Способ улучшения характеристик двигателя внутреннего сгорания и применение системы зажигания для согласования скорости протекания рабочего процесса в камере сгорания двигателя с режимом его работы

 

Использование: двигатели с внешним смесеобразованием и поджигом рабочей смеси от постороннего источника. Сущность изобретения: на подготовленную и сжатую рабочую смесь воздействуют электроискровым разрядом через 10-20^o после прохода поршнем верхней мертвой точки такта сжатия и управляют с помощью системы зажигания характером рабочего процесса (при постоянном угле зажигания) путем изменения энергии электроискрового разряда от 0,1 до 1,5 Дж в зависимости от скорости вращения коленчатого вала и нагрузки на нем. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области тепловых двигателей с внешним смесеобразованием и поджигом рабочей смеси от постороннего источника.

Известен способ улучшения процесса сгорания в двигателе внутреннего сгорания, заключающийся в воздействии на воздух или топливовоздушную смесь инфракрасным излучением, и устройство для реализации способа, представляющее специальное покрытие внутренней поверхности воздухоочистителя или всасывающего коллектора [1] Известен также способ оптимизации угла опережения зажигания для двигателя внутреннего сгорания и система для его осуществления, заключающиеся в скачкообразном изменении угла опережения зажигания относительно исходной характеристики регулирования и обеспечивающие более полное сгорание топливной смеси в цилиндрах двигателя, что улучшает его эксплуатационные характеристики и уменьшает выброс в атмосферу вредных веществ [2] Причинами, ограничивающими улучшение эксплуатационных характеристик двигателя внутреннего сгорания в рассматриваемых аналогах являются: 1. Использование в качестве рабочего процесса в камерах сгорания горения топливовоздушной смеси со скоростями распространения фронта пламени менее 100 м/с.

2. Неточность цикловой синхронизации начала рабочего процесса в камере сгорания и положения поршня в тактах сжатия и рабочего хода на различных режимах работы двигателя в процессе эксплуатации.

3. Завершение такта сжатия рабочей смеси в условиях увеличения давления из-за горения рабочей смеси, так как ее поджиг на всех режимах работы двигателя осуществляется за 7 и более градусов до прихода поршня в верхнюю мертвую точку.

4. Завершение рабочего процесса при увеличивающемся объеме (до 30^o поворота коленчатого вала при ходе поршня вниз) и неполное преобразование тепловой энергии в механическую.

Способ улучшения характеристик двигателя внутреннего сгорания и применение системы зажигания для управления скоростью протекания рабочего процесса в камере сгорания могут быть использованы для увеличения мощности и крутящего момента двигателя, улучшения приемистости, экономичности и токсичности отработавших газов одновременно.

Целью изобретения является сокращение времени протекания рабочего процесса в камере сгорания по углу поворота коленчатого вала двигателя за счет изменения характера рабочего процесса и принципа цикловой синхронизации скорости его протекания с мгновенным положением поршня на всех режимах работы двигателя, увеличение значений температуры и скорости тепловыделения, создание условий для эффективного преобразования тепловой энергии в механическую.

Сущность изобретения заключается в воздействии на подготовленную и сжатую рабочую смесь электроискровым разрядом через 10-20^o после прохода поршнем верхней части мертвой точки такта сжатия и в изменении скорости протекания рабочего процесса за счет изменения системой зажигания (при неизменном угле зажигания) энергии электроискрового разряда от 0,1 до 1,5 Дж в зависимости от скорости вращения коленчатого вала и нагрузки на нем.

Для реализации предлагаемого способа система зажигания должна (см. чертеж) содержать: источник электроэнергии 1; ключ зажигания 2; датчик скорости вращения коленчатого вала 3; регулятор количества накапливаемой электроэнергии 4; накопитель электроэнергии 5; датчик нагрузки на коленчатом валу двигателя 6; датчик момента зажигания 7; ключ 8; коммутатор-распределитель электроэнергии по запальным свечам 9; запальные свечи 10.

Система зажигания должна обеспечивать первоначальную установку угла зажигания в пределах 10-20^o после прохода поршнем первого цилиндра верхней мертвой точки такта сжатия.

Способ может быть реализован следующим образом.

Включают зажигание, и электроэнергия от источника 1 через ключ 2 поступает на регулятор 4, который обеспечивает накопление на накопителе электроэнергии 5 электроэнергии 0,1 Дж. Включают стартер, начинает вращаться коленчатый вал двигателя, вступают в работу датчики 3 и 6, а также коммутатор 9. При достижении одним из поршней положения 10-20^o после прохода верхней мертвой точки такта сжатия датчик 7 выдает сигнал на ключ 8, он открывается, и электроэнергия с накопителя 5 через ключ 8 и коммутатор-распределитель 9 поступает на запальную свечу этого цилиндра. На электродах свечи возникает электрический разряд, инициируя рабочий процесс со скоростью распространения фронта пламени около 100 м/с. Двигатель начинает работать на холостом ходу.

При открытии дроссельной заслонки обороты двигателя начинают расти, увеличивается величина сигнала с датчика скорости вращения коленчатого вала 3 и, поступая на регулятор 4, обеспечивает увеличение энергии, накапливаемой накопителем 5 от источника 1. Мощность электрических разрядов на запальных свечах возрастает; в камерах сгорания инициируются рабочие процессы с большими скоростями распространения фронта пламени, обеспечивая согласование их (рабочих процессов) со скоростями движения поршней.

При нарастании нагрузки на коленчатом валу увеличивается величина сигнала с датчика нагрузки 6 и, поступая на регулятор 4, обеспечивает уменьшение энергии, накапливаемой накопителем 5. Мощность электроискровых разрядов на электродах запальных свечей уменьшается, в камерах сгорания инициируются рабочие процессы с меньшими скоростями распространения фронта пламени, обеспечивая режим работы двигателя под нагрузкой.

На максимальных оборотах двигателя рабочий процесс в камерах сгорания может перерастать из горения в детонацию, не вызывая при этом поломки двигателя и даже характерных детонационных стуков в нем.

Формула изобретения

1. Способ улучшения характеристик двигателя внутреннего сгорания путем управления с помощью системы зажигания скоростью протекания рабочего процесса в камере сгорания, заключающийся в том, что на подготовленную и сжатую в камере сгорания рабочую смесь воздействуют электроискровым разрядом, отличающийся тем, что электроискровой разряд на электродах запальной свечи формируют через 10 20^o после прохода поршнем верхней мертвой точки такта сжатия, а энергию разряда в зависимости от числа оборотов коленчатого вала и нагрузки на нем изменяют от 0,1 до 1,5 Дж.

2. Применение системы зажигания в качестве системы для согласования скорости протекания рабочего процесса в камере сгорания двигателя с режимом его работы путем изменения мощности электроискрового разряда на электродах запальной свечи в зависимости от числа оборотов коленчатого вала и нагрузки на нем при постоянном угле зажигания.