Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания, работающим с водосодержащими присадками. Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик путем повышения надежности КПД двигателя, а также снижение загрязнения окружающей среды. Смесь газов, образующаяся в результате сгорания топлива в цилиндре 1, давит как на поршень 2 двигателя, так и на поршень 3 плунжерного насоса 4, установленного непосредственно в головке цилиндра 5. Перемещение поршня 3 передается плунжеру 6, с помощью которого вода /жидкость/, находящаяся в плунжерной камере 7, подается в форсунку 8. При достижении определенного давления открывается запорная игла 9, поджатая пружиной 10, и воды /жидкость/ впрыскивается в полость 11 камеры сгорания. Поджимающая пружина 10 рассчитана на соответствующее давление, превышение которого позволяет открыть запорную иглу. Запорная игла открывается в определенный момент положения коленчатого вала, способствующего наиболее эффективному впрыску воды. Количество воды /жидкости/ регулируется винтом 12. 1 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания, работающим с водосодержащими присадками.

Известен двигатель внутреннего сгорания [1], имеющий подводящую магистраль, систему распыления и нагнетания с впрыском воды перед карбюратором. Устройство применяется с целью экономии топлива. Однако подвод воды в карбюратор не позволяет получить однородную смесь с топливом, что приводит к неравномерности процесса горения, неравномерности теплоотдачи и неполному сгоранию топлива. В конечном итоге это сказывается на ресурсе двигателя, неудовлетворительной экологичности и относительно невысокому КПД.

Известен двигатель внутреннего сгорания [2], который можно использовать в качестве системы впрыска водных растворов, содержащий плунжерный насос, состоящий из корпуса, поршня, плунжера, плунжерной камеры с входным и выходным каналами, и форсунку. В корпусе плунжерного насоса надпоршневая и подпоршневая полости связаны магистралями с баком через подкачивающий насос, с помощью которого осуществляется работа плунжерного насоса. Регулирование частоты и длительности импульса подачи жидкости через форсунку осуществляется с помощью пневмоэлектрических агрегатов, встроенных в подводящие магистрали.

В данной системе впрыска наличие отдельного подкачивающего насоса и регулирующей аппаратуры усложняет конструк- цию, из-за большого количества движущихся деталей снижается надежность, увеличиваются вес и габариты. Кроме того, подача водосодержащих присадок в камеру сгорания должна проводиться в определенный момент времени, когда поворот коленчатого вала после верхней мертвой точки ограничивается диапазоном 12...30^о.

Система, имеющая несколько дроссельных устройств, клапанов обладает большой инерционностью и трудно поддается точной синхронизации и регулированию в узком диапазоне, особенно при изменении режимов работы двигателя. Вследствие этого снижается эффективность водосодержащих присадок. При несинхронном (вне указанного угла поворота коленчатого вала впрыске воды (угол меньше 12^о) увеличивается неполнота сгорания топлива и поглощение водой части тепловой энергии в период развития процесса горения, вследствие этого снижается КПД двигателя и его экономичность. При угле поворота коленчатого вала более 30^о впрыск воды теряет эффективность, так как открывается выпускной канал и водосодержащие присадки выбрасываются в окружающую среду.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик путем повышения надежности, КПД и снижение загрязнения окружающей среды.

Это достигается тем, что в известной системе впрыска, имеющей плунжерный насос, состоящий из корпуса, поршня, плунжера, плунжерной камеры с входным и выходным каналами, и форсунку, установленную в головке камеры сгорания двигателя, насос устанавливается в головку камеры сгорания двигателя, при этом рабочий объем камеры сгорания сообщен каналом с полостью под поршнем плунжерного насоса, а ход плунжера ограничен регулировочным винтом.

Установка плунжерного насоса непосредственно в головку цилиндра и газодинамическая связь с камерой сгорания позволяет работать без подкачивающего насоса, приводящего в работу плунжерный насос, соединяющей арматуры и агрегатов синхронизации. При движении поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ) на такте сжатия в результате процесса сгорания топливовоздушной смеси рабочее давление в камере сгорания передается на поршень плунжерного насоса, который в свою очередь перемещает плунжер, сжимающий рабочую жидкость, поступающую через входной канал, до необходимого давления. Давление определяется необходимым расходом воды, впрыскиваемой в рабочий цилиндр за определенное время (в течение поворота коленчатого вала после ВМТ между 12 и 30^о). Изменением длины хода плунжера с помощью регулировочного винта можно добиться необходимой величины объема впрыскиваемой жидкости. Поскольку плунжерная камера выходным каналом соединена с форсункой, установленной на головке блока цилиндра рядом с плунжерным насосом, а водосодержащие присадки практически несжимаемы, то давление впрыска будет регулироваться величиной упругости пружины, установленной в форсунке и запирающей с помощью иглы отверстие впрыска. Пружина настраивается на давление воды, соответствующее давлению газа при нахождении поршня в верхней мертвой точке. За счет запаздывания срабатывания пружины и инерционности системы впрыск происходит в зоне ограничения по углу поворота коленчатого вала. Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет использования давления рабочих газов в цилиндре уменьшено количество движущихся в узлах деталей, что повышает надежность.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство состоит из корпуса плунжерного насоса 1, в котором в поршневом канале 2 находится поршень 3. Поршень 3 находится в контакте с плунжером 4, который имеет ступенчатую форму и имеет два различных диаметра. Малым диаметром плунжер входит в плунжерную камеру 5. В нижней части плунжерной камеры находится входной канал 6, сообщающий плунжерную камеру с магистралью подвода воды через штуцер 7. В верхней части плунжерной камеры расположено выходное отверстие 9, которое служит для вывода воды под давлением через штуцер 10 и магистраль, которая подводит воду к форсунке. Ход плунжера изменяется регулировочным винтом 8, который вворачивается в верхнюю часть плунжерного канала. Он служит для изменения объема (следовательно, и количества) впрыскиваемой воды. Форсунка вворачивается также в головку цилиндра двигателя 12 и состоит из корпуса 11, в котором имеется канал 13 для подвода воды в камеру. В корпусе имеется также полость 14, к которой подводится вода по каналу 13 и через которую проходит запорная игла 15, имеющая ступенчатую форму. На запорную иглу действуют силы давления воды в полости 13 и сила давления пружины 16, установленной в верхней части запорной иглы и удерживающей ее в режиме запирания. Игла перекрывает вход в форсунку 18 для распыления воды. Форсунка расположена в верхней части рабочей полости камеры 19 сгорания над поршнем 17 двигателя.

Устройство работает следующим образом.

Поршень 3 перемещается под действием давления продуктов сгорания и передает движение на плунжер 4, имеющий ступенчатую форму. В свою очередь плунжер 4 сжимает жидкость (воду) в плунжерной камере 5, которая поступает через входной канал 6 через подводящий штуцер 7 под небольшим давлением (1. . .2 ати). Объем плунжерной камеры 5 регулируется с помощью регулировочного винта 8, который ограничивает движение плунжера 4. Под действием поршня жидкость вытесняется через выходной канал 9, штуцер 10 и магистраль в форсунку, корпус 11, который состоит из двух частей и ввернут в верхнюю часть головки цилиндра 12, и по каналу 13 попадает в полость 14. Давление жидкости передается на запирающую иглу 15 и пружину 16. Пружина 16 рассчитана на давление, равное давлению газов в головке цилиндра, когда поршень 17 находится в верхней мертвой точке (максимальное давление). Под действием давления воды запирающая игла 15 смещается вверх, сжимая пружину 16, и открывает отверстие впрыска 18, через которое жидкость выбрасывается в рабочую полость цилиндра 19 на обратном ходе поршня 17.

При нахождении поршня 17 в нижней мертвой точке, когда в рабочей полости камеры 19 образуется разрежение, поршень 3 под действием плунжера 4, на который действует избыточное давление жидкости, поступающей из входного канала 6, возвращается в нижнее положение. Поступающая из входного канала 6 жидкость заполняет плунжерную полость 5, а пружина 16 в форсунке возвращает запорную иглу 15 в исходное положение, перекрывая отверстие впрыска 18. В дальнейшем этот процесс повторяется с частотой, соответствующей рабочему такту. Регулировочный винт 8 может быть соединен с аксельратором газа и менять свое положение в зависимости от режима работы.

Эффективность такой конструкции устройства впрыска определяется непосредственной газодинамической связью с рабочим циклом двигателя. Система впрыска не зависит от типа двигателя и может применяться как на дизельных, так и на бензиновых двигателях, она также не зависит от состава рабочей смеси и может применяться как для впрыска воды с различными компонентами, так и для впрыска топлива и всевозможных жидких смесей. Меньшее, чем у прототипа, количество движущихся относительно друг от друга деталей и агрегатов упрощает конструкцию, снижает габариты и вес повышает надежность и ресурс. Простота расчета регулирующих элементов и непосредственная связь и зависимость впрыска от фазы работы двигателя позволяет более точно производить впрыск в определенный момент рабочего цикла, что повышает эффективность процесса, а следовательно, КПД. Правильно подобранный момент впрыска позволяет полнее произвести дожигание остатков топлива в цилиндре, снизить температуру газов за счет затраты тепла на испарение воды, очистить стенки камеры от нагара (с помощью воды и различных присадок), снизить количество вредных продуктов сгорания (снижение температуры в цилиндре уменьшает количество образующихся вредных окислов, а присадки в воде могут связывать канцерогенные вещества и превращать их в безвредные), выбрасываемых в атмосферу.

Формула изобретения

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий рабочую камеру сгорания, устройство для впрыска воды с плунжерным насосом, состоящим из корпуса, поршня, плунжера, плунжерной камеры с входным и выходным каналами, форсунки, установленной в головке цилиндра рабочей камеры сгорания, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем повышения надежности, КПД и снижения загрязнения окружающей среды, плунжерный насос установлен в головке цилиндра рабочей камеры сгорания двигателя, при этом камера сгорания сообщена каналом с полостью под поршнем плунжерного насоса, а ход плунжера ограничен регулировочным винтом, выполненным с возможностью изменения количества впрыскиваемой воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1