способ смесеобразования, воспламенения и интенсификации горения топливовоздушных, преимущественно бедных, смесей в двигателе внутреннего сгорания на газообразном топливе и устройство для его осуществления
Классы МПК: | F02B19/18 переходные каналы между форкамерами и цилиндрами |
Автор(ы): | Гортышов Ю.Ф., Костерин В.А., Авксентьев А.А., Варсегов В.Л., Носов Л.А., Тарасевич С.Э., Костерин А.В., Сахабеев И.М., Харитонов К.Е. |
Патентообладатель(и): | Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-04-27 публикация патента:
20.11.2000 |
Изобретение относится к двигателестроению, более конкретно к поршневым двигателям внутреннего сгорания, работающим на газообразном топливе (природном газе) и используемым прежде всего на автомобильном транспорте. Двигатель внутреннего сгорания (фиг.1) имеет основную камеру сгорания 1 с рабочим цилиндром 2 и поршнем 3, камеру зажигания 4, выполненную симметрично относительно оси цилиндра 2, снабженную устройством зажигания 5 с кольцевым искровым зазором 6 и соединенную с основной камерой сгорания 1 двумя системами каналов: сужающе-расширяющемся каналом 7 и дополнительными каналами 8 (по меньшей мере двумя), сообщающими цилиндрическое углубление по периферии головки цилиндра 11 с частью камеры зажигания у кольцевого искрового зазора. Оси отверстий 9 каналов 8 на входе в камеру зажигания 4 ориентированы по касательной к внутренней поверхности, а выходные сопла 10 выполнены сужающимися с острыми выходными кромками. В дополнительных каналах 8 для обогащения отобранной из цилиндра смеси и дополнительно сжимаемой в цилиндрическом углублении головки 11 цилиндрическим выступом поршня 12 установлены форсунки 13 и 14 для подачи газообразного и/или жидкого топлива. Торцевая поверхность 15 головки цилиндра 11 по периферии выполнена плоской. Торцевая поверхность 16 поршня выполнена плоской по периферии и вогнутой в центре. Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в повышении интенсивности и полноты сгорания топлива и, вследствие этого, повышении экономичности и улучшении экологических характеристик двигателя. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Формула изобретения
1. Способ смесеобразования, воспламенения и интенсификации горения топливовоздушных, преимущественно бедных, смесей в двигателе внутреннего сгорания на газообразном топливе, содержащем основную камеру сгорания и камеру зажигания, включает ввод в тактах наполнения и сжатия топливовоздушной смеси в основную камеру сгорания и в камеру зажигания, воспламенение ее в камере зажигания, выброс горящего факела в начале такта расширения в основную камеру сгорания, отличающийся тем, что в такте сжатия часть топливовоздушной смеси отбирают, дополнительно сжимают, подают в нее дополнительное количество газообразного и/или жидкого топлива и направляют в камеру зажигания в виде вращающегося вихря, после воспламенения факел перемещают по сужающе-расширяющемуся каналу и поджигают топливовоздушную смесь по всему объему основной камеры сгорания. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при движении поршня в ВМТ топливовоздушную смесь, поступившую в основную камеру сгорания и находящуюся на периферии цилиндра, вытесняют из кольцевого зазора в направлении к оси цилиндра, создавая дополнительные восходящие вихри в основной камере сгорания. 3. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий основную камеру сгорания с рабочим цилиндром и поршнем, камеру зажигания, выполненную симметрично относительно оси цилиндра, снабженную устройством зажигания и сообщающуюся с основной камерой сгорания, отличающийся тем, что поршень имеет по периферии цилиндрический выступ, а в головке цилиндра выполнено цилиндрическое углубление, в которое входит выступ поршня при движении его в ВМТ и которое сообщено с камерой зажигания каналами, каналы снабжены газовыми и/или жидкостными форсунками, а камера зажигания сообщена с основной камерой сгорания посредством плавно сужающе-расширяющимся каналом. 4. Двигатель внутреннего сгорания по п.3, отличающийся тем, что торцевая рабочая поверхность внутри кольцевого цилиндрического выступа поршня выполнена плоской по периферии и вогнутой в центральной части, причем размер плоского участка поршня соответствует размеру плоского участка головки. 5. Двигатель внутреннего сгорания по п.3, отличающийся тем, что камера зажигания сообщена с основной камерой сгорания системой разнонаправленных газодинамических детекторов.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к двигателестроению, более конкретно к поршневым двигателям внутреннего сгорания, работающим на газообразном топливе (природном газе) и используемым прежде всего на автомобильном транспорте. Перевод двигателей внутреннего сгорания на газообразное топливо является частью большой народно-хозяйственной проблемы перевода энергосиловых установок страны с жидкого на газообразное топливо и диктуется как экологическими, так и экономическими соображениями. Однако использование в качестве ДВС сжатого природного газа, состоящего в основном из метана, создает ряд трудностей в организации воспламенения и горения газовоздушных смесей, обусловленных высокими температурами воспламенения и низкими скоростями горения метановоздушных смесей. По этой причине вместо искрового зажигания в ДВС на газообразном топливе целесообразно применять более мощное факельное зажигание, обеспечивающее воспламенение горючей смеси практически одновременно по всему объему камеры сгорания. При этом поджигающий факел формируется при оптимальных составах смеси. Известны способы и устройства форкамерно-факельного воспламенения топливовоздушных (преимущественно бедных) смесей в ДВС, в которых наполнение форкамеры (камеры зажигания) горючей смеси и выброс поджигающего факела производится через факельные каналы в стенке, разделяющей камеру зажигания и основную камеру сгорания двигателя (см., например а.с. СССР N 1151699, патенты США N 4442807, N 4513708, патент СССР N 1181558). Указанные способы и устройства не позволяют создавать в камерах зажигания составы смеси оптимальные (например, более богатые), отличающиеся от состава смеси в цилиндре и основной камеры сгорания двигателя, и, следовательно, не обеспечивающие эффективного поджигания смеси. Известен способ и устройство для его осуществления (патент РФ N 2099550, МКИ F 02 B 19/18, опубликованный 20.12.97), принятый за прототип, в котором наряду с вводом в камеру зажигания топливовоздушной смеси бедного состава из основной камеры сгорания ДВС для повышения химической активности поджигающего факела дополнительно подают в камеру зажигания через систему каналов обогащенную смесь, формирующуюся у стенок цилиндров двигателя за счет попадания на них неиспарившихся капель жидкого топлива. При переходе с жидкого на газообразное топливо в ДВС, так как газ не оседает на стенках цилиндра - указанная система обогащения смеси не реализуется, и поэтому не обеспечивается эффективное поджигание смеси. Необходима специальная система обогащения дополнительно подаваемой в камеру зажигания смеси. Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в повышении интенсивности и полноты сгорания топлива и, вследствие этого, повышении экономичности и улучшении экологических характеристик двигателя. Способ смесеобразования, воспламенения и интенсификации горения топливовоздушных, преимущественно бедных, смесей в двигателе внутреннего сгорания на газообразном топливе, содержащем основную камеру сгорания и камеру зажигания, включает ввод в тактах наполнения и сжатия топливовоздушной смеси в основную камеру сгорания и камеру зажигания, воспламенение ее в камере зажигания, выброс горящего факела в начале такта расширения в основную камеру сгорания. Новым является то, что в такте сжатия часть топливовоздушной смеси отбирают, дополнительно сжимают, подают в нее дополнительное количество газообразного и/или жидкого топлива и направляют в камеру зажигания в виде вращающегося вихря, после воспламенения факел перемещают по сужающе-расширяющемуся каналу и поджигают топливовоздушную смесь по всему объему основной камеры сгорания. Кроме того, при движении поршня в ВМТ топливовоздушную смесь, находящуюся на периферии цилиндра, вытесняют из кольцевого зазора в направлении к оси цилиндра, создают дополнительные восходящие вихри в сторону камеры зажигания. В двигателе внутреннего сгорания для осуществления способа, содержащем основную камеру с рабочим цилиндром и поршнем, камеру зажигания, выполненную симметрично относительно оси цилиндра, снабженную устройством зажигания и сообщенную с основной камерой сгорания. Новым является то, что поршень имеет по периферии цилиндрический выступ, а в головке цилиндра выполнено цилиндрическое углубление, в которое входит выступ поршня при движении в ВМТ и которое сообщено с камерой зажигания каналами, причем каналы снабжены газовыми и/или жидкостными форсунками, а камера зажигания сообщена с основной камерой посредством плавно сужающе-расширяющемся канала. Торцевая рабочая поверхность днища поршня внутри кольцевого цилиндрического выступа, выполнена плоской по периферии и вогнутой в центральной части, причем размер плоского участка поршня соответствует размеру плоского участка головки. Камера зажигания сообщена с основной камерой сгорания системой разнонаправленных газодинамических детекторов. При реализации способа такое конструктивное выполнение поршня и головки двигателя внутреннего сгорания обеспечивает интенсивное и полное горение обедненной топливовоздушной смеси вблизи верхней мертвой точки поршня и достижение высоких экономических и экологических характеристик двигателя по двум направлениям воздействия на процесс горения:а) за счет "химической" интенсификации процесса горения;
б) за счет "газодинамической" интенсификации процесса горения. "Химическая" интенсификация сжигания бедных топливовоздушных смесей (горючих смесей природного газа с воздухом) с





Класс F02B19/18 переходные каналы между форкамерами и цилиндрами