Способ продувки двигателя внутреннего сгорания

Способ продувки двигателя внутреннего сгорания

Реферат

 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания с системой впрыска топлива или топливовоздушной смеси в рабочий цилиндр. Используют двигатель, снабженный компрессорным цилиндром с поршнем, кинеманически связанным с рабочим поршнем. Компрессорный цилиндр сообщается с рабочим цилиндром через соединительный канал. Осуществляют петлевую продувку рабочего цилиндра. Из компрессорного цилиндра во время продувки подают воздух непосредственно в камеру сгорания рабочего цилиндра тангенциально ее внутренней боковой поверхности. Возвратно-поступательные движения компрессорного поршня осуществляют с частотой, вдвое большей частоты движения рабочего поршня. Перед каждым тактом движения компрессорного поршня, соответствующим продувке рабочего цилиндра, подачу топлива в компрессорный цилиндр прекращают, а после окончания этого такта подачу топлива возобновляют. Способ позволяет удалить отработанные газы из застойных зон рабочего цилиндра и камеры сгорания. Улучшается состав горючей смеси, что повышает мощность двигателя. 3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания с системой впрыска топлива или топливовоздушной смеси в рабочий цилиндр.

Известен двигатель (Патент Российской Федерации №2039877, от 01.03.1993 г., МКИ F 02 B 33/22), который содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем, кинематически связанным с коленчатым валом, и компрессорный цилиндр с компрессорным поршнем. Последний также кинематически связан с коленчатым валом. Компрессорный цилиндр выполнен в едином блоке с рабочим цилиндром и сообщен с ним соединительным каналом через автоматический клапан отсечки с пружиной и седлом. Впускным каналом компрессорный цилиндр соединен с карбюратором. Между стенками цилиндра и компрессорного поршня установлена гильза с впускными окнами, сообщенными с впускным каналом. Клапан отсечки выполнен в виде стакана, расположенного соосно с компрессорным поршнем и обращенного дном к нему. При осуществлении цикла работы этого двигателя производят петлевую продувку его рабочего цилиндра. Этот двигатель позволяет уменьшить потери мощности. Однако при продувке рабочего цилиндра, применяемой при работе этого двигателя, отработанные газы не удается полностью удалить из застойных зон в верхней части рабочего цилиндра. Это загрязняет топливовоздушную смесь и ведет к снижению мощности двигателя.

Известен также двигатель внутреннего сгорания, защищенный патентом РФ №2179250, от 12.07.2000 г., МКИ F 02 B 33/22, способ продувки которого принят за прототип. Этот двигатель снабжен компрессорным цилиндром, сообщающимся с рабочим цилиндром с помощью впускного канала через клапан отсечки. В компрессорном цилиндре размещена гильза с впускными окнами, сообщенными с впускным каналом. Компрессорный цилиндр сообщен с рабочим цилиндром соединительным каналом через клапан отсечки, размещенным над гильзой соосно компрессорному цилиндру и выполненный в виде стакана с пружиной и седлом, которое образовано верхним торцом гильзы. Внутри гильзы установлен компрессорный поршень, кинематически связанный с рабочим поршнем. Клапан отсечки обращен дном к компрессорному поршню. Кинематическая связь рабочего и компрессорного поршней осуществлена с помощью механизмов, на штоках которых закреплены рабочий и компрессорный поршни. Внутри компрессорного цилиндра, в его средней части, выполнена кольцевая выточка, соединенная с впускным каналом. Окна в гильзе расположены по ее окружности против выточки в компрессорном цилиндре. На впускном канале установлено сообщающееся с ним устройство для подачи жидкого или газообразного топлива. Свеча установлена соосно рабочему цилиндру. Соединительный канал расположен в верхней части компрессорного цилиндра. Проекция оси соединительного канала на плоскость продольного сечения рабочего и компрессорного цилиндров расположена под углом 20...60 по отношению к продольной оси рабочего цилиндра. Вершина этого угла направлена в сторону головки рабочего цилиндра. Под рабочим поршнем в рабочем цилиндре установлена диафрагма, снабженная в центральной части уплотнением, через которое пропущен шток механизма, с помощью которого осуществлена кинематическая связь рабочего поршня с валом двигателя. Наружный контур поверхности диафрагмы выполнен соответствующим внутреннему контуру поверхности рабочего поршня, а выпускной канал расположен выше диафрагмы. Надпоршневое пространство соединено продувочными каналами с подпоршневым пространством. Устройство для подачи жидкого или газообразного топлива выполнено в виде форсунки.

При работе этого двигателя осуществляют петлевую продувку в конце рабочего хода рабочего поршня. Продувку осуществляют воздухом из подпоршневого пространства. Это позволяет произвести очистку рабочего объема цилиндра от отработанных газов. Однако при таком способе продувки трудно удалить отработанные газы из верхней части рабочего цилиндра и особенно из камеры сгорания. В результате часть отработанных газов из застойных зон попадает в топливовоздушную смесь. Это снижает мощность двигателя.

Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение мощности двигателя.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что используют двигатель внутреннего сгорания, снабженный компрессорным цилиндром с поршнем, который кинематически связан с рабочим поршнем. Компрессорный цилиндр этого двигателя сообщен с рабочим цилиндром одним или несколькими соединительными каналами. Осуществляют петлевую продувку рабочего цилиндра. В отличие от прототипа во время продувки дополнительно подают воздух из компрессорного цилиндра в камеру сгорания тангенциально ее боковой поверхности. Для этого возвратно-поступательные движения компрессорного поршня осуществляют с частотой, вдвое большей частоты движения рабочего поршня. Перед каждым тактом движения компрессорного поршня, соответствующим продувке рабочего цилиндра, подачу топлива в компрессорный цилиндр прекращают. После окончания этого такта подачу топлива возобновляют.

Такая совокупность признаков предлагаемого способа продувки позволяет повысить мощность двигателя. Это становится возможным потому, что дополнительная порция чистого воздуха, которую подают из компрессорного цилиндра в камеру сгорания во время продувки, завихряясь, выносит из застойных зон отработанные газы. Эти газы, смешиваясь в нижней части рабочего цилиндра с воздухом, поступающим из подпоршневого пространства, выбрасываются в атмосферу. Состав топливовоздушной смеси в рабочем цилиндре улучшается, что увеличивает мощность, развиваемую при сгорании этой смеси. Подача дополнительного воздуха в камеру сгорания через компрессорный цилиндр становится возможной в результате удвоения частоты возвратно-поступательного движения компрессорного поршня по сравнению с частотой движения рабочего поршня и прекращения подачи топлива в компрессорный цилиндр перед каждым тактом движения компрессорного поршня, соответствующим продувке рабочего цилиндра.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана конструктивная схема двигателя, на котором осуществляется предлагаемый способ, на фиг.2 - сечение А - А на фиг.1, показывающее схему подачи воздуха из компрессорного цилиндра в камеру сгорания, а на фиг.3 - циклограмма предлагаемого способа.

При предлагаемом способе продувки используют двигатель внутреннего сгорания, снабженный компрессорным цилиндром 1 с поршнем 2, который кинематически связан с рабочим поршнем 3 (см. фиг.1). Через соединительный канал 4 компрессорный цилиндр 1 сообщается с рабочим цилиндром 5. Производят петлевую продувку рабочего цилиндра 5. Во время продувки через соединительные каналы 4 из компрессорного цилиндра 1 дополнительно подают воздух непосредственно в камеру сгорания 6 рабочего цилиндра 5 тангенциально внутренней боковой поверхности камеры сгорания 6. Возвратно-поступательные движения компрессорного поршня 2 осуществляют с частотой, вдвое большей частоты движения рабочего поршня 3 (см. фиг.3). Перед каждым тактом движения компрессорного поршня 2, соответствующим продувке рабочего цилиндра 5, подачу топлива через устройство 7 в компрессорный цилиндр 1 прекращают. После окончания этого такта подачу топлива в компрессорный цилиндр 1 возобновляют.

В результате применения предлагаемого способа продувки дополнительная подача чистого воздуха из компрессорного цилиндра 1 непосредственно в камеру сгорания 6 позволит в процессе продувки полностью вытеснить отработанные газы из верхней части рабочего цилиндра 5. Тангенциальное по отношению к боковой поверхности камеры сгорания расположение соединительных каналов 4 (см. фиг.2), создавая завихрение потока воздуха, способствует более полному захвату этим потоком отработанных газов. Это исключает образование в верхней части рабочего цилиндра 5 застойных зон, в которых после продувки могут остаться отработанные газы. В результате практически исключаются загрязнения топливовоздушной смеси отработанными газами, улучшается ее состав, что повышает мощность двигателя. Частота возвратно-поступательных движений компрессорного поршня 2, вдвое большая частоты возвратно-поступательных движений рабочего поршня 3 (фиг.3), обеспечивает возможность подачи чистого дополнительного воздуха из компрессорного цилиндра 1 в камеру сгорания 6. Для этого подачу топлива в компрессорный цилиндр 1 через устройство 7 прекращают перед каждым тактом движения компрессорного поршня 2, соответствующим продувке рабочего цилиндра 5. После окончания этого такта подачу топлива через устройство 7 в компрессорный цилиндр 1 возобновляют, чтобы обеспечить образование топливовоздушной смеси и ее подачу в рабочий цилиндр 5 через соединительные каналы 4 и камеру сгорания 6 для осуществления последующих тактов работы двигателя.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Через устройство 7, в качестве которого может быть применена, например, форсунка, в компрессорный цилиндр 1 подают жидкое или газообразное топливо. Через канал 8, выточку 9 и впускные окна 11 в гильзе 10 в компрессорный цилиндр 1 поступает воздух. Образуется топливовоздушная смесь, которая сжимается при движении вверх компрессорного поршня 2, при достижении заданной величины давления открывает клапан отсечки 12 и через соединительные каналы 4 поступает в камеру сгорания 6, воспламеняясь от запальной свечи 13. Начинается рабочий ход поршня 3. Частоту возвратно-поступательных движений компрессорного поршня 2 устанавливают вдвое большей частоты возвратно-поступательных движений рабочего поршня 3. При этом за время перемещения рабочего поршня 3 от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки компрессорный поршень совершит полный такт движения от крайнего нижнего положения до крайнего верхнего положения и обратно.

При предшествовавшем рабочему ходу движении рабочего поршня 3 вверх под ним создается разрежение, вследствие чего атмосферный воздух через канал 14 устремится в подпоршневое пространство 15. После поджигания топливовоздушной смеси поршень 3, совершая рабочий ход, движется вниз, канал 14 перекрывается и под рабочим поршнем 3 возникает избыточное давление. При последующем движении рабочего поршня 3 вниз его верхняя кромка откроет выпускное окно 16 и отработанные газы под давлением устремятся в выпускную систему, освобождая объем рабочего цилиндра 5. Произойдет выхлоп. При дальнейшем движении рабочего поршня 3 вниз откроется продувочное окно 17 и сжатый воздух из подпоршневого пространства 15 устремится в рабочий цилиндр 5, выталкивая оставшиеся отработанные газы через выпускное окно 16 и заполняя объем рабочего цилиндра 5 воздухом. Однако в застойных зонах верхней части рабочего цилиндра 5 и особенно в камере сгорания 6 часть отработанных газов при продувке воздухом из подпоршневого пространства не захватывается.

В это время компрессорный поршень 1 начнет второй такт движения. При этом подачу топлива через устройство 7 прекращают и при движении вверх компрессорный поршень 2 будет сжимать чистый воздух, поступивший в компрессорный цилиндр 1 через канал 8, выточку 9 и впускные окна 11 гильзы 10. После достижения в компрессорном цилиндре 1 давления воздуха, на которое тарирована пружина 18 клапана отсечки 12, клапан 12 откроется и чистый воздух через соединительные каналы 4 и клапаны 19 устремится в камеру сгорания 6 по касательной к ее внутренней поверхности (фиг.2), вытесняя отработанные газы из застойных зон верхней части рабочего цилиндра 5.

После окончания этого такта движения компрессорного поршня 2 канал подачи топлива к устройству 7 открывают. При последующем такте движения компрессорного поршня 2 топливо через впускное окно 11 гильзы 10 поступит в компрессорный цилиндр 1. Образуется топливовоздушная смесь, которая, сжимаясь компрессорным поршнем 2, через клапан отсечки 12 и соединительные каналы 4 с клапанами 19 будет впрыснута в камеру сгорания 6 и подожжена искрой от свечи 13. Цикл повторится.

Предлагаемый способ может быть легко осуществлен с помощью известных в технике средств. Частоту возвратно-поступательных движений компрессорного поршня 2 можно увеличить вдвое по сравнению с частотой движения рабочего поршня 3, если включить в кинематическую цепь связи между ними, например, зубчатую или иную передачу с передаточным отношением 1:2. Подачу топлива в компрессорный цилиндр 1 можно перекрывать и возобновлять, например, с помощью электромагнитного клапана, сигнал на который можно подавать от любого известного датчика (например, контактного или индукционного), установленного на штоке 20 рабочего поршня 3. Электромагнитный клапан может быть встроен непосредственно в канал подачи топлива к устройству 7.

Таким образом, предлагаемый способ продувки двигателя внутреннего сгорания обеспечивает технический эффект, заключающийся в повышении мощности двигателя, и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Следовательно, предлагаемый способ обладает промышленной применимостью.

Формула изобретения

Способ продувки двигателя внутреннего сгорания, снабженного компрессорным цилиндром с поршнем, кинеманически связанным с рабочим поршнем и соединительным каналом, соединяющим компрессорный цилиндр с рабочим цилиндром, при котором осуществляют петлевую продувку рабочего цилиндра, отличающийся тем, что из компрессорного цилиндра во время продувки через соединительный канал дополнительно подают воздух непосредственно в камеру сгорания рабочего цилиндра тангенциально ее внутренней боковой поверхности, для чего возвратно-поступательные движения компрессорного поршня осуществляют с частотой, вдвое большей частоты движения рабочего поршня, причем перед каждым тактом движения компрессорного поршня, соответствующим продувке рабочего цилиндра, подачу топлива в компрессорный цилиндр прекращают, а после окончания этого такта подачу топлива возобновляют.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3