Способ приготовления топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания системы "cba".

 

Использование: в двигателях внутреннего сгорания ( ДВС ). Двигатели имеют многоцелевое назначение и могут найти применение в авиации, морском и речном транспорте, в насосах на электростанциях. Сущность изобретения: способ заключается в повышении степени сжатия в картере двигателя более чем в два раза по сравнению с известными ДВС, что обеспечивает увеличение литровой мощности до 100 л. с. при оборотах менее 6000 об/мин, надежность и упрощение конструкции. В двигателе системы СВА для реализации этого способа продувку двигателя осуществляют только через продувочный канал поршня, все продувочные каналы цилиндра не связаны с кривошипной камерой постоянно, длина продувочных каналов меньше длины поршня, а количество продувочных окон в поршне соответствует количеству продувочных каналов цилиндра. Рабочий процесс в двигателях системы СВА обеспечивает удельный расход горючего меньше, чем в малолитражных дизельных двигателях и гарантирует экологически чистую работу. 2 с. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), в частности к способам и системам подачи топлива или горючей смеси для ДВС, а также к устройствам для перераспыления сконденсировавшегося топлива или гомогенизации горючей смеси. Может применяться и использоваться в автомобильном, авиационном, морском и речном транспорте, а также в насосах электростанций.

Известен способ приготовления топливной смеси в карбюраторах двухтактных двигателей внутреннего сгорания, которая затем поступает в картер двигателя, сжимается до степени сжатия ε_к<1,5 и далее участвует в продувке цилиндра [1] Однако в данном способе отсутствуют условия для перевода топливной смеси из жидкого состояния в парообразное, так как степень сжатия в картере ε_к<1,5 недостаточна для нагрева топливной смеси до температуры испарения всех фракций топлива.

Известен ДВС, в цилиндре которого ось продувочных каналов расположена параллельно оси цилиндра, а продувка организована через длинные продувочные каналы в теле цилиндра, постоянно связанные с картером, и короткие, постоянно не связанные с ним. Основная масса свежей смеси (85-90%) продувается через длинные каналы, минуя внутреннюю полость поршня, и только 10-15% продувается через короткие продувочные каналы и участвуют в охлаждении днища поршня [1] Известен также двигатель внутреннего сгорания, в котором используется подогрев продувочного и распыливающего топливо воздуха отработавшими газами.

Однако парообразование в двигателе выполняется вне его в специальных устройствах, что значительно утяжеляет конструкцию, делая ее громоздкой, увеличивает вес агрегата и его габаритные размеры [2] Технический результат изобретения заключается в увеличении степени сжатия в картере двигателя до ε_к= 3,5, что значительно влияет на эффективность работы двигателя.

Для получения данного технического результата применяется способ приготовления топливной смеси в двигателях внутреннего сгорания, который состоит в переводе жидкого топлива в картере двигателя в парообразное состояние до начала рабочего процесса в нем. Повышение степени сжатия до ε_к= 3,5 обеспечивает: более легкий запуск ДВС; запуск при более низкой температуре; запуск и работу на обедненной смеси; работу на более тяжелом топливе (керосин); более высокую температуру сгорания (гомогенное горение), большую равномерность состава смеси по объему и скорость сгорания, что исключает выброс недогоревшего топлива и нагарообразование. Повышение испаряемости может быть использовано для повышения экономичности не только за счет более полного сгорания, но и за счет работы на бедной смеси. Двигатель с низким ε_к запускается на переобогащенной смеси, т.е. у него температура сгорания ниже, чем при стехиометрическом соотношении компонентов. Такие же температура и степень расширения могут быть получены и для обедненной смеси в случае более высоких ε_к (при лучшей испаряемости, как в предлагаемом способе). При этом расход топлива значительно снижается. При повышении ε_к на сжатие и разрежение в картере затрачивается большая работа. Однако в конечном счете эта работа не теряется, так как она связана с состоянием рабочего тела. При более сильном сжатии в картере смесь сильнее разогревается, соответственно повышается температура сгорания. Повышение температуры приводит к изменению характера процесса "выхлоп наполнение цилиндра". При низких ε_к для обеспечения перепада давления, необходимого для продувки и наполнения цилиндра, нужно обеспечить предварительно выхлоп сильно недорасширенной смеси, что приводит к потерям полученной работы. В ДВС давление в цилиндре в конце рабочего хода не превышает 0,2 МПа, а давление в картере составляет 0,05 МПа, поэтому сначала открывается выхлопное окно для сброса давления, а затем продувочное, высота выхлопного окна в 2 раза выше продувочного, что приводит к выбросу значительной части свежей топливной смеси в выхлопное окно. В предлагаемом способе в двигателе системы СВА давление в конце рабочего хода составляет не более 0,2 МПа, а давление в картере 0,35 МПа, что позволяет производить продувку цилиндра одновременно с выхлопом и тем самым свести к минимуму выброс свежей топливной смеси в выхлопное окно.

Технический результат, достигаемый в предлагаемом ДВА системы СВА для реализации способа приготовления топливной смеси, заключается в увеличении литровой мощности двигателя до 100 л.с. при оборотах менее 6000 об/мин, снижении удельного расхода топлива, использовании более дешевого топлива, а также в улучшении экологических свойств двигателя.

Для получения технического результата в двигателе внутреннего сгорания cистемы CBA, состоящем из кривошипной камеры и цилиндра с впускными и выпускными окнами, продувочными каналами и с установленным в нем поршнем, образующим с цилиндром камеру сгорания, продувку двигателя осуществляют только через продувочный канал (центральный отсек) поршня, все продувочные каналы цилиндра постоянно не связаны с кривошипной камерой, длина продувочных каналов цилиндра меньше длины поршня. Продувочные каналы цилиндра периодически отсекаются поршнем от кривошипной камеры, что позволяет снизить объем кривошипной камеры и получить значительное разрежение при вса- сывании и, следовательно, увеличить скорость потока поступающего через впускное окно цилиндра рабочей смеси. Уменьшение объема кривошипной камеры приводит к увеличению степени сжатия в ней. Применение продувочных окон, образованных верхней кромкой продувочных каналов цилиндра и днищем поршня, равных по высоте выхлопному окну цилиндра, позволяет производить продувку цилиндра одновременно с выпуском отработанных газов, что сводит к минимуму перетекание рабочей смеси в выхлопное окно цилиндра до начала рабочего цикла. Во всех известных двигателях этого добиться невозможно, так как высота выхлопного окна в два раза выше продувочного. Разделение поршня вертикальными перегородками позволяет получить три отсека: два периферийных и центральный. Периферийные отсеки герметично закрыты сегментными крышками, в результате чего объемы периферийных отсеков не входят в объем кривошипной камеры, что позволяет дополнительно увеличить степень сжатия в кривошипной камере. Организация всей продувки через центральный отсек поршня и продувочные окна, расположенные под днищем поршня, обеспечивает интенсивный теплоотвод от днища поршня рабочей смесью, имеющей значительно меньшую температуру, чем температура днища поршня.

Целесообразно продувочные окна цилиндра располагать под некоторым углом α к вертикальной оси цилиндра, что позволяет направить поток рабочей смеси в процессе продувки цилиндра значительно в сторону от выхлопного окна цилиндра и прижать поток рабочей смеси к стенкам цилиндра, освободив центральную зону цилиндра для выхода отработанных газов, в результате чего сводится к минимуму перетекание свежей рабочей смеси в выхлопное окно цилиндра. Внесенные конструктивные изменения позволяют двигателю системы СВА работать без детонации на оптимально высокой степени сжатия ε_к=12.

На фиг. 1 представлен двигатель внутреннего сгорания системы СВА, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 разрезы Б-Б и В-В на фиг. 2 соответственно; на фиг. 5 развертка внутренней поверхности цилиндра.

Двигатель внутреннего сгорания системы СВА содержит кривошипную камеру (не показана) и цилиндр 1 с впускным 2 и выпускным 3 окнами и продувочными каналами 4. В цилиндре 1 установлен поршень 5, образующий с цилиндром 1 камеру 6 сгорания. Продувочные каналы 4 имеют длину меньше высоты поршня 5, берут начало под днищем 7 поршня 5 и не связаны постоянно с кривошипной камерой. Высота продувочных окон 8, образованных верхней кромкой продувочного канала 4 цилиндра 1 и днищем 7 поршня 5, равна высоте выпускного окна 3 цилиндра 1. Ось продувочных каналов 4 выполнена наклонной под некоторым углом α к вертикальной оси цилиндра 1. Во внутренней полости поршня 5 в продольных параллельных плоскостях установлены две вертикальные перегородки 9 и 10, которые образуют два периферийных отсека 11 и 12 и центральный отсек 13. Периферийные отсеки 11 и 12 герметично закрыты сегментными крышками 14 и 15. Центральный отсек 13 является частью объема кривошипной камеры и периодически через продувочные окна 8 поршня 5 и продувочные каналы 4 цилиндра 1 соединяет кривошипную камеру с камерой 6 сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания системы СВА работает по известному двухтактному циклу.

Рабочая смесь поступает в кривошипную камеру через впускное окно 2 цилиндра 1 (фиг. 1 и 2). При движении поршня 5 вниз впускное окно 2 закрывается и рабочая смесь сжимается в кривошипной камере. Далее при движении поршня 5 к нижней мертвой точке днищем 7 поршня 5 и верхней кромкой продувочных каналов 4 цилиндра 1 образуется продувочное окно. Одновременно продувочные окна 8 поршня 5 связывают продувочные каналы 4 цилиндра 1 через центральный отсек 13 поршня 5 с кривошипной камерой и рабочая смесь поступает в камеру 6 сгорания, интенсивно вытесняя продукты сгорания в выпускное окно 3 цилиндра 1. При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке одновременно происходит следующее: поршень 5 закрывает выпускное окно 3 цилиндра 1 и продувочные окна 2, образованные днищем 7 поршня 5 и верхней кромкой продувочных окон каналов 4 цилиндра 1;
поршень 5 закрывает продувочные каналы 4 цилиндра 1 и отсекает их от центральной части 13 поршня 5, связанной с кривошипной камерой.

Далее при движении поршня 5 к верхней мертвой точке происходит процесс сжатия рабочей смеси в камере 6 сгорания, воспламенение рабочей смеси и начало нового рабочего цикла.

Формула изобретения

1. Способ приготовления топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания путем смешения жидкого горючего с воздухом, испарения капель жидкого горючего до парообразного состояния, отличающийся тем, что полученную смесь подают в картер, сжимают ее, дополнительно нагревают до температуры кипения и расширяют до закипания с образованием парообразного состояния.

2. Двигатель внутреннего сгорания системы CBA, содержащий кривошипную камеру, цилиндр с впускными и выпускными окнами и продувочными каналами, установленный в цилиндре полый поршень, образующий с цилиндром камеру сгорания, отличающийся тем, что он снабжен перегородками, разделяющими внутреннюю полость поршня по меньшей мере на три отсека, два из которых периферийные, герметично изолированы друг от друга и от кривошипной камеры, а центральный отсек выполнен в виде продувочного канала, причем высота выпускных окон выполнена не более высоты продувочных окон, а ось продувочных каналов цилиндра расположена под углом к вертикальной оси цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5