Способ управления двигателем внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в автомобилестроении. Топливовоздушную смесь (ТВС) впрыскивают в камеру сгорания (КС) (5) из компрессорного цилиндра (13), снабженного одним или несколькими устройствами для подачи топлива (12 и 27). Ход поршня (19) компрессорного цилиндра устанавливают с опережением или отставанием от поршня (2) рабочего цилиндра (1). В интервале хода рабочего поршня от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ) в КС подают ТВС, а в интервале хода рабочего поршня от ВМТ до НМТ в КС подают воду. Подготовку и гомогенизацию ТВС в компрессорном цилиндре производят при коэффициенте избытка воздуха λ≤0,5. В камере сгорания, в районе электрода свечи зажигания (7), готовят ТВС с коэффициентом избытка воздуха 0,6≤λ≤2,0, используя для этого воздух, поступающий из рабочего цилиндра. Воду вводят, минуя компрессорный цилиндр, в КС непосредственно или через кольцевой канал (22), расположенный вокруг КС. Это обеспечивает безопасность и стабильность работы двигателя, поскольку при подготовке ТВС в компрессорном цилиндре исключается возможность ее взрыва - богатая смесь при λ≤0,5 гореть не может. А смесь, подготавливаемая в районе свечи зажигания, легко воспламеняется и поджигает бедную смесь за пределами этого района. Технический результат – обеспечение безопасности и стабильности работы двигателя. 1 ил.

 

Предлагаемый способ относится к двигателестроению и может быть применен, например, для использования в автомобилестроении.

Известен двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №2348819, который содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем, форкамеру со свечой зажигания, камеру сгорания и компрессорный цилиндр с поршнем. Двигатель содержит также каналы подачи топлива и воздуха и каналы подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Компрессорный цилиндр снабжен двумя устройствами подачи топлива, расположенными одно в его нижней части, соединенное с каналом подачи воздуха, а другое - в верхней части, выше верхней мертвой точки компрессорного поршня. В канале подачи воздуха между дроссельной заслонкой и устройством для подачи топлива установлен датчик массового расхода воздуха, соединенный с контроллером, который соединен с устройством подачи топлива.

Управление известным двигателем осуществляется следующим образом. После начала движения компрессорного поршня от верхней мертвой точки в полость компрессорного цилиндра через устройство для подачи топлива, расположенное в его верхней части, подают топливо, а внутрь полости компрессорного цилиндра - чистый воздух из атмосферы. В полости компрессорного цилиндра при движении компрессорного поршня от нижней к верхней мертвой точке топливовоздушная смесь сжимается и нагревается, происходит ее газификация и гомогенизация. Подготовленную таким образом смесь подают в камеру сгорания. Конструкция известного двигателя и способ управления им обеспечивает более полное сгорание топлива, что повышает его мощность и стабильность работы и снижает токсичность выхлопных газов. Однако при работе двигатель по прототипу интенсивно нагревается, что требует применения системы охлаждения и снижает коэффициент полезного действия двигателя.

Известен также способ управления двигателем внутреннего сгорания по патенту РФ №2656537, который принят за прототип. По прототипу топливовоздушную смесь подают в камеру сгорания из компрессорного цилиндра, снабженного одним или несколькими устройствами для подачи топлива. Частоту хода поршня компрессорного цилиндра увеличивают по сравнению с частотой хода поршня рабочего цилиндра в два или в большее число раз, кратное двум. Ход поршня компрессорного цилиндра устанавливают с опережением или с отставанием от хода поршня рабочего цилиндра. В интервале хода рабочего поршня от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой верхней точки (ВМТ) в камеру сгорания подают топливовоздушную смесь, а в интервале хода рабочего поршня от ВМТ к НМТ в камеру сгорания подают смесь воздуха с водой или заряд свежего воздуха. При мощностном режиме работы двигателя этот цикл повторяют.

На режимах холостого хода и частичных нагрузок, после подачи в камеру сгорания смеси воздуха с водой или заряда чистого воздуха повторяют подачу в камеру сгорания смеси воздуха с водой или заряда чистого воздуха в интервале хода рабочего поршня от НМТ к ВМТ и в интервале последующего за этим хода рабочего поршня от ВМТ к НМТ, затем этот цикл повторяют. Для образования смеси воды с воздухом в компрессорный цилиндр подают воду через устройство для подачи топлива.

Способ по прототипу обеспечивает повышение КПД двигателя, дополнительно увеличивает его мощность и снижает токсичность отработанных газов. Кроме того, появляется возможность существенно упростить систему охлаждения двигателя.

Однако газификация и гомогенизация топливовоздушной смеси в компрессорном цилиндре возможна только в определенных пределах параметров этого процесса, которые прототипом не предусматриваются. Кроме того, подача в камеру сгорания смеси воды с воздухом через компрессорный цилиндр возможна лишь при предварительном нагреве компрессорного цилиндра до высокой температуры, обеспечивающей испарение подаваемой воды. Но при такой температуре возникает опасность возгорания топливовоздушной смеси непосредственно в компрессорном цилиндре, что может привести к разрушению двигателя.

Поэтому технический результат предлагаемого способа: обеспечение безопасности и стабильности работы двигателя.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что топливовоздушную смесь впрыскивают в камеру сгорания из компрессорного цилиндра, снабженного одним или несколькими устройствами для подачи топлива. Ход поршня компрессорного цилиндра устанавливают с опережением или отставанием относительно хода поршня рабочего цилиндра. В интервале хода рабочего поршня от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ) в камеру сгорания подают топливовоздушную смесь, а в интервале хода рабочего поршня от ВМТ до НМТ в камеру сгорания подают смесь воздуха с водой или заряд свежего воздуха.

В отличие от прототипа подготовку и гомогенизацию топливовоздушной смеси в компрессорном цилиндре производят при коэффициенте избытка воздуха λ≤0,5. В камере сгорания, в районе электрода свечи зажигания, готовят топливовоздушную смесь с коэффициентом избытка воздуха 0,6≤λ≤2,0, используя для этого воздух, поступающий из рабочего цилиндра.

Воду вводят, минуя компрессорный цилиндр, в камеру сгорания непосредственно или через кольцевой канал, расположенный вокруг камеры сгорания.

Предлагаемый способ обеспечивает безопасность и стабильность работы двигателя, поскольку при подготовке топливовоздушной смеси в компрессорном цилиндре исключается возможность ее взрыва - богатая смесь при λ≤0,5 гореть не может. А смесь, подготавливаемая в районе свечи зажигания, легко воспламеняется и поджигает бедную смесь за пределами этого района.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где показана схема двигателя по прототипу, с вариантами расположения форсунок для ввода смеси воды с воздухом или чистого воздуха непосредственно в камеру сгорания. На фиг. 1 сохранены все обозначения деталей и элементов двигателя по прототипу, однако при описании предлагаемого способа использована лишь часть из них, необходимая для описания. Остальные обозначения оставлены как справочные.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Так же, как и при осуществлении способа по прототипу, частоту хода поршня 19 (см. фиг.1) компрессорного цилиндра 13 устанавливают с опережением или отставанием относительно хода поршня 2 рабочего цилиндра 1, с помощью, например, изменения передаточного отношения кинематической связи штока 3 рабочего поршня 2 со штоком 32 компрессорного поршня 19. В полость 8 компрессорного цилиндра 13, через устройство для подачи топлива 12 или 27 и каналы 14 или 11, подают топливо, а через кольцевой канал 11, канал 15 и лепестковый клапан 34 - чистый воздух. При этом коэффициент избытка воздуха устанавливают λ≤0,5. При движении компрессорного поршня 19 от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ) происходит сжатие, нагрев, испарение и гомогенизация топливовоздушной смеси (ТВС). Однако воспламенения ТВС при этом происходить не будет, поскольку такая переобогащенная смесь при температуре ее гомогенизации гореть не может. Степень сжатия ТВС, следовательно, и температуру ее гомогенизации, регулируют, подбирая усилие сжатия пружины 20 клапана 21. Все это обеспечивает безопасность и стабильность работы двигателя с компрессорным цилиндром.

Из полости 8 компрессорного цилиндра 13, через клапан 21, канал 26, лепестковый клапан 23, кольцевой канал 22 и канал 10 ТВС подают в камеру сгорания 5. В это время рабочий поршень 2 перемещается от своей НМТ к ВМТ, что препятствует выходу ТВС из камеры сгорания 5. При этом, в камере сгорания 5, в районе электрода свечи зажигания 7 (в форкамере 6), готовят ТВС с коэффициентом избытка воздуха 0,6≤λ≤2,0. Для этого используют гомогенизированную ТВС, поступившую из компрессорного цилиндра, добавляя в нее воздух, поступающий из рабочего цилиндра 1 в результате движения рабочего поршня 2 к ВМТ. При этом количество воздуха, требуемого для подготовки ТВС в форкамере 6 регулируют путем смещения по фазе компрессорного поршня 19 относительно положения рабочего поршня 2. Это приводит к изменению давления в рабочем цилиндре 1 и в камере сгорания 5, что изменяет количество воздуха в камере сгорания 5.

В это время рабочий поршень 2 перемещается от НМТ к ВМТ, что препятствует выходу ТВС из камеры сгорания 5 в объем рабочего цилиндра 1. При положении рабочего поршня 2 в 5…10° до ВМТ с помощью свечи зажигания 7 поджигают ТВС, поршень 2 рабочего цилиндра 1 совершает рабочий ход. Во время хода рабочего поршня 2 от ВМТ к НМТ, минуя компрессорный цилиндр 17, непосредственно в камеру сгорания 5 через форкамеру 6, канал 46, и форсунку 43 подают воду.

По другому варианту воду подают в камеру сгорания 5 через форсунку 44, канал 45, кольцевой канал 22 и радиальные каналы 10 непосредственно в камеру сгорания 5. В это время атмосфера внутри камеры сгорания и рабочего цилиндра 1, а также поверхности их стенок нагреты до высокой температуры. Вода в смеси с воздухом нагревается и интенсивно испаряется, водяной пар перегревается, паровоздушная смесь резко увеличивается в объеме, что повышает давление в рабочем цилиндре 1. В результате возрастает мощность двигателя.

В то же время, применение предлагаемого способа управления двигателем полностью исключает возможность возгорания ТВС в компрессорном цилиндре. Кроме того, в камере сгорания по предлагаемому способу формируется богатая топливовоздушная смесь, которая загорается от искрового разряда на всех режимах работы двигателя и обеспечивает практически полное сгорание бедной смеси, образующейся в полости рабочего цилиндра 1. Это уменьшает токсичность отработавших газов, дополнительно увеличивает мощность двигателя, и повышает стабильность его работы.

Работоспособность двигателя при управлении им по предлагаемому способу экспериментально проверена в сравнении со способом управления двигателем по прототипу. При испытаниях двигатель работал в двухтактном режиме. В ходе испытаний двигатель работал на бензине АИ95 производства Башнефть при степени сжатия ε=14. Камера сгорания 5 двигателя имела цилиндрическую форму объемом 34 мл, а форкамера 6 - форму полусферы объемом 10 мл.

При работе двигателя по предлагаемому способу дистиллированную воду, минуя компрессорный цилиндр 17 подавали через устройство для подачи топлива 44, канал 45, и кольцевой канал 22. Объем подаваемой воды составлял 60% от расхода топлива на режиме испытания предлагаемогоспособа. Состав выхлопных газов проверяли газоанализатором «Инфракарн». Коэффициент избытка воздуха в топливовоздушной смеси в компрессорном цилиндре при управлении по предлагаемому способу поддерживали в пределах λ≤0,5, а в районе электрода свечи зажигания 0,6≤λ≤2,0.

Результаты испытаний показали, что в выхлопных газах двигателя, управляемого по предлагаемому способу, содержание СО, СН, СO2 и О2 по сравнению с прототипом не изменилось. Однако при испытании двигателя, управляемого по прототипу, было обнаружено, что подача воды в камеру сгорания 5 через компрессорный цилиндр 17 по мере работы двигателя уменьшалась и двигатель работал с перебоями. Через несколько циклов в полости 8 компрессорного цилиндра 17 накапливалась вода и двигатель переставал работать. При испытаниях двигателя по предлагаемому способу это явление полностью отсутствовало, двигатель работал стабильно в течение часа.

Таким образом, предлагаемый способ управления двигателем внутреннего сгорания обеспечивает достижение технического эффекта: повышение безопасности и стабильности работы двигателя. Способ может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Следовательно, предлагаемый способ обладает промышленной применимостью.

Способ управления двигателем внутреннего сгорания, при котором топливовоздушную смесь впрыскивают в камеру сгорания из компрессорного цилиндра, снабженного одним или несколькими устройствами для подачи топлива, ход поршня компрессорного цилиндра устанавливают с опережением или отставанием относительно хода поршня рабочего цилиндра, в интервале хода рабочего поршня от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ) в камеру сгорания подают топливовоздушную смесь, а в интервале хода рабочего поршня от ВМТ до НМТ в камеру сгорания подают воду, отличающийся тем, что подготовку и гомогенизацию топливовоздушной смеси в компрессорном цилиндре производят при коэффициенте избытка воздуха λ≤0,5, а в камере сгорания, в районе электрода свечи зажигания, готовят топливовоздушную смесь с коэффициентом избытка воздуха 0,6≤λ≤2,0, используя для этого воздух, поступающий из рабочего цилиндра, причем воду вводят, минуя компрессорный цилиндр, непосредственно в камеру сгорания или в кольцевой канал, расположенный вокруг камеры сгорания и соединенный с ней.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предлагаются способы для достоверной самодиагностики системы впрыска воды, производящей впрыск воды в двигатель в соответствии с условиями работы двигателя, такими как детонация, причем систему впрыска воды наполняют вручную или путем сбора воды на борту транспортного средства.

Предложены способы и системы для нахождения транспортной задержки для отдельно взятых цилиндров, связанной с неверным распределением воды между цилиндрами во время события впрыска воды.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложены способы впрыска воды во впускном тракте двигателя в сторону впускных клапанов или в сторону от них в зависимости от параметров работы двигателя.

Предложены способы и системы для интеграции технологии впрыска воды с бесступенчатой трансмиссией БТ. В ответ на запрос водителя контроллер может определять, поддерживать ли текущее состояние впрыска воды или перейти в другое состояние впрыска воды, в зависимости от каждого из следующих условий, а именно эффективности такого перехода, доступности воды и каких-либо ограничений двигателя, которые могут возникать при новых скорости вращения двигателя и нагрузке двигателя после этого перехода.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложенное устройство подачи воды в газодизель содержит емкость с водой 1, трубопроводы подачи воды 2 и распылители 3 воды инжекторного типа.

Изобретение относится к области двигателестроения. Предлагаются способы и системы выбора места впрыска воды в двигатель в зависимости от условий работы двигателя.

Изобретение может быть использовано в системах управления двигателями внутреннего сгорания. Предложены способы и система для оценки качества воды в системе впрыска воды в двигатель с помощью имеющихся датчиков двигателя.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для получения стойких тонкодисперсных водомазутных эмульсий топлива и подачи его в двигатели внутреннего сгорания (ДВС).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложены способы и системы для регулировки количества воды, впрыскиваемой выше по потоку от нескольких групп цилиндров на основе определенного неравномерного распределения воды среди групп цилиндров во время события впрыска воды.

Изобретение может быть использовано в гибридных системах привода транспортных средств. Предложены способы и системы для взаимного усиления преимуществ впрыска воды в двигатель в системе гибридного транспортного средства.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено, например, в автомобилестроении. Техническим результатом является повышение КПД, увеличение мощности и снижение токсичности отработанных газов.

Изобретение относится к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с разделенным циклом. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя.

Двигатель // 2457342
Изобретение относится к конструкции двухтактного двигателя внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве силовой установки. .

Изобретение относится к автотракторному двигателестроению и может быть использовано в качестве силовой установки. .

Изобретение относится к автотранспортному двигателестроению и может быть использовано в качестве силовой установки различного назначения. .

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в качестве силовой установки. .

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ для двигателя с наддувом содержит следующие этапы.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в автомобилестроении. Топливовоздушную смесь впрыскивают в камеру сгорания из компрессорного цилиндра, снабженного одним или несколькими устройствами для подачи топлива. Ход поршня компрессорного цилиндра устанавливают с опережением или отставанием от поршня рабочего цилиндра. В интервале хода рабочего поршня от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки в КС подают ТВС, а в интервале хода рабочего поршня от ВМТ до НМТ в КС подают воду. Подготовку и гомогенизацию ТВС в компрессорном цилиндре производят при коэффициенте избытка воздуха λ≤0,5. В камере сгорания, в районе электрода свечи зажигания, готовят ТВС с коэффициентом избытка воздуха 0,6≤λ≤2,0, используя для этого воздух, поступающий из рабочего цилиндра. Воду вводят, минуя компрессорный цилиндр, в КС непосредственно или через кольцевой канал, расположенный вокруг КС. Это обеспечивает безопасность и стабильность работы двигателя, поскольку при подготовке ТВС в компрессорном цилиндре исключается возможность ее взрыва - богатая смесь при λ≤0,5 гореть не может. А смесь, подготавливаемая в районе свечи зажигания, легко воспламеняется и поджигает бедную смесь за пределами этого района. Технический результат – обеспечение безопасности и стабильности работы двигателя. 1 ил.

Наверх