре двигателя, а количество синглетного кислорода в воздухе, подаваемом во впускной трубопровод, устанавливают в зависимости от величины измеренной температуры. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и предназначено для интенсификации процессов сгорания обедненных топливовоздушных смесей и снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

В связи с увеличением парка эксплуатируемых автомобилей на первое место выдвигается задача существенного снижения токсичности отработавших газов (ОГ) автомобильных двигателей. При этом задача снижения токсичности ОГ не должна решаться в ущерб топливной экономичности используемых двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Задачу снижения токсичности отработавших газов (ОГ) двигателя чаще всего пытаются решить путем обеднения сгорающей в цилиндре ДВС топливовоздушной смеси. При этом для обеспечения полноты сгорания и расширения предела эффективного обеднения топливовоздушных смесей используют различные способы организации послойного смесеобразования. Для этих же целей используют различные способы интенсификации сгорания. Дальнейшее снижение токсичности ОГ осуществляют с использованием трехкомпонентного нейтрализатора.

Известны различные способы интенсификации сгорания.

Известен способ интенсификации горения топливовоздушной смеси, заключающийся в том, что горючую смесь в камере сгорания возбуждают посредством импульсно-периодического наносекундного высоковольтного разряда, обладающего определенными характеристиками: амплитудой, временем нарастания переднего фронта импульса и длительностью импульса высокого напряжения (патент РФ №2333381, МПК F02M 27/04, опубл. 10.09.2008). Возбуждение горючей смеси в камере сгорания ДВС обеспечивает снижение температуры воспламенения, повышение интенсивности химических реакций и, как следствие, повышение эффективности процесса горения и существенное уменьшение выброса вредных веществ, в частности оксидов азота. По данным модельного эксперимента снижение температуры воспламенения составляет 200-250 К.

Недостатком данного способа является необходимость формирования высоковольтного разряда (до 250 кВ) непосредственно в камере сгорания двигателя, высокая энергоемкость способа, а также необходимость обеспечения качественной изоляции высоковольтных разрядников. Кроме того, известно, что при увеличении плотности газа эффективность плазмохимического воздействия высоковольтного разряда заметно снижается, следовательно, данный способ ограниченно применим в ДВС с повышенной степенью сжатия.

Известен также способ приготовления топливовоздушной смеси и устройство для его осуществления (патент РФ №2051289, МПК F02M 27/00, опубл. 27.12.1995). Способ приготовления топливовоздушной смеси заключается в преобразовании воздуха в струю низкотемпературной плазмы и физико-химическом преобразовании топлива, организации не менее двух потоков воздуха и, по меньшей мере, одного потока топлива. Из одного потока воздуха получают струю низкотемпературной плазмы с помощью электродугового разряда, закаливают продукты физико-химического преобразования топлива и воздуха и затем смешивают закаленные продукты с остальным количеством воздуха или топливовоздушной смеси. Устройство приготовления топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания содержит каналы подачи топлива и воздуха и последовательно соединенные между собой дуговой плазмотрон, плазмохимический реактор, всасывающий патрубок. Канал подачи воздуха разделен, по меньшей мере, на два тракта, один из которых соединен с плазмотроном. В плазмохимическом реакторе выполнен канал для подвода всего или части топлива. Между реактором и всасывающим патрубком установлено закаливающее устройство.

Указанное техническое решение обеспечивает надежное воспламенение топлива и более полное сгорание топливовоздушной смеси на всех режимах работы ДВС. Для этого в плазмохимическом реакторе осуществляют физико-химический процесс преобразования жидкого топлива или топливовоздушной смеси в струе низкотемпературной воздушной плазмы с образованием химически активных частиц, обеспечивающих качественное преобразование топлива в более активную смесь с высоким коэффициентом использования.

Закаливающее устройство обеспечивает снижение скорости рекомбинации химически активных частиц (продуктов физико-химического процесса преобразования) и недопущение самопроизвольного воспламенения топливовоздушной смеси во впускном трубопроводе и в камере сгорания ДВС.

Недостатком известного технического решения является необходимость формирования высоковольтного электродугового разряда во впускном трубопроводе двигателя. При этом предполагается, что во впускной трубопровод также подается и топливо. В связи с наличием во впускном трубопроводе поршневого ДВС неустановившихся волновых процессов, высока вероятность возникновения обратного выброса топливовоздушной смеси в зону формирования высоковольтного электродугового разряда. Обратный выброс топливовоздушной смеси в зону формирования высоковольтного электродугового разряда вызовет мгновенный взрыв образовавшейся смеси и разрушение двигателя или, по меньшей мере, его впускной системы.

Кроме того, для предотвращения интенсивного преждевременного окисления топлива и его самопроизвольного воспламенения во впускном трубопроводе в известном техническом решении необходимо дополнительно использовать закаливающее устройство (по сути, теплообменник-охладитель), останавливающее реакцию окисления. Наличие дополнительного теплообменника во впускном трубопроводе повышает сопротивление на впуске в двигатель и ухудшает коэффициент наполнения цилиндров.

Известен двигатель внутреннего сгорания и способ его работы (патент США №6659088, НКИ 123/536, опубл. 09.12.2003). Данное техническое решение выбрано в качестве наиболее близкого аналога. В известном двигателе для улучшения процесса сгорания предусмотрено обогащение воздуха на впуске в двигатель синглетным кислородом (СК). Для производства СК используется генератор СК на основе твердотельного лазера и абсорбционной ячейки (камеры) с размещенными в ней зеркалами. Лазер с кристаллом александрита генерирует световые импульсы с длиной волны 760 нм. Впускаемый в двигатель воздух проходит через абсорбционную ячейку и насыщается молекулами СК. Как указано в тексте патента, СК может быть получен и другими методами, например, термическим или электрическим возбуждением или с использованием химических реакций. В одном из вариантов реализации изобретения, для получения СК воздух или топливовоздушная смесь могут обрабатываться непосредственно в камере сгорания.

Недостатком данного технического решения является отсутствие регулирования количества генерируемого СК в зависимости от параметров работы двигателя.

Другим недостатком является то, что при оснащении ДВС генератором СК, задача низкоэмиссионного сгорания полностью не решается, т.к. максимальная температура цикла (температура газов в цилиндрах ДВС) остается высокой (порядка 2500К). При этом известно, что образование окислов азота (NOX) в камере сгорания существенным образом зависит от температуры горения топливовоздушной смеси. Следовательно, добавление СК на впуске не повлияет на содержание NOX в продуктах сгорания. Можно лишь ожидать уменьшения концентрации продуктов неполного сгорания углеводородного топлива - CO, CnHm и сажи.

Задачей изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания и способа его работы, обеспечивающих повышение энергетической эффективности использования энергии топлива и снижение токсичности отработавших газов.

Технический результат при использовании заявленного изобретения заключается в снижении затрат энергии на генерирование молекул синглетного кислорода и обеспечении низкоэмиссионного сгорания топливовоздушной смеси.

Заявленное изобретение основано на том, что повышение скорости горения, расширение пределов эффективного обеднения топливовоздушной смеси в цилиндре ДВС и снижение токсичности ОГ может быть достигнуто путем обогащения воздуха на впуске активными частицами - молекулами СК, обеспечивающими интенсификацию протекания предпламенных процессов. Молекулы СК обеспечивают сокращение времени индукции и снижение температуры воспламенения топливовоздушного заряда. При этом изменение концентрации активных частиц (молекул СК) во впускаемом воздухе позволяет регулировать время индукции, скорость и температуру горения при неизменном составе горючей смеси.

Технический результат достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем рабочий цилиндр с камерой сгорания, систему впуска с генератором синглетного кислорода, систему топливоподачи и систему выпуска, согласно изобретению рабочий цилиндр снабжен датчиком температуры, установленным с возможностью измерения температуры газов в камере сгорания и связанным с генератором синглетного кислорода для изменения количества синглетного кислорода на впуске.

При этом генератор синглетного кислорода оснащен твердотельным лазером, излучающим волны длиной от 762,3 до 762,4 нанометров, а внутренняя поверхность генератора синглетного кислорода выполнена зеркальной с возможностью обеспечения максимального отражения лазерного излучения в диапазоне длин волн от 762,3 до 762,4 нанометров.

При осуществлении способа работы двигателя внутреннего сгорания, технический результат достигается подачей в цилиндр двигателя воздуха и топлива, насыщением воздуха на впуске синглетным кислородом, формированием топливовоздушной смеси заданного состава, сжатием и воспламенением топливовоздушного заряда в камере сгорания двигателя, расширением образующихся при сгорании газов и выпуском их из цилиндра двигателя, причем, согласно изобретению, измеряют температуру газов в цилиндре двигателя, а количество синглетного кислорода в воздухе, подаваемом во впускной трубопровод, устанавливают в зависимости от величины измеренной температуры.

При этом ограничивают максимальную температуру цикла путем обеднения топливовоздушной смеси с одновременным увеличением количества синглетного кислорода на впуске.

Известно, что количество воздуха, поступающего в двигатель, зависит от режима его работы (для двигателей с количественным регулированием). Соответственно, для активизации/улучшения процесса сгорания на различных режимах работы двигателя требуется различное количество молекул СК. Если настроить генератор СК на максимальную производительность, покрывающую потребность в количестве СК на режимах максимального расхода воздуха, то на дроссельных режимах генератор будет производить молекулы СК с избытом, затрачивая при этом лишнюю энергию. При настройке производительности генератора СК на какой-либо дроссельный режим, на режимах максимального расхода воздуха будет генерироваться недостаточное количество молекул СК. Для двигателей с качественным регулированием также существует необходимость в регулировании количества молекул СК в зависимости от режимов работы, поскольку оптимальное количество молекул СК зависит, в том числе, и от состава топливовоздушной смеси, т.е. от коэффициента избытка воздуха.

Следовательно изменение количества СК путем изменения производительности генератора СК в зависимости от режима работы двигателя обеспечивает снижение затрат энергии и тем самым повышает энергетическую эффективность двигателя в целом.

Расход воздуха или состав топливовоздушной смеси (коэффициент избытка воздуха) наряду с другими параметрами идентифицируют режим работы двигателя и являются некими начальными параметрами, задающими возможные характеристики рабочего цикла двигателя. В качестве параметра, дающего информацию о режиме работы двигателя и характере протекания цикла можно использовать значение температуры газов в цилиндре двигателя. Поэтому целесообразно изменять количество СК в воздухе, подаваемом во впускной трубопровод, в зависимости от величины температуры газов в цилиндре двигателя.

Известно, что электронно-возбужденные молекулы и атомы реагируют намного быстрее, чем невозбужденные. Поэтому возбуждение реагирующих молекул позволяет ускорить образование активных радикалов, носителей цепного механизма в реакциях инициирования и распространения цепи и, как следствие, интенсифицировать горение. Известно также, что насыщение воздуха СК интенсифицирует протекание цепной реакции окисления в топливовоздушной смеси.

Влияние СК на интенсивность предпламенных реакций показано в работе «Комплексный анализ воспламенения и горения водородно-воздушных и метано-воздушных смесей при воздействии резонансного лазерного излучения» А.М. Старик, П.С. Кулешов, Н.С. Титова //в кн. «Неравновесные физико-химические процессы в газовых потоках и новые принципы организации горения» под ред. A.M. Старика, М.: ТОРУ С ПРЕСС 2011, с.603-634. В указанной работе на основе численного моделирования показано, что лазерно-индуцированное возбуждение молекул O2 эффективно сокращает время индукции и температуру воспламенения водородно-воздушных и метано-воздушных смесей. Причем возбуждение молекул O2 должно осуществляться на длине волны λ=762,346 нм. Показано, что при изменении концентрации СК с 0 до 6% температура воспламенения водородно-воздушной смеси уменьшается с 775 К до 675 К. Показано также, что влияние СК на скорость цепной реакции окисления увеличивается при уменьшении температуры топливовоздушной смеси.

Кинетика процесса образования электронно-возбужденных молекул кислорода состояния O 2 ( b 1 Σ g + ) с образованием молекул СК состояния O2(a1Δg) детально описана в работе «Световой котел-генератор синглетного кислорода O2(a1Δg)» Н.И. Липатов, А.С. Бирюков, Э.С. Гулямова // Квантовая электроника 2008, т.38. №13, c.1179-1182 и согласована с экспериментальными данными.

Для выработки СК, находящегося в метастабильном состоянии O2(a1Δg) предпочтительно использовать лазер, генерирующий излучение с длиной волны 762,35±0,05 нм, которое резонансно возбуждает молекулы Оз. Резонансно возбужденная молекула кислорода переходит из основного состояния в электронно-возбужденное состояние O 2 ( b 1 Σ g + ) с последующим переходом молекул в более стабильное состояние O2(a1Δg). Время нахождения молекулы кислорода в состоянии O2(a1Δg) варьируется от нескольких секунд до десятков и сотен секунд и зависит от параметров окружающей среды. В любом случае время «жизни» молекулы кислорода в электронно-возбужденном состоянии O2(a1Δg) на один, два порядка больше времени полного рабочего цикла двигателя.

Эффективность работы генератора СК зависит от коэффициента отражения лазерного излучения от стенок камеры генератора и степени изотропности создаваемого камере сгорания светового поля. Коэффициент отражения лазерного излучения в свою очередь определяется свойствами поверхности отражения. Если электроны в твердом теле полностью свободны, то излучение отражается полностью и поглощение отсутствует. Если электроны частично связаны, то часть энергии падающей волны передается твердому телу, вызывая его нагревание. Большое значение имеет в ряде случаев качество обработки поверхности (например, для металлов). В общем случае, поверхность твердого тела представляет собой большое число микроскопических участков, ориентированных под разными углами к направлению падения световой волны, а поэтому характеризуемых различным значением коэффициента отражения. Большая шероховатость, в общем случае, чревата большим рассеянием лазерного излучения поверхностью. Существует физическая зависимость коэффициента отражения от шероховатости поверхности для разных длин волн. Зависимость коэффициента отражения от угла падения и его величина также различны для хорошо отполированной и шероховатой поверхностей. При наклонном падении лазерного излучения на поверхность отражение зависит также от поляризации. Отражательные способности Rp-составляющей, лежащей в плоскости падения луча, и Rs-составляющей, перпендикулярной плоскости падения луча, в общем случае различны. Это означает, что отражательная способность поляризованного лазерного излучения зависит от ориентации вектора поляризации относительно поверхности металла и от оптических свойств его поверхности (http://wiki.laser.ru/index.php).

Поэтому для снижения затрат энергии на формирование однородного изотропного светового поля в генераторе СК целесообразно выполнить его внутреннюю поверхность зеркальной с возможностью обеспечения максимального отражения лазерного излучения в диапазоне длин волн от 762,3 до 762,4 нанометров.

Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием конструкции и работы двигателя со ссылкой на иллюстрацию, представленную на фиг.1, где изображена схема двигателя внутреннего сгорания, оборудованного генератором синглетного кислорода.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из рабочего цилиндра 1, в котором размещен поршень 2 с образованием камеры 3 сгорания. Поршень 2 через шатун 4 связан с коленчатым валом 5. В головке блока двигателя размещены клапаны 6 системы газораспределения и свеча системы зажигания (не показано). Также цилиндр 1 оснащен датчиком температуры (не показан), позволяющим измерять температуру газов в камере 3 сгорания. Двигатель оснащен выпускным трубопроводом 7 и впускным трубопроводом 11.

Во впускном трубопроводе 11 размещен узел 8 формирования топливовоздушной смеси с устройством 9 измерения и регулирования расхода воздуха. Топливо 10 поступает на вход смесеобразующего устройства узла 8 формирования топливовоздушной смеси. В качестве топлива может использоваться как жидкое, так и газообразное топливо. Узел 8 может содержать карбюратор, газовый смеситель или форсунку с электромагнитным или иным управлением.

Также во впускном трубопроводе 11 размещен генератор синглетного кислорода, обеспечивающий насыщение впускаемого воздуха 12 молекулами возбужденного кислорода в состоянии O2(a1Δg). Генератор синглетного кислорода выполнен в виде камеры 14 с внутренней зеркальной поверхностью 13. В другом варианте исполнения внутренняя поверхность 13 может быть выполнена полированной. В отверстии стенки камеры 14 закреплена выходная часть оптического волокна 15, входная часть которого связана с твердотельным Nd:YAG-лазером 16. снабженным кристаллом Al2O3Ti3+. Генератор синглетного кислорода в зависимости от потребностей и особенностей конструкции может быть установлен таким образом, чтобы через камеру 14 проходил весь воздух, подаваемый в цилиндры двигателя или только его часть.

Для инициирования воспламенения горючей смеси, рабочий цилиндр 1 оснащается свечой зажигания (не показано). В случае осуществления газодизельного режима работы, вместо свечи зажигания рабочий цилиндр 1 оснащается форсункой (не показано) подачи запальной дозы дизельного топлива.

Для перевода двигателя на работу по циклу Дизеля, подачу топлива 10 на вход смесеобразующего устройства узла 8 отключают, а всю цикловую дозу топлива подают через форсунку (не показано), размещенную в головке цилиндра 1. В другом варианте выполнения узел 8 заменяют проставкой (не показано) с аналогичными присоединительными размерами.

Геометрическую степень сжатия выбирают в зависимости от реализуемого в двигателе рабочего цикла. Изменение степени сжатия осуществляют любым известным способом: изменением высоты головки блока, геометрических параметров кривошипно-шатунного механизма, подключением/отключением дополнительной камеры и т.п.

Двигатель работает следующим образом.

Воздух 12, поступает во впускной трубопровод 11. Проходя через генератор СК, он насыщается молекулами электронно-возбужденного кислорода, находящегося в состоянии O2(a1Δg).

Образование молекул возбужденного кислорода, находящегося в состоянии O2(a1Δg) происходит в генераторе СК. Твердотельный Nd:YAG-лазер 16 с кристаллом Al2O3Ti3+ излучает волны длиной λ=762,346 нм. Излучение лазера 16 через оптическое волокно 15 подается в камеру 14. Поскольку внутренняя поверхность 13 камеры 14 выполнена зеркальной, то уже после нескольких отражений, за счет диффузионного рассеивания лазерного излучения в объеме камеры 14 формируется однородное изотропное световое поле. Также в объем камеры 14 подается воздух 12. Лазерное излучение с длиной волны λ=762,346 нм обеспечивает возбуждение молекулярного кислорода, при этом осуществляется переход молекулы из основного состояния O 2 ( X 3 Σ g , V ' , J ' , K ' ) в электронное состояние O 2 ( b 1 Σ g + , V ' ' , J ' ' , K ' ' ) с колебательными квантовыми числами V'=V''=0 и вращательными квантовыми числами J'=9, J''=8 и K'=K''=8. Из электронно-возбужденного состояния O 2 ( b 1 Σ g + ) большая часть молекул кислорода переходит в более устойчивое электронно-возбужденное состояние O2(a1Δg).

Топливо 10 поступает на вход смесеобразующего устройства узла 8 формирования топливовоздушной смеси. Далее, в узле 8 формируется топливовоздушная смесь требуемого состава, которая на такте впуска поступает в камеру 3 сгорания. Топливовоздушный заряд сжимается в цилиндре 1 двигателя и в конце такта сжатия смесь воспламеняется при помощи электрической искры. Наличие синглетного кислорода обеспечивает интенсивное протекание предпламенных реакций, поэтому фронт пламени быстро распространяется по всему объему камеры 3 сгорания. Сгорание происходит в районе верхней мертвой точки, практически при постоянном объеме.

Далее следуют процессы расширения и выпуска. Цикл работы двигателя повторяется.

В случае осуществления газодизельного режима работы газовое топливо 10 в газовом или жидком состоянии поступает на вход смесеобразующего устройства узла 8 формирования топливовоздушной смеси. В качестве смесеобразующего устройства может использоваться стандартный газовый смеситель или газовая форсунка. Далее, в узле 8 формируется топливовоздушная смесь требуемого состава, которая на такте впуска поступает в камеру 3 сгорания. Топливовоздушный заряд сжимается в цилиндре 1 двигателя и в конце такта сжатия в цилиндр 1 через дизельную форсунку (не показано) в объем камеры 3 сгорания впрыскивается запальная доза дизельного или иного легковоспламеняющегося топлива. Образующимся факелом горящего топлива воспламеняется смесь, находящаяся в цилиндре 1. Поскольку в топливовоздушной смеси в процессе такта сжатия активно шли предпламенные процессы, инициированные добавкой СК, то смесь быстро сгорает во всем объеме.

Далее следуют процессы расширения и выпуска. Цикл работы двигателя повторяется.

Для перевода двигателя на работу по циклу Дизеля, подачу топлива 10 на вход смесеобразующего устройства узла 8 отключают, а всю цикловую дозу топлива подают через форсунку (не показано), размещенную в головке цилиндра 1. Работа двигателя по циклу Дизеля осуществляется обычным образом.

Воздух, обогащенный на впуске молекулами СК в состоянии O2(a1Δg) подается в цилиндр 1. В конце такта сжатия в объем камеры 3 сгорания через форсунку (не показано) подается цикловая доза дизельного топлива. В связи тем, что в воздушном заряде присутствует достаточное количество активных электронно-возбужденных молекул СК, предпламенные реакции в зоне факела топлива протекают с большей скоростью. Сокращается период задержки воспламенения, что способствует уменьшению максимального давления цикла и температуры цикла.

Сокращение времени сгорания и повышение полноты сгорания обеспечивает повышение экономичности двигателя и снижение токсичности его отработавших газов.

Вне зависимости от реализуемого цикла работы двигателя СК, присутствующий во впускаемом воздухе интенсифицирует процессы горения. Наличие СК в топливовоздушном заряде создает условия для сокращения времени индукции и обеспечения объемного воспламенения топливовоздушного заряда в камере 3 сгорания при более низкой начальной температуре. Понижение предела воспламенения обеспечивает расширение диапазона эффективного обеднения смеси. При этом изменение концентрации СК в смеси за счет регулирования мощности лазерного излучения позволяет создать условия в камере сгорания, при которых обеспечивается поджигание, а также быстрое и полное сгорание бедных смесей.

Понижение предела воспламенения, кроме того, создает предпосылки для уменьшения максимальной температуры цикла. Возможность осуществления эффективного процесса горения при более низких температурах позволяет блокировать термический механизма образования NOX и, соответственно, существенно снизить выброс окислов азота с ОГ двигателя. Кроме того, общее снижение температуры цикла обеспечивает снижение удельных потерь тепла через стенки камеры сгорания и снижение теплонапряженности деталей двигателя в целом.

Для выполнения норм по токсичности ОГ двигателя регулируют температуру цикла таким образом, чтобы блокировать термический механизм образования NOX. Для этого измеряют температуру газов в камере 3 сгорания. Затем обедняют топливовоздушную смесь, для того чтобы снизить температуру газов в камере 3 сгорания и уменьшить количество образующихся окислов азота. Температуру газов в камере 3 сгорания снижают до необходимого уровня вплоть до полного блокирования термического механизма образования NOX, т.е. вплоть до 1400-1500К. Обеспечение воспламенения обедненной смеси добиваются увеличением количества синглетного кислорода в воздухе, подаваемом в цилиндр двигателя. Большее количество синглетного кислорода в топливовоздушной смеси обеспечивает устойчивое воспламенение обедненных топливовоздушных смесей, расширяя тем самым пределы эффективного обеднения.

Таким образом, обогащение воздуха на впуске в двигатель синглетным кислородом обеспечивает сокращение времени индукции и благоприятно воздействует на процесс воспламенения топливовоздушного заряда. При этом наличие активных центров окисления топлива в форме синглетного кислорода состояния O2(a1Δg) позволяет интенсифицировать протекание цепной реакции окисления в камере сгорания двигателя и снизить температуру начала самовоспламенения.

Осуществление интенсивного горения топливовоздушной смеси обедненного состава при более низкой температуре позволит также снизить эмиссию токсичных веществ с отработавшими газами двигателя.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий цилиндр с камерой сгорания, систему впуска с генератором синглетного кислорода, систему топливоподачи и систему выпуска, отличающийся тем, что рабочий цилиндр снабжен датчиком температуры, установленным с возможностью измерения температуры газов в камере сгорания и связанным с генератором синглетного кислорода для изменения количества синглетного кислорода на впуске.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что генератор синглетного кислорода оснащен твердотельным лазером, излучающим волны длиной от 762,3 до 762,4 нанометров.

3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что внутренняя поверхность генератора синглетного кислорода выполнена зеркальной с возможностью обеспечения максимального отражения лазерного излучения в диапазоне длин волн от 762,3 до 762,4 нанометров.

4. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в подаче в цилиндр двигателя воздуха и топлива, насыщении воздуха на впуске синглетным кислородом, формировании топливовоздушной смеси заданного состава, сжатии и воспламенении топливовоздушного заряда в камере сгорания двигателя, расширении образующихся при сгорании газов и выпуске их из цилиндра двигателя, отличающийся тем, что измеряют температуру газов в цилиндре двигателя, а количество синглетного кислорода в воздухе, подаваемом во впускной трубопровод, устанавливают в зависимости от величины измеренной температуры.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что ограничивают максимальную температуру цикла путем обеднения топливовоздушной смеси с одновременным увеличением количества синглетного кислорода на впуске.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области двигателестроения и позволяет расширить диапазон рабочих режимов двигателя с компрессионным зажиганием за счет повышения устойчивости воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре ДВС.

Изобретение относится к быстроходным двигателям с воспламенением от сжатия и может быть использовано в других тепловых двигателях с периодическим процессом сгорания.
Наверх