Способ работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к шеститактным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя на различных видах топлива. Сущность изобретения заключается в том, что в шеститактном двигателе осуществляют подачу воздуха в цилиндр 1, его сжатие, впрыскивание топлива, первое сжатие смеси воздуха и топлива, преобразование смеси воздуха и топлива в газовую горючую смесь при холостом ходе поршня 2, второе сжатие газовой горючей смеси, воспламенение, сгорание, расширение и выпуск отработавших газов. При холостом ходе поршня 2 и в такте второго сжатия газовой горючей смеси в цилиндр 1 подают дополнительный заряд воздуха под давлением 3-4 кг/см2 через нагнетающий клапан 9, режим работы которого настраивают в зависимости от вида используемого топлива и требуемой степени сжатия газовой горючей смеси. Топливо впрыскивают в такте первого сжатия после поворота коленчатого вала 3 на 145-147° от начала такта, причем тяжелое топливо впрыскивают в два этапа: 90-95% - в такте первого сжатия смеси воздуха и топлива и 5-10% - в такте второго сжатия газовой горючей смеси после поворота коленчатого вала 3 на 170-173° от начала такта. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания с установленным передаточным отношением распределительного и коленчатого валов.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, передаточное отношение распределительного и коленчатого валов которого составляет 1:2, включающий подачу в цилиндр заряда воздуха и топлива, его сжатие, воспламенение электрической искрой, сгорание, расширение и выпуск отработавших газов (см. С.В. Демиховский и др. Устройство и эксплуатация автомобилей «Жигули» и «Москвич», М., изд. ДОСААФ, 1985, стр. 12-15).

Недостатком указанного способа является то, что степень сжатия заряда воздуха и топлива небольшая и его невозможно преобразовать в однородную газовую смесь горючего и окислителя, капли топлива получаются разной фракции, и если мелкие испаряются и окисляются в процессе горения, то крупные не успевают и отдают свою энергию частично, а часть их в виде испарения и полусгоревшего топлива (СО) уходит в атмосферу, засоряя окружающую среду. Кроме того, осуществление зажигания до окончания такта сжатия создает встречное сопротивление, на что уходит 10-20% мощности сгорания.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания передаточное отношение распределительного и коленчатого валов которого составляет 1:3 (см. патент РФ на изобретение №2169850, МПК: F02B 75/02, заявлено 10.08.1999 г., опубликовано 27.06.2001 г.). Цикл работы этого двигателя включает подачу заряда воздуха в цилиндр (такт 1), сжатие заряда воздуха, впрыскивание топлива в цилиндр, первое сжатие смеси топлива и воздуха (такт 2), преобразование смеси топлива и воздуха в газовую горючую смесь при холостом ходе поршня (такт 3), второе сжатие газовой горючей смеси (такт 4), воспламенение электрической искрой, сгорание, расширение (такт 5) и выпуск отработавших газов (такт 6).

В такте 2 сначала происходит сжатие заряда воздуха, при котором давление и температура в цилиндре повышаются. Затем впрыскивают топливо, которое в виде мелких капель (брызг) во взвешенном состоянии должно смешиваться с уплотненным зарядом воздуха. Если впрыскивание топлива происходит в недостаточно уплотненный воздух (преждевременное впрыскивание), брызги топлива могут собираться в крупные капли и стекать по стенкам цилиндра. Если впрыскивание происходит в значительно уплотненный и имеющий высокую температуру воздух (запоздалое впрыскивание), в результате трения капель о плотный слой воздуха может произойти самовоспламенение топлива. Отсюда следует, что несвоевременность впрыскивания топлива снижает надежность работы двигателя. В конце такта 2 степень первого сжатия смеси воздуха и топлива достигает 10-12, и смесь нагревается до 350-450°. При холостом ходе поршня (такт 3), при его движении от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), происходит испарение частиц топлива и образование газовой горючей смеси, которая вновь сжимается до той же степени сжатия при движении поршня от НМТ к ВМТ (такт 4). Преобразование топливной смеси в газовую горючую смесь обеспечивает качественное сгорание топлива и уменьшение токсичности выхлопных газов. Теоретически в двигателе может быть использовано различное топливо: легкое (бензин, керосин) и тяжелое (дизельное топливо). Однако, работа двигателя со степенью сжатия 10-12 не эффективна, топливо сгорает полностью, но с недостаточным давлением на поршень, а значит, с потерей мощности и увеличенным расходом топлива.

Задачей, решаемой предлагаемым способом, является увеличение степени сжатия газовой горючей смеси при неизменных габаритах камеры сгорания для повышения эффективности и экономичности работы двигателя, обеспечения надежности работы на любых видах топлива: легком (бензин разных марок, керосин, растворители, спирты, газовое топливо - пропан), тяжелом (солярка, нефть, мазут, биотопливо), обеспечения качественного сгорания топлива и снижения токсичности выхлопных газов.

Поставленная задача решается тем, что в способе работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания с передаточным отношением распределительного и коленчатого валов 1:3, включающем подачу заряда воздуха в цилиндр, его сжатие, впрыскивание топлива в цилиндр, первое сжатие смеси воздуха и топлива, преобразование смеси воздуха и топлива в газовую горючую смесь при холостом ходе поршня, второе сжатие газовой горючей смеси, воспламенение, сгорание, расширение и выпуск отработавших газов, при холостом ходе поршня и в такте второго сжатия газовой горючей смеси в цилиндр подают дополнительный заряд воздуха, а топливо впрыскивают в такте первого сжатия после поворота коленчатого вала на 145-147° от начала такта, при этом дополнительный заряд воздуха подают под давлением 3-4 кг/см2 через нагнетающий клапан, режим работы которого настраивают в зависимости от вида используемого топлива и требуемой степени сжатия газовой горючей смеси, а тяжелое топливо впрыскивают в два этапа: 90-95% - в такте первого сжатия смеси воздуха и топлива и 5-10% - в такте второго сжатия газовой горючей смеси после поворота коленчатого вала на 170-173° от начала такта.

На чертеже (Фиг. 1) схематично изображен двигатель внутреннего сгорания для осуществления предлагаемого способа.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1 с поршнем 2, механически связанным с коленчатым валом 3, который, в свою очередь, через механизм передачи 4 с передаточным отношением 3:1 связан с распределительным валом 5. Цикл работы двигателя совершается за три оборота коленчатого вала 3 и один оборот распределительного вала 5 и включает шесть тактов. На распределительном валу 5 расположены кулачки 6, взаимодействующие с впускным 7, выпускным 8 и нагнетающим 9 клапанами, открывающие и закрывающие их в нужные моменты. В головке цилиндра установлены свеча зажигания 10 для воспламенения легкого топлива и форсунка 11 для впрыска и воспламенения тяжелого топлива.

Работа двигателя осуществляется следующим образом.

Такт 1. Впуск. Поршень 2 движется от ВМТ к НМТ. Через открытый впускной клапан 7 в цилиндр 1 поступает заряд воздуха. При этом в течение поворота коленчатого вала 3 на 30° от начала такта остаются открытыми выпускной 8 и нагнетающий 9 клапаны.

Такт 2. Сжатие 1. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. После поворота коленчатого вала 3 от начала такта на 45° впускной клапан 7 закрывается. Находящийся в цилиндре 1 воздух сжимается, его температура и давление в цилиндре 1 повышаются. Затем впрыскивают топливо. Опытным путем установлено, что топливо целесообразно впрыскивать после поворота коленчатого вала 3 на 145-147°, так как в этом положении поршня 2 плотность сжатия воздуха и его температура обеспечат взвешенное состояние капель топлива без воспламенения. При работе двигателя на легком топливе в цилиндр 1 впрыскивают всю порцию топлива, расходуемого в цикле работы двигателя, а при работе двигателя на тяжелом топливе - 90-95% расходуемого в цикле топлива. Далее происходит сжатие смеси капель топлива с воздухом, при этом капли топлива начинают испаряться, переходить в газообразное состояние, образуя газовую смесь с воздухом. Степень сжатия для легкого топлива в этом такте - 9-10, для тяжелого топлива - 14-15.

Такт 3. Холостой ход. Поршень 2 движется от ВМТ к НМТ. Частицы топлива продолжают испаряться, происходит диффузия газообразного топлива в воздух, образуется газовая горючая смесь. При опускании поршня 2 давление в цилиндре 1 падает, и, когда оно достигнет 1,5-2 кг/см2, открывается нагнетающий клапан 9, и в цилиндр 1 подается воздух под давлением 3-4 кг/см2. Это происходит после поворота коленчатого вала 3 примерно на 90° от начала такта.

Такт 4. Сжатие 2. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. Воздух от нагнетающего клапана 9 продолжает поступать в цилиндр 1 до тех пор, пока давление в цилиндре 1 не превысит давление воздуха, выходящего из клапана 9, после чего нагнетающий клапан 9 закрывается. Это происходит после поворота коленчатого вала 3 от начала такта примерно на 90°. Общее количество поданного в тактах 3 и 4 дополнительного воздуха определяется величиной степени сжатия, которую необходимо получить в камере сгорания, сжимая увеличенный за счет дополнительного заряда воздуха объем газовой горючей смеси. Режим работы нагнетающего клапана 9 (его открытие и закрытие) настраивается в зависимости от вида используемого топлива. Так, степень сжатия газовой горючей смеси в конце такта для легкого топлива может быть увеличена до 16, для тяжелого топлива - до 20. Воспламенение легкого топлива происходит от свечи зажигания 10 после поворота коленчатого вала 3 на 165-175° от начала такта. При работе на тяжелом топливе после поворота коленчатого вала 3 на 170-172° от начала такта «сжатие 2» в цилиндр 1 форсункой 11 впрыскивают оставшиеся 5-10% топлива для воспламенения горючей смеси.

Такт 5. Рабочий ход. Поршень 2 движется от ВМТ к НМТ. Давление в цилиндре 1 при сгорании как легкого, так и тяжелого топлива составляет 140-160 кг/см2, температура сгорания - около 3000°, скорость сгорания - более 100 м/с. Топливо сгорает в течение поворота коленчатого вала 3 на 20-25° от начала такта, происходит полное сгорание топлива без образования угарного газа. Поршень 2 совершает рабочий ход, открывается выпускной клапан 8 и отработавшие газы уходят в атмосферу.

Такт 6. Выхлоп. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. Оставшиеся в цилиндре 1 газы поршень 2 выталкивает в атмосферу. После поворота коленчатого вала 3 на 150° от начала такта вновь открывается нагнетающий клапан 9 для продувки цилиндра 1 воздухом под давлением 3-4 кг/см2. Выпускной 8 и нагнетающий 9 клапаны закрываются в начале первого такта «впуск» после поворота коленчатого вала 3 на 30° от начала первого такта.

Предлагаемый способ работы двигателя внутреннего сгорания двойного сжатия за счет возможности увеличивать степень сжатия обеспечивает надежную работу на любом виде топлива: легком, тяжелом, газообразном, позволяет повысить мощность двигателя, его экономичность и экологичность. Коэффициент полезного действия двигателя, работающего предлагаемым способом, составляет 45-50%.

1. Способ работы шеститактного двигателя внутреннего сгорания с передаточным отношением распределительного и коленчатого валов 1:3, включающий подачу заряда воздуха в цилиндр, его сжатие, впрыскивание топлива в цилиндр, первое сжатие смеси воздуха и топлива, преобразование смеси воздуха и топлива в газовую горючую смесь при холостом ходе поршня, второе сжатие газовой горючей смеси, воспламенение, сгорание, расширение и выпуск отработавших газов, отличающийся тем, что при холостом ходе поршня и в такте второго сжатия газовой горючей смеси в цилиндр подают дополнительный заряд воздуха, а топливо впрыскивают в такте первого сжатия после поворота коленчатого вала на 145-147° от начала такта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный заряд воздуха подают под давлением 3-4 кг/см2 через нагнетающий клапан, режим работы которого настраивают в зависимости от вида используемого топлива и требуемой степени сжатия газовой горючей смеси.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тяжелое топливо впрыскивают в два этапа: 90-95% - в такте первого сжатия смеси воздуха и топлива и 5-10% - в такте второго сжатия газовой горючей смеси после поворота коленчатого вала на 170-173° от начала такта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с дифференциальным ходом поршня имеет вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра и содержащий внутреннюю часть поршня, шток поршня, соединенный на первом конце с упомянутой внутренней частью поршня, наружную часть поршня, которая служит в качестве носителя для упомянутой внутренней части поршня и соединена с упомянутым валом двигателя, причем упомянутая внутренняя часть поршня выполнена с возможностью работать по циклу, отличному от цикла наружной части поршня, и управляющий рычажный механизм, соединенный с упомянутым двигателем в точке крепления, причем упомянутый управляющий рычажный механизм соединен со вторым концом упомянутого штока поршня, определяя точку копирования, в котором упомянутый управляющий механизм направляет и определяет перемещение упомянутой точки копирования таким образом, что оно по существу выровнено с осью упомянутой камеры цилиндра.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно тепловым двигателям, преимущественно двигателям внутреннего сгорания и способам работы тепловых двигателей.

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям с самовоспламенением смеси. .

Изобретение относится к области тепловых двигателей и волновых компрессоров и предназначено преимущественно для применения в энергетике и на транспорте. .

Изобретение относится к двигателестроению. .

Изобретение относится к области поршневых двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно, к двухтактным двигателям с внешним нагнетателем. Техническим результатом является повышение КПД.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двухтактным двигателям с поршневым нагнетателем. Техническим результатом является повышение надежности и удельной мощности двигателя.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к способам работы двухтактных двигателей. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам наддува дизеля. .

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания, используемым в качестве силовых установок во всех видах транспорта - автомобильном, воздушном, железнодорожном, морском и речном, а также в сельскохозяйственных и строительных машинах, электростанциях, мотоциклах, нефтяной и газовой промышленностях и других гражданских и военных отраслях народного хозяйства во всех странах мира.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, и может быть использовано в автомобильных двигателях.

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к способам работы двухтактных двигателей внутреннего сгорания и их конструкциям. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с распределенным рабочим циклом. Техническим результатом является улучшение экономичности при упрощении конструкции. Сущность изобретения заключается в том, что выпуск отработавших газов выполняют только на части такта, а на другой осуществляют внутреннюю рециркуляцию путем сжатия рециркуляционной части отработавших газов. Воздух подают в камеру сгорания с давлением и температурой конечной ступени компримирования. Нагревают заряд воздуха до температуры воспламенения топлива за счет теплоты от сжатия рециркуляционной части отработавших газов, после чего на первом такте вначале выполняют впрыск топлива, сгорание рабочей смеси, а далее в процессе ее расширения осуществляют циклические подачи заряда сжатого воздуха и топлива, сгорание и расширение всего количества рабочей смеси до конца первого такта. При этом, в зависимости от режима работы двигателя, регулируют как количественное соотношение порций воздуха и топлива, так и их цикличность, а кроме того, и количество рециркуляционной части отработавших газов. 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к шеститактным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя на различных видах топлива. Сущность изобретения заключается в том, что в шеститактном двигателе осуществляют подачу воздуха в цилиндр 1, его сжатие, впрыскивание топлива, первое сжатие смеси воздуха и топлива, преобразование смеси воздуха и топлива в газовую горючую смесь при холостом ходе поршня 2, второе сжатие газовой горючей смеси, воспламенение, сгорание, расширение и выпуск отработавших газов. При холостом ходе поршня 2 и в такте второго сжатия газовой горючей смеси в цилиндр 1 подают дополнительный заряд воздуха под давлением 3-4 кгсм2 через нагнетающий клапан 9, режим работы которого настраивают в зависимости от вида используемого топлива и требуемой степени сжатия газовой горючей смеси. Топливо впрыскивают в такте первого сжатия после поворота коленчатого вала 3 на 145-147° от начала такта, причем тяжелое топливо впрыскивают в два этапа: 90-95 - в такте первого сжатия смеси воздуха и топлива и 5-10 - в такте второго сжатия газовой горючей смеси после поворота коленчатого вала 3 на 170-173° от начала такта. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх