Способ предотвращения детонационного сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Для предотвращения детонационного сгорания на топливовоздушную смесь в камере сгорания воздействуют акустической волной. Акустическую волну при этом возбуждают генерированием серии искр в искровом промежутке разрядника камеры сгорания. Частоту акустической волны выбирают равной частоте объемного резонанса камеры сжатия, близкой к ней, или изменяют частоту в соответствии с изменением объема камеры сгорания. Изобретение позволяет повысить экономичность двигателя. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) для обеспечения бездетонационного сгорания топливовоздушной смеси.

Известно, что наиболее экономичному режиму сжигания топливовоздушной смеси в камере сгорания ДВС соответствует ее сжигание при наименьшем объеме камеры сгорания, то есть вблизи верхней мертвой точки (в.м.т.). На практике этому препятствует появление детонационного сгорания (верхняя граница детонации). Общепринято [см. 1], что детонационное сгорание представляет собой быстрое сгорание последней части топливовоздушного заряда, приводящее к локальному повышению давления. Перемещение этого высокого давления возбуждает колебания газов в камере сгорания, результатом которых может быть возникновение ударных волн или резонанс с собственными колебаниями газа в камере. Частота детонации лежит в звуковом диапазоне волн, и детонационный стук деталей ДВС хорошо различим человеческим ухом [2]. При этом частота детонации примерно соответствует частоте объемного резонанса камеры сжатия [термин см. 3] ДВС. Для избежания детонации применяют смещение момента поджига на более поздний период, в результате чего топливная экономичность ДВС ухудшается.

Известно [см.4] использование искрового разрядника для генерации акустического сигнала в камере сжигания газового топлива. При пробое искрового промежутка происходит мгновенный разогрев газовой смеси в области локализации искрового разряда (в области стриммера), что сопровождается возникновением волны давления, воспринимаемой как щелчок. Частоту следования таких волн можно регулировать частотой следования искровых разрядов. Камера сжигания при этом может рассматриваться как объект производства акустических колебаний.

Причиной детонационного сгорания заряда топливовоздушной смеси в катере сгорания ДВС, приводящей к разрушению деталей двигателя, согласно [5], является образование очагов самовоспламенения в части заряда, находящейся перед фронтом пламени. Доказано [см. 6], что турбулентное движение смеси в камере сгорания благоприятно сказывается на диффузии очагов самовоспламенения. Под диффузией понимается распространение вещества в какой-либо среде в направлении убывания его концентрации [см.7]. Турбулентное движение топливовоздушной смеси в поршневых ДВС присутствует всегда и обусловлено [см. 8] конструкцией камеры сгорания.

За прототип взят способ предотвращения детонационного сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания ДВС, заключающийся в воздействии на топливовоздушную смесь в камере сгорания акустической волной [см.патент США N 2692590, НКИ 123-191, 26.10.54].

Недостатком прототипа является низкая эффективность способа. Задачей заявляемого изобретения является предотвращение детонационного сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания ДВС.

Задача решается тем, что на смесь воздействуют акустической волной, возбуждаемой генерированием серии искр в искровом промежутке разрядника камеры сгорания. При этом частоту акустической волны могут выбирать близкой к частоте объемного резонанса камеры сжатия или равной ей, или могут изменять частоту акустической волны в соответствии с изменением объема камеры сгорания.

Способ может быть реализован, например, в камере сгорания ДВС, снабженной искровым разрядником. Для реализации способа на такте сжатия ДВС в искровом промежутке разрядника генерируют серию искровых разрядов так, чтобы в камере сформировалась и стала распространяться в направлении поршня акустическая волна. Акустическая волна воздействует на топливовоздушную смесь, осуществляя диффузию зарождающихся очагов воспламенения. Известно, что очаги самовоспламенения возникают у поверхности поршня при достижении им положения верхней мертвой точки (в.м.т.). Для снижения затрат энергии на возбуждение акустической волны выгодно использовать явление объемного резонанса в камере сгорания. При движении поршня объем камеры сгорания изменяется. Соответственно, меняется и частота объемного резонанса. Для эффективного воздействия на топливовоздушную смесь в камере сгорания частоту акустической волны можно менять в соответствии с изменением объема камеры сгорания.

Способ был опробован на поршневом ДВС ВАЗ-21083 производства ОАО "АВТОВАЗ", оснащенном системой зажигания, позволяющей после пробоя искрового промежутка свечи зажигания генерировать серию искр с регулируемой частотой следования. После поджигания топливовоздушной смеси в камере сгорания возбуждалась акустическая волна с частотой, близкой к частоте объемного резонанса камеры сжатия (около 7,4 кГц).

За счет воздействия акустической волны на топливовоздушную смесь был обеспечен сдвиг верхней границы появления детонационного сгорания до 20 градусов поворота коленвала на режиме частичных нагрузок, что позволило увеличить момент двигателя на этих режимах на 10%.

Список использованной литературы 1. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями. Под ред. Д. Хилларда, Дж. Спрингера. М.: Машиностроение, 1988 г., стр.268.

2. Там же, стр.259.

3. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И. Артоболевский. М.: Советская энциклопедия, 1977 г., стр. 196.

4. Патент США N 4644783, публ. 24.02.87 г.

5. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями. Под ред. Д. Хилларда, Дж. Спрингера. М.: Машиностроение, 1988 г., стр.282.

6. Там же, стр. 256.

7. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И. Артоболевский. М.: Советская энциклопедия, 1977 г., стр. 148.

8. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями. Под ред. Д. Хилларда, Дж. Спрингера. М.: Машиностроение, 1988 г., стр.296.

Формула изобретения

1. Способ предотвращения детонационного сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в воздействии на топливовоздушную смесь в камере сгорания акустической волной, отличающийся тем, что акустическую волну возбуждают генерированием серии искр в искровом промежутке разрядника камеры сгорания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоту акустической волны выбирают равной частоты объемного резонанса камеры сжатия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоту акустической волны выбирают близкой к частоте объемного резонанса камеры сжатия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоту акустической волны изменяют в соответствии с изменением объема камеры сгорания.