Цикл работы двигателя замкнутый. Возможна организация работы ДВС с кривошипно-шатунным механизмом по двух и четырехтактному циклу. Но подавляющее большинство автомобильных двигателей внутреннего сгорания работает по четырехтактному циклу. Рассмотрим, каким образом происходит эта работа.
Коленчатый вал вращается. Соединенный с ним поршень совершает в цилиндре движение вверх — вниз. Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками. Это верхняя мёртвая точка (сокращенно ВМТ) и нижняя мёртвая точка (НМТ).
Перемещение поршня от одного крайнего положения до другого называется тактом. Следовательно у четырехтактного двигателя цикл работы выполняется за четыре движения поршня вверх-вниз, что соответствует двум оборотам коленчатого вала.
Если умножить площадь торца (днища) поршня на расстояние между ВМТ и НМТ получим, так называемый, рабочий объем цилиндра, обозначаемый Vh.
Если умножить рабочий объем цилиндра на количество цилиндров в двигателе получается тот самый рабочий объем двигателя. Эта цифра в литрах всегда фигурирует среди технических параметров автомобиля. Многие автопроизводители гордо выносят эту цифру на шильдик, располагая его на задней части автомобиля (часто цифру привирают).
Цифра указывающая на рабочий объем двигателя
Объем над поршнем, когда он замер в ВМТ, называют объемом камеры сгорания (Vс). Именно в этом объеме начинается горение смеси паров топлива и воздуха. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра называется полным объемом цилиндра :Va = Vh + Vс.
Следующий важный параметр двигателя, это геометрическая степень сжатия. Обозначается ε. Она показывает, во сколько раз изменяется объем над поршнем, когда он перемещается от НМТ к ВМТ, ε = Va/Vc. Чем больше ε, тем выше температура и давление в смеси газов над поршнем при приближении его к ВМТ. Повышение степени сжатия делает двигатель экономичнее и увеличивает его мощность.
Но величина ε зависит от топлива, на которое рассчитан двигатель. Для двигателя, работающего на бензине ε = 6 – 10, для газовых ε = 7 – 9, для дизельных ε = 15 – 20. Отсюда видно, почему бензиновый двигатель легко переоборудовать для работы на газе. У дизелей такое высокое значение ε необходимо для того, чтобы обеспечить самовоспламенение топлива.
Первый такт цикла носит название «впуск». Поршень движется от ВМТ к НМТ. Впускной клапан открыт, и через него в цилиндр поступают пары бензина смешанные с воздухом, так называемая горючая смесь (у дизельного двигателя – чистый воздух).
Второй такт – сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется от НМТ к ВМТ, рабочая смесь (горючая смесь и остатки продуктов горения от предыдущего цикла) сжимается. Когда поршень приближается в ВМТ, у бензиновых двигателей между контактами свечи зажигания проскакивает электрическая искра для поджигания смеси.
Дело в том, что перед началом горения должны пройти реакции, подготавливающие смесь к горению. Интенсивное горение смеси должно начаться только когда поршень достигнет ВМТ. Время на подготовительные реакции всегда одинаковое, а скорость перемещения поршня изменяется при изменении оборотов коленчатого вала. Поэтому приходиться изменять момент подачи искры, изменять, так называемый «угол опережения зажигания».
Меняется угол опережения зажигания
У дизельных двигателей при приближении поршня к ВМТ через специальную форсунку в надпоршневое пространство под высоким давлением впрыскивается топливо. Пока поршень дойдет до ВМТ, топливо должно испариться, перемешаться с воздухом, приготовиться к горению и начать гореть, когда поршень окажется в ВМТ.
Время на подготовку также постоянное, поэтому на высоких оборотах топливо впрыскивается раньше. Изменяется так называемый «угол опережения впрыска».
Третий такт – рабочий ход. Клапаны закрыты. Смесь интенсивно горит, её давление, и температура резко повышаются. Под действием давления поршень движется от ВМТ к НМТ и подталкивает коленчатый вал, подпитывая его энергией.
Четвертый такт – выпуск. Выпускной клапан открыт. Поршень движется от НМТ к ВМТ и отработанные газы выдавливаются из цилиндра.
Цикл закончился и начинается следующий. Следует заметить, что подпитка энергией коленчатого вала происходит только во время такта рабочего хода. Во время всех остальных тактов поршень перемещается (так называемые насосные ходы) за счет энергии, накопленной коленчатым валом от предыдущих рабочих циклов.
Как работает двигатель внутреннего сгорания — видео:
То есть в течение двух оборотов коленчатого вала подпитка его энергией происходит только пол-оборота. Это одна из причин невысокого коэффициента полезного действия четырехтактных двигателей.
avto-i-avto.ru
Изобретение относится к моторостроению, а именно к способу работы двигателя внутреннего сгорания, и может быть применено в моторостроении автомобильной промышленности и других отраслях народного хозяйства, где используются двигатели внутреннего сгорания для привода мобильных средств и стационарных установок. Технический результат заключается в возможности создания двигателя, работающего на многих сортах жидкого и газообразного топлива, в том числе и на низкосортном, и при этом обеспечивается полное сгорание топлива и высокая экологическая чистота выхлопных газов. Согласно изобретению, способ работы двигателя внутреннего сгорания осуществляется в двигателе, имеющем компрессорную камеру, камеру сгорания и рабочую камеру. В компрессорной камере двигателя впускают, сжимают и нагнетают заряд сжатого воздуха или горючей смеси через открытый впускной клапан в камеру сгорания. В камере сгорания принимают или создают горючую смесь, воспламеняют ее и через открытый выпускной клапан камеры сгорания выпускают горящие газы в рабочую камеру. Горящие газы в процессе горения приводят в действие механизм вращения вала двигателя. Затем выхлопные газы из рабочей камеры выпускают в атмосферу. Двигатель может включать в себя одну или несколько камер сгорания. При этом в двигателе с несколькими камерами сгорания из компрессорной камеры заряд сжатого воздуха или горючей смеси нагнетается поочередно в несколько камер сгорания, где принятую в камеру сгорания или созданную в камере сгорания горючую смесь воспламеняют при закрытых впускном и выпускном клапанах и осуществляют фазу горения при постоянном объеме. Затем горящие газы выпускают поочередно из каждой камеры сгорания в рабочую камеру. В рабочей камере в процессе рабочего хода протекает фаза горения горючей смеси при увеличении совокупного объема камеры сгорания и рабочей камеры при снижении давления и температуры горящих газов. В двигателе, включающем одну камеру сгорания, ее продувают и заряжают сжатым зарядом. Принятую или созданную в камере сгорания горючую смесь воспламеняют при закрытом впускном и выпускном клапанах и осуществляют фазу горения при постоянном объеме. Затем выпускают газы из камеры сгорания в рабочую камеру, в которой в процессе рабочего хода протекает фаза горения смеси при увеличении совокупного объема камеры сгорания и рабочей камеры, при снижении давления и температуры горящих газов. 2 н.п. ф-лы, 10 ил., 5 табл.
Сжигание горючей смеси в замкнутых камерах сгорания делает двигатель нечувствительным к детонации топлива. Нагрузка на шатунно-поршневую группу или ротор и вал двигателя становится плавной, а их ресурс эксплуатации увеличивается. Становится возможным применение форкамерно-факельного зажигания обедненной смеси, высокочастотного генератора при обогащенных смесях, впрыска воды в конце фазы интенсивного горения для повышения давления рабочих газов и снижения температурного нагрева двигателя, а также другие мероприятия, повышающие эффективность двигателя, его мощность, коэффициент полезного действия, экологическую чистоту выхлопных газов.Предложенный способ сохраняет полностью без изменения экстенсивное сжигание топлива в рабочей камере, как это имеет место у всех современных эксплуатируемых двигателей и в способах-прототипах. Но в отличие от них он имеет дополнительно еще одну более эффективную фазу интенсивного сжигания топлива в камере сгорания.Фаза интенсивного сжигания топлива не только снижает его расход, но и многократно снижает выброс окиси углерода и азота, бензаперена и альдегидов, несгоревших углеводородов - сажи и дыма. Она позволяет отказаться от использования сложных и дорогих дожигателей, фильтров, уловителей и нейтрализаторов выхлопных газов.Появляется возможность значительного повышения степени сжатия и дальнейшего увеличения числа оборотов, повышающих удельную мощность двигателя.Современные двигатели внутреннего сгорания с четным числом поршней легко поддаются модернизации для работы по предложенному способу. Для этого требуется замена головки блока цилиндров на иную с камерами сгорания и изменения системы клапанов. Но еще больший эффект дает применение данного способа работы к роторно-поршневым двигателям, имеющим вдвое более длинные циклы рабочего процесса при одинаковом числе оборотов вала двигателя и другие преимущества. 
Формула изобретения
1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, в компрессорной камере которого впускают, сжимают и нагнетают заряд сжатого воздуха или горючей смеси через открытый впускной клапан в камеру сгорания, где принимают или создают горючую смесь, воспламеняют ее, через открытый выпускной клапан камеры сгорания выпускают горящие газы в рабочую камеру, в которой они в процессе горения приводят в действие механизм вращения вала двигателя, а затем выхлопные газы из рабочей камеры выпускают в атмосферу, отличающийся тем, что из компрессорной камеры заряд сжатого воздуха или горючей смеси нагнетается поочередно в несколько камер сгорания, где принятую в камеру сгорания или созданную в камере сгорания горючую смесь воспламеняют при закрытых впускном и выпускном клапанах и осуществляют фазу горения при постоянном объеме, а затем горящие газы выпускают поочередно из каждой камеры сгорания в рабочую камеру, в которой в процессе рабочего хода протекает фаза горения горючей смеси при увеличении совокупного объема камеры сгорания и рабочей камеры, при снижении давления и температуры горящих газов.2. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, имеющего компрессорную камеру, камеру сгорания и рабочую камеру, в компрессорной камере которого впускают, сжимают и нагнетают заряд сжатого воздуха или горючей смеси через открытый впускной клапан в камеру сгорания, где принимают или создают горючую смесь, воспламеняют ее, через открытый выпускной клапан камеры сгорания выпускают горящие газы в рабочую камеру, в которой они в процессе горения приводят в действие механизм вращения вала двигателя, а затем выхлопные газы из рабочей камеры выпускают в атмосферу, отличающийся тем, что камеру сгорания продувают и заряжают сжатым зарядом, принятую или созданную в камере сгорания горючую смесь воспламеняют при закрытом впускном и выпускном клапанах и осуществляют фазу горения при постоянном объеме, а затем выпускают газы из камеры сгорания в рабочую камеру, в которой в процессе рабочего хода протекает фаза горения смеси при увеличении совокупного объема камеры сгорания и рабочей камеры, при снижении давления и температуры горящих газов.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10www.findpatent.ru
Сущность изобретения: по способу работы двигателя внутреннего сгорания путем впуска в цилиндр рабочего заряда, подачи в компрессорную камеру свежего заряда, сжатия в цилиндре рабочего заряда, воспламенения его, сгорания и расширения продуктов сгорания, сжатия и нагрева в компрессорной камере свежего заряда, выпуска отработавших газов из цилиндра и перепуска сжатого свежего заряда из компрессорной камеры в цилиндр предлагается для повышения КПД двигателя путем уменьшения потерь на сжатие частично аккумулировать в компрессорной камере тепло, возникающее при сжатии свежего заряда во время перепуска из компрессорной камеры в цилиндр, свежий заряд расширяют, передавая ему аккумулированное тепло. 3 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению.
Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) путем подачи свежего заряда топливовоздушной смеси (ТВС) в подпоршневую компрессорную полость, сжатия его в этой полости, перепуска свежего заряда в цилиндр, воспламенения заряда от сжатия, сгорания, расширения и выпуска продуктов сгорания из цилиндра [1]. Однако в известном способе сжимают ТВС в компрессорной полости без отвода тепла, что приводит к разогреву сжимаемого заряда, повышению потерь на сжатие, возникает опасность детонации ТВС. Известен способ работы ДВС путем впуска в цилиндр рабочего заряда, подачи свежего заряда в полость, нагреваемую теплом продуктов сгорания рабочего заряда, сжатия в цилиндре рабочего заряда, сжатия и нагрева в полости свежего заряда, воспламенения рабочего заряда, его сгорания, расширения продуктов сгорания, выпуска отработавших газов из цилиндра и продувки цилиндра свежим зарядом из полости [2]. Однако в известном способе свежий заряд нагревается в полости и от сжатия, и от горячих стенок цилиндра, что приводит к дополнительному росту давления в полости, повышению потерь на сжатие и уменьшает КПД ДВС. Цель изобретения - повышение КПД ДВС. Цель достигается тем, что по способу работы ДВС путем впуска в цилиндр рабочего заряда, подачи в компрессорную камеру свежего заряда, сжатия в цилиндре рабочего заряда, воспламенения его, сгорания и расширения продуктов сгорания, сжатия и нагрева в компрессоpной камере свежего заряда, выпуска отработавших газов из цилиндра и перепуска сжатого свежего заряда из компрессорной камеры в цилиндр при сжатии свежего заряда его тепло частично аккумулируют в компрессорной камере, а во время перепуска из компрессорной камеры в цилиндр свежий заряд расширяют, передавая ему аккумулированное в компрессорной камере тепло. Сущность заявляемого способа заключается в аккумулировании возникающего при сжатии в компрессорной полости тепла с целью снижения температуры заряда и давления в полости. В результате снижаются потери энергии на сжатие свежего заряда и повышается КПД ДВС. Саккумулированное в компрессорной полости тепло возвращается затем в заряд на стадии его расширения при перепуске в цилиндр. Таким образом достигается положительный эффект. Предложенная циклическая аккумуляция тепла при сжатии с отдачей тепла при расширении заряда может быть осуществлена с помощью размещенного в компрессорной полости регенеративного теплообменника. На фиг. 1 и 2 изображен цилиндр ДВС с расположением кольцевой компрессорной камеры вокруг цилиндра с двухступенчатым поршнем, расположенным в нижней (НМТ) и верхней (ВМТ) мертвых точках соответственно; на фиг.3 - ДВС с подпоршневой компрессорной камерой. П р и м е р 1 (фиг.1 и 2). Двигатель содержит два коаксиальных цилиндра: внутренний 1 и наружный 2, между которыми расположена кольцевая компрессорная камера 3, заполненная набивкой регенеративного теплообменника, головку 4 цилиндров, поршень, связанный с преобразовательным механизмом (не показан) и имеющий две ступени - первую 5 меньшего диаметра и вторую 6 большего диаметра. Первая ступень 5 поршня образует со стенками внутреннего цилиндра 1 и головкой 4 цилиндров рабочую камеру 7 переменного объема. Вторая ступень 6 поршня образует между внутренними стенками наружного цилиндра 2 и боковыми стенками первой ступени 5 поршня перепускную камеру 8, которая отделена от компрессорной камеры 3 перепускными каналами 9 автоматическими клапанами 10. В головке цилиндров расположены форсунка 11, выступающая в рабочую камеру 7, и выпускной клапан 12. В стенке внутреннего цилиндра 1 выполнены продувочные окна 13, управляемые первой ступенью 5 поршня и соединяющие компрессорную 3 и рабочую 7 камеры при расположении поршня вблизи НМТ (фиг.1). В стенке наружного цилиндра 2 ниже перепускных каналов 9 выполнены впускные окна 14 с клапанами 15, через которые в двигатель подается свежий заряд. Регенератор, размещенный в компрессорной камере 3, представляет собой набор концентрических "галет" (набивка), спрессованных из тонкой проволочной путанки диаметром 30-60 мкм. Кроме этого, может использоваться фольга. Способ по примеру 1 осуществляется следующим образом. При движении поршня от НМТ к ВМТ первая ступень 5 поршня перекрывает продувочные окна 13, автоматические клапаны 15 впускных окон 14 закрываются под действием перепада давления, а перепускные клапаны 10 открываются. Начинается раздельное сжатие рабочего заряда в рабочей камере 7 и свежего заряда в компрессорной 3 и перепускной 8 камерах. При этом свежий заряд через перепускные каналы 9 поступает в компрессорную камеру 3 и сжимается в объеме, заполненном набивкой регенератора, нагреваясь при этом как от стенок внутреннего цилиндра 1, так и от сжатия. Одновременно регенератор частично забирает тепло от воздушного заряда, также нагреваясь при этом. Поскольку толщина проволоки "галет" и полная теплоемкость регенератора определены из условия их минимальной тепловой инерционности, температура набивки отслеживает температуру воздушного заряда путем частичного аккумулирования тепла в материале набивки. Температура набивки и заряда, а также давление в компрессорной камере повышаются вплоть до подхода поршня к ВМТ. Однако температура максимального сжатия свежего заряда не должна превышать температуры стенок внутреннего цилиндра 1 во избежание перегрева двигателя. Увеличение полной теплоемкости компрессорной камеры 3 благодаря размещенной в ней набивке позволяет выполнять это условие при степени сжатия до 5-7, что невозможно при отсутствии регенератора, когда степень сжатия в камере 3 не должна превышать 2-3. Вблизи ВМТ в нагретый от сжатия в камере 7 рабочий заряд впрыскивают топливо форсункой 11, воспламеняют и выжигают его. Начинается рабочий ход поршня, расширение продуктов сгорания с совершением механической работы. Сжатый в компрессорной камере 3 свежий заряд остается в ней почти до конца рабочего хода поршня, поскольку в конце такта сжатия перепускной клапан 10 закрывается, отсекая камеру 3 от перепускной камеры 8. В самой перепускной камере начинается накопление новой порции свежего заряда, поступающего через впускные окна 14, клапаны 15 на которых открываются под действием перепада давления. При подходе поршня к НМТ открывают выпускной клапан 12 и осуществляют свободный выпуск отработавших газов из рабочей камеры 7. Затем первая ступень поршня открывает продувочные окна 13 и свежий заряд из компрессорной камеры 3 начинает под давлением поступать в рабочую камеру 7, вытесняя продукты сгорания через открытый выпускной тракт. При этом происходит расширение сжатого заряда в объеме регенератора, температура заряда уменьшается, и начинается передача ранее саккумулированного тепла от более горячей (на этой стадии) набивки в охлаждающийся при расширении газ. Использование проволоки малого диаметра для образования развитой поверхности набивки и минимальной тепловой инерционности ее делает процесс передачи тепла за время цикла от газа регенератору и наоборот чрезвычайно эффективным. Таким образом, в конце продувки и наполнения рабочей камеры 7 регенератор отдает в свежий заряд саккумулированное ранее тепло и возвращается в начальное состояние. Поршень находится в НМТ. Выпускной клапан 12 закрыт. В перепускной камере 8 накоплен свежий заряд для следующего цикла, и автоматический клапан 15 закрывается. С началом нового такта сжатия открываются перепускные клапаны 10 и закрываются первой ступенью 5 поршня продувочные окна 13. Цикл повторяется. П р и м е р 2 (фиг.3). Двигатель содержит цилиндр 16, поршень 17 с перепускным клапаном 18, разделяющий внутрицилиндровый объем на надпоршневую рабочую камеру 19 и подпоршневую компрессорную камеру 20. Последняя имеет впускные отверстия 21 с клапанами 22 и содержит регенеративный теплообменник 23, форма которого соответствует внутренней поверхности юбки поршня 17. В полость рабочей камеры 19 выступает форсунка 24. В стенке цилиндра 16 выполнены выпускные окна 25. Регенератор 23 аналогичен описанному в примере 1. Способ по примеру 2 осуществляют следующим образом. При движении поршня 17 от НМТ к ВМТ перепускной клапан 18 закрыт и в замкнутой компрессорной камере 20 создается начальное разряжение, в результате чего открываются клапаны 22 впускных отверстий 21 и начинает поступать свежий заряд. Одновременно в рабочей камере 19 происходит сжатие рабочего заряда и впрыск топлива в разогретый от сжатия заряд. При прохождении поршнем ВМТ клапаны 22 закрываются - заканчивается накопление свежего заряда в компрессорной камере 20 и начинается его сжатие в объеме регенератора 23 при рабочем ходе поршня 17 под действием расширяющихся продуктов сгорания. Аналогично примеру 1 набивка регенератора аккумулирует часть возникающего при сжатии тепла, "отслеживая" температуру свежего заряда. В результате процесс сжатия проходит при более низких температуре и давлении свежего заряда, и потери на сжатие уменьшаются. При подходе к НМТ поршень 17 открывает выпускные окна 25. Затем открывается поршневой перепускной клапан 18, и свежий заряд, сжатый в объеме регенератора 23 (занимающего весь подпоршневой объем при положении поршня в НМТ), начинает поступать в рабочую камеру, вытесняя остатки продуктов сгорания. На этой стадии, когда температура расширяющегося свежего заряда уменьшается, более нагретая проволочная набивка начинает отдавать газу ранее саккумулированное тепло, стремясь приблизить процесс расширения к изотермическому. Поршень 17 проходит НМТ, продувка и наполнение рабочей камеры 19 заканчиваются. Перепускной клапан 18 и выпускные окна 25 закрываются. Цикл повторяется. Описанный процесс осуществим в ДВС с различными видами смесеобразования, разными типами компрессорных камер и способами использования сжатого свежего заряда (продувка, наддув, охлаждение цилиндра или последующее расширение сжатого в объеме регенератора заряда с совершением полезной механической работы). Во всех случаях достигается повышение КПД ДВС за счет уменьшения механических потерь на сжатие свежего заряда, поскольку "отслеживание" набивкой температуры газа делает процесс расширения и сжатия более близким к изотермическому, т.е. более энергетически выгодным по сравнению с прототипом.Формула изобретения
СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ путем впуска в цилиндр рабочего заряда, подачи в компрессорную камеру свежего заряда, сжатия в цилиндре рабочего заряда, воспламенения его, сгорания и расширения продуктов сгорания, сжатия и нагрева в компрессорной камере свежего заряда, выпуска отработавших газов из цилиндра и перепуска сжатого свежего заряда из компрессорной камеры в цилиндр, отличающийся тем, что при сжатии свежего заряда его тепло частично аккумулирует в компрессорной камере, а во время перепуска из компрессорной камеры в цилиндр свежий заряд расширяют, передавая ему аккумулированное в компрессорной камере тепло.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3www.findpatent.ru
Ответ.Процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня, называется тактом. Совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре, т. е. впуск горючей смеси, сжатие ее, расширение газов при сгорании и выпуск продуктов сгорания, называется рабочим циклом.
Если рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, то двигатель называется четырехтактным.
Впуск - первый такт (рисунок 1 а). Поршень перемещается вниз и, действуя подобно насосу, создает разрежение в цилиндре. Под влиянием разности давлений через открытый впускной клапан цилиндр заполняется чистым воздухом. Выпускной клапан закрыт. В конце такта закрывается и впускной клапан. К этому моменту давление в цилиндре составляет 0,08...0,09 МПа, температура - 30...50°С
Сжатие второй такт (рисунок 1 б). Поршень, продолжая движение, перемещается вверх. Поскольку оба клапана закрыты, поршень сжимает воздух, температура которого растет. Благодаря высокой степени сжатия давление в цилиндре повышается до 4 МПа, воздух нагревается до температуры 600°С. В конце такта сжатия через форсунку в мелкораспыленном состоянии в цилиндр впрыскивается порция дизельного топлива. Мелкие частицы топлива, соприкасаясь с нагретыми сжатым воздухом стенками цилиндра, самовоспламеняются, большая их часть сгорает.
Расширение или рабочий ход - третий такт (рисунок 1 в). Поршень идет вниз. Во время этого такта топливо сгорает полностью. Оба клапана при рабочем ходе закрыты. Температура газов при сгорании достигает 2000°С, давление повышается до 8 МПа и более. Под большим давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и передает воспринимаемое им усилие через шатун на коленчатый вал, заставляя его вращаться. Около ИМТ давление снижается до 0,4 МПа, температура до 700°С.
Выпуск- четвертый такт (рисунок 3 г). Поршень перемещается вверх, выпускной клапан открывается. Отработавшие газы сначала под действием избыточного давления, затем под действием поршня удаляются из цилиндра. Когда поршень находится около ВМТ, выпускной клапан закрываемся, впускной открывается. Рабочий цикл повторяется.
Далее процессы, происходящие в цилиндре, повторяются в указанной последовательности. Рабочим является только один такт — расширение, впуск и сжатие являются подготовительными, а выпуск — заключительным тактами.
Что называют порядком работы цилиндров?
Ответ. Последовательностьчередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы четырехцилиндровых отечественных тракторныхдвигателей 1-3-4-2. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре (рисунок 2). Определенная последовательность соблюдаетсяи в других многоцилиндровых двигателях, например в шестицилиндровом V-образном дизеле: 1-4-2-5-3-6
При выборе порядка работы двигателя конструкторы
стремятся равномерно распределить нагрузку на коленчатый вал. Зная порядок работы цилиндров двигателя, можно правильно присоединить топливо проводы к форсункам и отрегулировать клапаны.
Рисунок 2: а - схема четырехцилиндрового дизеля;
б - порядок работы четырехцилиндрового дизеля
cyberpedia.su
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с расслоением горючей смеси. Способ работы ДВС с торообразной вихревой закруткой топливовоздушной смеси в рабочей камере заключается в подаче в рабочую камеру смеси, сжатии ее, воспламенении, горении, расширении и выпуске, причем закрутка смеси обеспечивается при ее расширении двумя противоположно расположенными сопловыми камерами. Рабочая камера снабжена центральным стержнем-обтекателем. Камера сгорания имеет кольцеообразную форму с линзообразным радиальным сечением. Изобретение обеспечивает повышение экономичности и уменьшение токсичности отработавших газов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к ДВС с расслоением топливного заряда.
Известен способ работы ДВС путем подачи в рабочую камеру топливовоздушной смеси с осевой закруткой, сжатия, воспламенения, сгорания, расширения и выпуска /А. С. СССР 1379478, М.кл. F 02 B 29/06/. Его недостатки: 1. Устройство для закрутки смеси во впускном канале усложняет конструкцию двигателя, увеличивает сопротивление потоку смеси, что уменьшает величину топливного заряда. 2. Степень завихрения зависит от режимов работы двигателя, и при частичных нагрузках она недостаточна. 3. При рабочем ходе поршня осевая закрутка сгораемой смеси способствует интенсивному нагреву головки цилиндра и днища поршня. Известен также способ работы ДВС с торообразной вихревой закруткой смеси в рабочей камере, заключающийся в подаче в рабочую камеру смеси, сжатия ее, воспламенения, горения, расширения и выпуска /А. С. СССР 953236, М.кл3 F 02 В 23/06/, принятый за прототип. Его недостатки: 1. Торообразный вихрь смеси образуется при сжатии смеси, и искровое ее воспламенение затруднительно из-за большой скорости движения. 2. При рабочем ходе поршня горящая смесь интенсивно омывает поверхности головки цилиндра и днища поршня, это увеличивает тепловые потери, требует охлаждения деталей и повышает токсичность ОГ. Цель изобретения - повышение экономичности и уменьшение токсичности ОГ двигателя. С этой целью в способе работы ДВС, состоящем в подаче в рабочую камеру топливовоздушной смеси, сжатия ее, воспламенения, горения и выпуска, торообразная вихревая закрутка смеси обеспечивается при ее расширении двумя противоположно расположенными сопловыми камерами, рабочая камера снабжена центральным стержнем-обтекателем, камера сгорания имеет кольцеобразную форму с линзообразным радиальным сечением. Новыми отличительными признаками по сравнению с прототипом являются: 1. Торообразная вихревая закрутка смеси обеспечивается при ее расширении двумя противоположнорасположенными сопловыми камерами. 2. Рабочая камера снабжена центральным стержнем-обтекателем. 3. Камера сгорания /КС/ имеет кольцеобразную форму с линзообразным радиальным сечением. На фиг.1 - продольный разрез двигателя при подходе поршня к ВМТ. На фиг.2 - при нахождении поршня в ВМТ. На фиг.3 - при отходе поршня от ВМТ. ДВС содержит рабочую камеру 1, цилиндр 2 с головкой 3, поршень 4, впускной клапан 5 и свечу зажигания 6. Центральная сопловая камера 7 расположена в головке 3 цилиндра 2, внешняя сопловая камера 8 - в поршне 4. Центральный стержень-обтекатель 9 выполнен заодно с поршнем 4. Кольцевая камера сгорания 10 имеет линзообразную форму 11 в радиальном сечении. Сущность способа. После продувки рабочей камеры 1 чистым воздухом и перекрытия поршнем 4 продувочных и выпускного окон /не показаны/ начинается сжатие, сжимаемый воздух начинает перетекать в сопловые камеры 7, 8, открывается клапан 5 подачи богатой смеси /
=0,8-0,95/ под избыточным давлением /фиг.1/. При дальнейшем подъеме поршня 4 и повышении давления в рабочей камере 1 клапан 5 автоматически или принудительно закрывается, область вокруг кольцевой КС 10 становится полностью заполненной богатой смесью, которая при подходе поршня 4 также начинает перетекать в сопловые камеры 7, 8. При приближении поршня 4 к ВМТ давление и температура в КС 10 растут значительно больше, чем в сопловых камерах 7, 8, из-за малого зазора между головкой 3 цилиндра 2 и поршнем 4 и углового лабиринта между камерами 7, 10, 8, увеличивающих гидравлическое сопротивление перетеканию смеси. От искры на свече 6 происходит воспламенение, и начинается горение часта заряда в КС 10, давление и температура в КС 10 при нахождении поршня 4 в ВМТ повышаются до максимума, но меньше, чем обычно, из-за наличия в КС 10 по внутреннему и наружному диаметрам кольцевых щелей, через которые разогретая смесь из КС 10 устремляется в сопловые камеры 7, 8 давление в которых повышается почти до максимума. Поступаемая горячая смесь нагревает стенки щелей и сопел, ее течение в сопловых камерах 7, 8 происходит без завихрений и перемешивания благодаря плавному изменению сечений сопел. Давление в КС 10 после прохождения поршня 4 ВМТ становится меньше, чем в сопловых камерах 7, 8, и вошедшая горячая богатая смесь устремляется обратно с большой скоростью благодаря наличию сопел, первая ее часть при малой величине зазора между поршнем 4 и головкой 3 попадает в ядро кольцевого очага пламени КС 10, интенсивно увеличивая его, при увеличении расстояния между поршнем 4 и головкой 5 встречное направление потоков из двух сопловых камер 7, 8, образуя момент сил, закручивает круговой очаг в торообразный вихрь 12. Центральный стержень-обтекатель 9 и линзообразная форма 11 КС 10 способствуют зарождению и протеканию вихря 12. Торообразный вихрь 12 с горячим ядром и холодной внешней оболочкой /сначала из смеси, затем из воздуха/ сравнительно устойчив, и после опорожнения сопловых камер 7, 8 от сжатого воздуха сохранится в рабочей камере 1 до НМТ. Интенсивное догорание смеси внутри вихря обеспечивает малую токсичность ОГ. Уменьшается возможность детонации. При вращении торообразного вихря 12 его внутренняя часть направляется к центральной части поршня 4 и по радиусу - к зеркалу цилиндра 2, это обеспечивает быстрое опорожнение рабочей камеры 1 от ОГ при открытии выпускных окон. Ограниченная величина максимального давления и температуры в КС 10 в ВМТ обеспечивает мягкую работу двигателя и уменьшает количество окислов азота. Сгорание основной части смеси после ВМТ в торообразном вихре 12 происходит при большой скорости и изоляции от холодных стенок цилиндра 2 и поршня 4, обеспечивает большую температуру и давление, увеличивает работу расширяющихся газов и уменьшает токсичность ОГ. Холодная оболочка торообразного вихря предохраняет стенки поршня 4 и цилиндра 2 от нагрева на всех режимах работы двигателя, это уменьшает тепловые и механические потери. При близких коэффициентах линейного расширения материалов поршня 4 и цилиндра 2 возможна конструкция поршня 4 без компрессионных колец. Способ обеспечивает расслоение горючей смеси и сгорание ее основное части в торообразном вихре 12 при рабочем ходе поршня 4, что улучшает тепловой процесс, повышает экономичность и мощность двигателя, уменьшает тепловые потери и токсичность ОГ. Возможно качественное регулирование мощности двигателя. Способ целесообразно использовать на двухтактных короткоходных двигателях /лучше используется торообразный вихрь/. В некоторых случаях возможна обратная установка сопловых камер: центральная - в поршне 4, внешняя - в головке 3 цилиндра 2.Формула изобретения
1. Способ работы ДВС с торообразной вихревой закруткой топливовоздушной смеси в рабочей камере, заключающийся в подаче в рабочую камеру смеси, сжатии ее, воспламенении, горении, расширении и выпуске, отличающийся тем, что закрутка смеси обеспечивается при ее расширении двумя противоположно расположенными сопловыми камерами. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочая камера снабжена центральным стержнем-обтекателем. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания имеет кольцеобразную форму с линзообразным радиальным сечением.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3www.findpatent.ru
Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к способам работы двигателей внутреннего сгорания на тяжелом, преимущественно дизельном, топливе с комбинированным (внешним и внутренним) смесеобразованием и принудительным воспламенением рабочей смеси. В двигателе осуществляют комбинированное смесеобразование: внешнее и внутреннее, Причем внешнее смесеобразование осуществляют введением части топлива в объеме 40% от полной цикловой подачи топлива во всасывающий тракт посредством карбюратора или инжектора, а внутреннее смесеобразование - путем впрыскивания в цилиндр оставшейся части топлива в объеме 60% с одновременным принудительным воспламенением смеси, при этом несгоревшее топливо из форкамеры поступает в основную камеру сгорания и догорает при наличии воздуха. Всасывающий коллектор снабжен устройством для обеспечения внешнего смесеобразования, причем основная камера сгорания и дополнительная имеют общий объем, позволяющий обеспечить степень сжатия 
=9
11. Изобретение обеспечивает снижение удельного расхода топлива, уменьшение токсичности отработавших газов. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к способам работы двигателей внутреннего сгорания на тяжелом, преимущественно дизельном, топливе, с комбинированным (внешним и внутренним) смесеобразованием и принудительным воспламенением рабочей смеси.
Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания путем присадки легкого топлива к воздуху, подаваемому в цилиндры, с последующим впрыском дизельного топлива в сжатый заряд (см. авт. свид. СССР 769044, кл. F 02 В 49/00, 1980 г. ). Однако двигатели, реализующие известный способ, требуют сложного конструкционного обеспечения, вследствие чего надежность таких двигателей невысока. Известен способ работы двигателей внутреннего сгорания, обладающих высокими степенями сжатия и работающих на тяжелых топливах, где в момент впрыска топлива в цилиндр оно принудительно воспламеняется от свечи зажигания, что практически исключает период задержки самовоспламенения, всегда присутствующий у двигателей с самовоспламенением и интенсифицирует процессы горения рабочей смеси и расширения продуктов сгорания (см. авт. свид. СССР 1126705, кл. F 02 В 19/00, 1980 г.). Однако при впрыске топлива в цилиндр возле верхней мертвой точки процессы испарения топлива и смесеобразования его с воздухом не успевают развиться в полной мере, что не обеспечивает гомогенизации рабочей смеси но всему объему цилиндра и, следовательно, часть топлива не участвует в процессе сгорания, что ухудшает экономичность двигателя. Устройства для осуществления известных способов содержат основную камеру сгорания и дополнительную камеру сгорания, размещенную в головке цилиндра, снабженную форсункой и свечой зажигания. Техническая задача - создание способа работы двигателя внутреннего сгорания с комбинированным - внешним и внутренним смесеобразованием тяжелого (дизельного) топлива с воздухом и остатками продуктов сгорания в цилиндре, при степени сжатия заряда в цилиндре в пределах = 9 11, коэффициенте избытка, воздуха = 1,0 1,1 и принудительным воспламенением образовавшейся гомогенной рабочей смеси. Технический результат - усовершенствование способа, снижение удельного расхода топлива, уменьшение токсичности отработавших газов, снижение тепловой и механической напряженности элементов рабочего цилиндра, уменьшение массогабаритных показателей двигателя. Это достигается тем, что способ работы двигателя внутреннего сгорания включает сжатие и вытеснение воздуха из основной камеры сгорания в дополнительную камеру сгорания, впрыск топлива в дополнительную камеру сгорания, воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси от электрической искры, создаваемой устройством для зажигания, сгорание части топливовоздушной смеси, находящейся в форкамере, осуществляют комбинированное смесеобразование: внешнее и внутреннее, причем внешнее смесеобразование осуществляют введением части топлива в объеме 40% от полной цикловой подачи топлива во всасывающий коллектор, а внутреннее смесеобразование осуществляют путем впрыскивания в цилиндр оставшейся части топлива в объеме 60% от полной цикловой подачи топлива с одновременным принудительным воспламенением смеси, при этом несгоревшее топливо из форкамеры поступает в основную камеру сгорания и догорает при наличии воздуха. Работу двигателя осуществляют при степени сжатия заряда в цилиндре, находящейся в пределах = 9 11 и коэффициенте воздуха = 1,0 1,1, угол опережения впрыскивания топлива при этом составляет 1317o поворота коленчатого вала, а давление впрыскивания топлива - 11,512,0 МПа. Устройство для осуществления способа содержит основную камеру сгорания, дополнительную камеру сгорания, свечу зажигания и форсунку, расположенные в дополнительной камере сгорания, при этом всасывающий коллектор снабжен устройством для обеспечения внешнего смесеобразования, причем основная камера сгорания и дополнительная камера сгорания имеют общий объем, позволяющий обеспечить степень сжатия в пределах значений = 9 11. Описываемый способ осуществляется следующим образом. Пример 1 В течение такта впуска во всасывающий коллектор двигателя подают часть топлива в объеме 40% от полной цикловой подачи топлива посредством карбюратора. Полная цикловая подача топлива должна обеспечивать коэффициент избытка воздуха = 1,0 1,1. Образовавшуюся при этом топливно-воздушную смесь подают в цилиндр, где топливо испаряется и перемешивается с воздухом, образуя качественную горючую смесь. В цилиндре, после закрытия всасывающего клапана, горючая смесь превращается в рабочую, смешиваясь с остатками продуктов сгорания. Затем рабочую смесь сжимают, чем еще больше улучшают качество смесеобразования, и вытесняют ее из основного объема цилиндра в дополнительную камеру сгорания, расположенную в головке цилиндра. В конце такта сжатия в дополнительную камеру сгорания впрыскивают через форсунку со штифтовым распылителем, связанную с насосом высокого давления, основную часть топлива в объеме 60% от общего объема цикловой подачи топлива. Угол опережения впрыскивания топлива при этом должен составлять 1317o поворота коленчатого вала, а давление впрыскивания топлива при этом устанавливают 11,512,0 MПa. Одновременно с подачей основной части топлива образовавшуюся рабочую смесь воспламеняют искрой от свечи зажигания. Подача искры при этом не должна запаздывать относительно подачи топлива более чем на 2o поворота коленчатого вала. При этом возникают активные очаги воспламенения уже образовавшейся гомогенной смеси с добавкой вновь впрыснутого топлива, которое, попадая в возникшие очаги воспламенения, интенсивно испаряется, смешивается с избыточным воздухом и активно сгорает. Образовавшееся рабочее тело расширяют. Пример 2 В течение такта впуска во всасывающий коллектор двигателя подают часть топлива в объеме 40% от полной цикловой подачи топлива посредством инжектора. Подача топлива инжектором производится в течение всего открытого состояния всасывающего клапана. Полная цикловая подача топлива должна обеспечивать коэффициент избытка воздуха = 1,0 1,1. Топливо вместе с воздухом подают в цилиндр, где топливо испаряется и перемешивается с воздухом, образуя качественную горючую смесь. В цилиндре, после закрытия всасывающего клапана, горючая смесь превращается в рабочую, смешиваясь с остатками продуктов сгорания. Затем рабочую смесь сжимают, чем еще больше улучшают качество смесеобразования и вытесняют ее из основного объема цилиндра в дополнительную камеру сгорания, расположенную в головке цилиндра. В конце такта сжатия в дополнительную камеру сгорания впрыскивают через форсунку с многодырчатым распылителем, связанную с насосом высокого давления, основную часть топлива в объеме 60% от общего объема цикловой подачи топлива. Угол опережения впрыскивания топлива при этом должен составлять 1317o поворота коленчатого вала, а давление впрыскивания топлива при этом устанавливают 11,512,0 МПа. Одновременно с подачей основной части топлива образовавшуюся рабочую смесь воспламеняют искрой от свечи зажигания. При этом возникают активные очаги воспламенения уже образовавшейся гомогенной смеси с добавкой вновь впрыснутого топлива, которое, попадая в возникшие очаги воспламенения, интенсивно испаряется, смешивается с избыточным воздухом и активно сгорает. Образовавшееся рабочее тело расширяют. Таким образом, реализация предложенного способа работы двигателя позволяет осуществлять рабочий процесс со значениями коэффициента избытка воздуха, близкими к величине = 1,0, за счет предварительной организации хорошо подготовленной рабочей смеси на стадии впуска при помощи внешнего смесеобразования, что даст возможность уменьшить габаритные размеры и массу двигателя при оптимальных значениях степени сжатия, находящихся в пределах = 9 11, а также за счет принудительного воспламенения рабочей смеси в цилиндре, что позволит снизить максимальные значения давлений и температур рабочего цикла, чем будет обеспечено повышение надежности и работоспособности двигателя и снижение массогабаритных показателей двигателя. Высококачественная рабочая смесь, полученная в цилиндре за счет комбинированного смесеобразования, ее быстрое воспламенение посредством принудительного воспламенения и эффективное сгорание обеспечат высокую полноту сгорания топлива, что даст хорошую топливную экономичность и низкую токсичность отработавших продуктов сгорания. В устройстве для осуществления описываемого способа всасывающий коллектор дополнительно снабжен устройством для обеспечения внешнего смесеобразования - карбюратором или инжектором. На чертеже показано устройство (в разрезе), реализующее описываемый способ работы двигателя внутреннего сгорания. Двигатель содержит основную камеру 1 сгорания, образованную поверхностями днища поршня 2 и головки цилиндра 3 и дополнительную камеру 4 сгорания, расположенную в головке цилиндра 3. В дополнительной камере 4 сгорания расположены форсунка 5 и свеча 6 зажигания. Причем основная камера 1 сгорания н дополнительная камера 4 сгорания имеют общий объем, позволяющий обеспечить степень сжатия в пределах значений = 9 11. Всасывающий коллектор (не показан) снабжен устройством для обеспечения внешнего смесеобразования - карбюратором или инжектором (не показано). Работа устройства для осуществления описываемого способа работы двигателя внутреннего сгорания. В течение такта впуска во всасывающий коллектор посредством карбюратора или инжектора подается часть топлива, составляющая 40% от полной цикловой подачи топлива. Образовавшаяся при этом обедненная горючая смесь в течение такта сжатия вытесняется из основной камеры 1 сгорания в дополнительную камеру 4 сгорания. В конце такта сжатия в дополнительную камеру 4 сгорания посредством форсунки 5 впрыскивается основная часть топлива, составляющая 60% от полной цикловой подачи топлива. Одновременно с подачей основной части топлива рабочую смесь воспламеняют искрой от свечи 6 зажигания. При этом возникают активные очаги воспламенения уже образовавшейся гомогенной смеси с добавкой вновь впрыснутого топлива, которое, попадая в возникшие очаги воспламенения, интенсивно испаряется, смешивается с избыточным воздухом и активно сгорает. Во время такта сгорания и расширения часть топливной смеси сгорает, остальное несгоревшее топливо поступает из дополнительной камеры 4 сгорания в основную камеру 1 сгорания, где полностью сгорает.Формула изобретения
1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий сжатие и вытеснение воздуха из основной камеры сгорания в дополнительную камеру сгорания, впрыск топлива в дополнительную камеру сгорания, воспламенение образовавшейся топливо-воздушной смеси от электрической искры, создаваемой устройством для зажигания, сгорание части топливовоздушной смеси, находящейся в форкамере, отличающийся тем, что осуществляют комбинированное смесеобразование: внешнее и внутреннее, причем внешнее смесеобразование осуществляют путем введения части топлива в объеме 40% от полной цикловой подачи топлива во всасывающий коллектор, а внутреннее смесеобразование осуществляют путем впрыскивания в цилиндр оставшейся части топлива в объеме 60% от полной цикловой подачи топлива с одновременным принудительным воспламенением смеси, при этом несгоревшее топливо из форкамеры поступает в основную камеру сгорания и догорает при наличии воздуха. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что работу двигателя осуществляют при степени сжатия заряда в цилиндре, находящейся в пределах= 911 и коэффициенте избытка воздуха = 1,01,1, угол опережения впрыскивания топлива при этом составляет 1317o поворота коленчатого вала, а давление впрыскивания топлива 11,512,0 МПа. 3. Устройство для осуществления способа по пп. 1 и 2, содержащее основную камеру сгорания, дополнительную камеру сгорания, свечу зажигания и форсунку, расположенные в дополнительной камере сгорания, отличающееся тем, что всасывающий коллектор снабжен устройством для обеспечения внешнего смесеобразования, причем основная камера сгорания и дополнительная камера сгорания имеют общий объем, позволяющий обеспечить степень сжатия в пределах значений = 911.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 09.02.2005
Извещение опубликовано: 10.06.2006 БИ: 16/2006
MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 09.02.2007
Извещение опубликовано: 20.06.2008 БИ: 17/2008
Похожие патенты:
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к предкамерам
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС)
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить эффективность показателей и снизить токсичность отработавших газов двигателя
Изобретение относится к искровым свечам зажигания для двигателей внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в газовых поршневых двигателях с искровым зажиганием, работающих на бедных смесях углеводородных газов. Техническим результатом является повышение эффективности работы при минимальных изменениях в конструкции. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает подачу газовоздушной смеси из цилиндра двигателя (камеры сгорания) в камеру зажигания и выброс горящего факела водородно-воздушной смеси из камеры зажигания в камеру сгорания. Согласно изобретению в камере зажигания сохраняют остаточные газы (исходя из конструкции невозможна ее продувка) с температурой порядка 500-700°C, в составе которых по объему содержится 6,7-5,6% углекислого газа, 6,6-8,8% кислорода, 12,8-10,8% водяного пара при коэффициенте избытка воздуха 1,5-1,8. В процессе сжатия в камеру зажигания поступает газо-воздушная смесь, и при ее соприкосновении и смешении с остаточными газами в камере зажигания начинаются реакции комбинированной конверсии низших алканов (метан, этан, пропан, бутан и пр.) в водород и окись углерода. К моменту искрообразования (энергия разряда не менее 200 мДж) давление и соответственно температура в цилиндре двигателя (камере сгорания) и соответственно камере зажигания возрастают до 5-5,5 МПа и 500-600°C, что интенсифицирует реакции комбинированной конверсии в камере зажигания. Камера зажигания изготовлена, предпочтительно, из материала, который является катализатором реакций комбинированной конверсии, например из никелевой жаропрочной стали. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к двигателестроению. Поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит свечу зажигания, цилиндр с поршнем и ротор в корпусе. Ротор кинематически связан с коленчатым валом и периодически соединяет полость цилиндра с входным и выходным отверстиями камеры сгорания. Ротор выполнен с лопатками. Лопатки образуют с поверхностями корпуса и ротора между ними и с днищем поршня камеру сгорания. Ротор кинематически связан с роликами. Ролики имеют впадины для пропуска лопаток и разделяют пространство между корпусом и ротором на кольцевые камеры. Одна из кольцевых камер сообщена с полостью цилиндра. В корпусе между цилиндром и лопаткой, занимающей положение в корпусе при подходе поршня к верхней мертвой точке, размещена форкамера. Форкамера размещена за цилиндром по ходу вращения ротора. Продольная ось форкамеры расположена перпендикулярно оси поршня. Свеча зажигания размещена в форкамере. Техническим результатом является снижение вредных выбросов в атмосферу и повышение эксплуатационных характеристик двигателя. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является уменьшение габаритов воспламенителя и повышение эффективности искрового разряда для снижения расхода топлива и эмиссии вредных веществ и повышение надежности зажигания. Сущность изобретения заключается в том, что воспламенитель ДВС содержит лазерную свечу зажигания, ввернутую в форкамеру имеющую днище с выходными отверстиями. При этом днище выполнено с образованием дополнительной полости в виде части сферы с внутренним диаметром большим, чем внутренний диаметр камеры воспламенения. Внутри дополнительной полости вдоль оси форкамеры установлен центральный обтекатель, выполненный в виде конуса, при этом вершина конуса выполнена совпадающей с центром дополнительной полости, а фокус лазерной свечи зажигания совпадает с вершиной конуса. Общая площадь выходных отверстий может быть выполнена больше площади поперечного сечения камеры воспламенения, а дополнительная полость может быть выполнена в форме полушара или части шара, имеющего объем более половины геометрического объема шара. 12 з.п. ф-лы, 14 ил.
Группа изобретений относится к двигателестроению, конкретно к средствам воспламенения в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение полноты сгорания, улучшение удельных характеристик и уменьшение эмиссии вредных веществ. Сущность изобретений заключается в том, что ДВС содержит цилиндр с поршнем, головку цилиндров, прокладку между головкой цилиндров и цилиндрами, воспламенитель со свечой зажигания. Прокладка выполнена из диэлектрического материала, а к каждому цилиндру и головке присоединены выводы высоковольтных проводов. Выходные отверстия форкамеры выполнены под углом к оси воспламенителя, а часть выходных отверстий выполнена в форме щелей. В течение всех циклов работы двигателя на топливовоздушную смесь и продукты сгорания воздействуют электрическим полем. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 18 ил.
Группа изобретений относится к энергетическим машинам и может найти применение в транспорте и в теплоэнергетике. Задачи создания группы изобретений, совпадающая с техническим результатом, состоят в повышении эффективности искрового разряда для снижения расхода топлива и эмиссии вредных веществ и повышение надежности зажигания. Решение указанных задач достигнуто в двигателе внутреннего сгорания, содержащем, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, головку цилиндров, с системой впуска топливовоздушной смеси, с по меньшей мере, одним впускным клапаном и систему выпуска с, по меньшей мере, одним выпускным клапаном и воспламенитель, содержащий, в свою очередь, свечу зажигания, форкамеру и средство закрутки для закрутки потока топливовоздушной смеси вдоль оси цилиндра в камере сгорания между головкой цилиндра и поршнем, при этом средство закрутки выполнено в виде форкамеры, имеющей корпус с входным отверстием, в которое ввернута свеча зажигания, и выходными отверстиями выполненными тангенциально на внутренней части корпуса, тем, что свеча зажигания выполнена лазерной, а фокус лазерной свечи зажигания выполнен в точке пересечения осей выходных отверстий. Решение указанных задач достигнуто в воспламенителе, содержащем свечу зажигания и форкамеру, имеющую корпус с внутренней полостью, входное отверстие для установки свечи зажигания в переходной части корпуса, внутреннюю часть корпуса с выходными отверстиями в нем, выполненными под углом к оси воспламенителя, тем, что свеча зажигания выполнена лазерной, а фокус лазерной свечи зажигания выполнен в точке пересечения осей выходных отверстий. Площадь выходных отверстий может быть выполнена больше площади поперечного сечения внутренней полости форкамеры. По меньшей мере, часть выходных отверстий может быть выполнена в форме щелей. Щели могут быть образованы прямоугольными пластинами. Щели могут быть образованы обтекаемыми профилями. Щели могут быть выполнены радиальными. В центральной части внутренней части корпуса может быть выполнен обтекатель. Вдоль оси симметрии обтекателя может быть выполнено осевое отверстие. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.
Группа изобретений относится к двигателестроению. Техническим результатом является повышение эффективности искрового разряда для снижения расхода топлива и эмиссии вредных веществ и повышение надежности зажигания. Сущность изобретений заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания (ДВС) содержит по меньшей мере один цилиндр с поршнем, головку цилиндров, воспламенитель со свечой зажигания и средство закрутки потока топливовоздушной смеси вдоль оси цилиндра. При этом средство закрутки выполнено в виде форкамеры, имеющей корпус с входным отверстием, в которое ввернута свеча зажигания, и выходными отверстиями, выполненными тангенциально на внутренней части корпуса, а по меньшей мере часть выходных отверстий выполнена в форме щелей. Щели могут быть образованы прямоугольными пластинами или обтекаемыми профилями. В центральной внутренней части корпуса воспламенителя может быть выполнен обтекатель с осевым отверстием. Свеча зажигания может быть выполнена лазерной. 2 н. и 7 з п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, конкретно к средствам воспламенения топливовоздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение полноты сгорания, снижение эмиссии вредных веществ и уменьшение затрат энергии на воспламенение. Сущность изобретения заключается в том, что в ДВС, содержащем по меньшей мере один цилиндр с поршнем, головку цилиндров, прокладку между головкой и цилиндром, прокладка выполнена из диэлектрического материала, внутренняя полость головки цилиндров выполнена в виде усеченного конуса, а к цилиндрам и головке цилиндров присоединены выводы высоковольтных проводов генератора высокого напряжения. В системе впуска топливовоздушной смеси непосредственно перед клапаном может быть установлено средство закрутки потока. Двигатель может содержать форкамеру с выходными отверстиями и свечой зажигания, которая может быть выполнена лазерной, при этом ее фокус расположен в точке пересечения осей выходных отверстий. 8 з.п. ф-лы, 17 ил.
Изобретение относится к форкамерным двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является уменьшение габаритов воспламенителя и повышение эффективности зажигания для снижения расхода топлива и эмиссии вредных веществ, а также повышение надежности зажигания. Сущность изобретения заключается в том, что воспламенитель выполнен в виде форкамеры, снабженной лазерной свечой зажигания. Форкамера отделена от лазерной свечи зажигания шайбой с центральным отверстием, которое может быть выполнено сужающимся к выходу, а днище форкамеры с отверстиями выполнено в виде части сферы. Внутри форкамеры на держателе установлена мишень в форме сферы, а фокус лазерной свечи зажигания совпадает с поверхностью мишени. Выходные отверстия могут быть выполнены радиальными цилиндрической или конической формы с их расширением в сторону выхода. 15 з.п. ф-лы, 15 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к поршневым и роторным предкамерным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр, поршень, вихревую сферическую камеру, соединенную с цилиндром посредством канала, направленного под углом к днищу поршня и выполненного в виде диффузора или сопла Лаваля. В вихревой камере установлен воспламенитель, и она имеет съемный спиральный нагреватель, расположенный на наружной поверхности корпуса вкладыша камеры. Корпус вкладыша снабжен датчиком температуры, а сопло Лаваля выполнено во вкладыше и имеет косой срез. При расположении в камере нескольких форсунок они ориентированы под углом друг к другу, обеспечивая соударение струй распыляемых компонентов. В корпусе вкладыша может быть установлена вставка из катализатора. В камере может быть установлен микроволновый магнетрон, или тепловой импульсный лазер. 3 з.п. ф-лы, 16 ил.
Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к способам работы двигателей внутреннего сгорания на тяжелом, преимущественно дизельном, топливе с комбинированным смесеобразованием и принудительным воспламенением рабочей смеси
www.findpatent.ru
Сущность изобретения: по способу работы двигателя внутреннего сгорания путем впуска в цилиндр рабочего заряда, подачи охлаждающего заряда в полость, нагреваемую теплом продуктов сгорания рабочего заряда, сжатия в цилиндре рабочего заряда, сжатия и нагрева в полости охлаждающего заряда, воспламенения рабочего заряда, его сгорания, расширения продуктов сгорания в цилиндре с совершением механической работы, выпуска отработавших газов из цилиндра и выпуска нагретого охлаждающего заряда из полости, для повышения КПД двигателя при сжатии охлаждающего заряда его тепло частично аккумулируют в полости, а перед выпуском из последней нагретый охлаждающий заряд расширяют, продолжая нагревать теплом продуктов сгорания и передавая ему аккумулированное в полости тепло, с совершением дополнительной механической работы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к способам работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС), утилизирующих тепло, не используемое в рабочем процессе.
Известен способ работы ДВС путем впуска в цилиндр рабочего заряда, подачи охлаждающего заряда в полость, окружающую цилиндр, сжатия в цилиндре рабочего заряда с одновременным вытеснением нагретого охлаждающего заряда из полости, воспламенения рабочего заряда, его сгорания и расширения продуктов сгорания в цилиндре с совершением механической работы и одновременным впуском свежего охлаждающего заряда в полость, выпуска отработавших газов из цилиндра [1]. Однако в известном способе не предусмотрено использование энергии, полученной охлаждающим зарядом в нагретой полости, для совершения полезной работы и повышения КПД. Известен способ работы ДВС путем впуска в цилиндр рабочего заряда, подачи охлаждающего заряда в полость, нагреваемую теплом продуктов сгорания рабочего заряда, сжатия в цилиндре рабочего заряда, воспламенения рабочего заряда, его сгорания, расширения продуктов сгорания в цилиндре с совершением механической работы, выпуска отработавших газов из цилиндра и продувки цилиндра нагретым охлаждающим зарядом [2]. Однако в этом способе также не используется энергия нагретого охлаждающего заряда для совершения дополнительной механической работы. Цель изобретения - повышение КПД. Цель достигается тем, что по способу работы ДВС путем впуска в цилиндр рабочего заряда, подачи охлаждающего заряда в полость, нагреваемую теплом продуктов сгорания рабочего заряда, сжатия в цилиндре рабочего заряда, сжатия и нагрева в полости охлаждающего заряда, воспламенения рабочего заряда, его сгорания, расширения продуктов сгорания в цилиндре с совершением механической работы, выпуска отработавших газов из цилиндра и выпуска нагретого охлаждающего заряда из полости, при сжатии охлаждающего заряда его тепло частично аккумулируют в полости, а перед выпуском из последней нагретый охлаждающий заряд расширяют, продолжая нагревать теплом продуктов сгорания и передавая ему саккумулированное в полости тепло, с совершением дополнительной механической работы. В частном случае расширение нагреваемого охлаждающего заряда осуществляют одновременно с расширением продуктов сгорания в цилиндре. Таким образом, сущность заявляемого способа заключается в использовании охлаждающего заряда в качестве дополнительного рабочего тела, а также в аккумулировании тепла сжимаемого охлаждающего заряда с последующим возвратом саккумулированного тепла в расширяющийся заряд с совершением дополнительной механической работы. Такая временная аккумуляция тепла может быть осуществлена с помощью размещенного в полости наполнителя-регенератора. В результате аккумулирования регенератором тепла на такте сжатия снижаются потери на сжатие охлаждающего заряда, в полости запасается большая, чем в чисто воздушном заряде тепловая энергия, увеличивается теплообмен (тепловой поток) между горячими стенками цилиндра и охлаждающим зарядом. Возврат саккумулированного регенератором тепла в расширяющийся охлаждающий заряд наряду с продолжающимся подогревом последнего от горячих стенок цилиндра способствует совершению дополнительной полезной механической работы. Таким образом, достигается положительный эффект - повышение КПД ДВС при улучшении охлаждения цилиндра. Предлагаемый способ может быть реализован как в двух-, так и четырехтактных двигателях, однако в нагреваемой полости процесс в любом случае идет по двухтактному циклу. Если в работающем по заявляемому способу двигателе процессы газообмена в цилиндре и в нагреваемой полости идут независимо, т.е. без смешения и непосредственного контакта рабочего и охлаждающего зарядов, то в качестве охлаждающего заряда могут использоваться различные газообразные вещества. Если после расширения в полости с совершением работы нагретый охлаждающий заряд используется для продувки цилиндра, то этот заряд должен быть воздушным. На фиг. 1 и 2 изображен цилиндр при положении поршня в верхней (ВМТ) и нижней (НМТ) мертвых точках соответственно продольный разрез; на фиг. 3 дано сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 и 5 приведены расчетные зависимости, иллюстрирующие увеличение эффективного КПД ДВС
за счет использования в полости (втором контуре) регенератора с полной теплоемкостью Cн при разных значениях температуры стенки цилиндра Тц, степени сжатия в полости и числа оборотов вала n. На фиг. 4 ( =5) кривые I-Тц=780 К, n=60 с-1; II-Тц=700 К, n=50 с-1; III-Тц=620 К, n=40 с-1. На фиг. 5 ( =7) кривые I-Тц=1000 К, n=60 с-1; II-Тц=900 К, n=50 с-1; III-Тц=800 К, n=40 с-1. ДВС содержит два коаксиальных цилиндра: внутренний 1 и наружный 2, между которыми в кольцевой полости расположен концентрический регенератор 3, головку 4 цилиндров, поршень, связанный с преобразовательным механизмом (не показан) и имеющий две ступени - меньшего диаметра 5 и большего диаметра 6. Первая ступень 5 поршня образует со стенками внутреннего цилиндра 1 и головкой 4 цилиндров рабочую камеру 7 переменного объема (камеру первого контура двигателя). Вторая ступень 6 поршня образует между внутренними стенками наружного цилиндра 2 и боковыми стенками первой ступени 5 поршня камеру 8 переменного объема, постоянно соединенную с кольцевой полостью регенератора 3 (камера второго контура двигателя). В головке 4 цилиндров расположены форсунка 9, впускной 10 и выпускной 11 клапаны, с помощью которых осуществляется газообмен в камере 7 первого контура ДВС. В стенках наружного цилиндра 2 выполнены впускные 12 и выпускные 13 окна. Впускные окна 12 окружены впускным коллектором 14 с автоматическим клапаном 15, сообщающим кольцевую полость 3 второго контура с нагнетателем (не показан). Выпускные окна 13 окружены выпускным коллектором 16, снабженным автоматическим клапаном 17 для изоляции масляного картера (подпоршневого пространства) от внешней среды. Внутренний цилиндр 1 может иметь оребрение 18 в полости регенератора 3 для интенсификации теплообмена во втором контуре ДВС. Регенератор 3 представляет собой набор концентрических "галет" (набивка), спрессованных из тонкой проволочной путанки диаметром 30-60 мкм. Способ осуществляется следующим образом. Газообмен в рабочей камере 7 первого контура происходит по обычному четырехтактному дизельному циклу. В установившемся режиме стенки внутреннего цилиндра 1 нагреты от тепла продуктов сгорания топлива, впрыскиваемого форсункой 9 в рабочую камеру 7. Второй контур двигателя, включающий полости 8 и 3 (регенератор), работает по двухтактному циклу. При этом во время движения поршня к ВМТ происходит сжатие воздушного заряда второй ступенью 6 поршня за счет уменьшения объема камеры 8. При повышении давления во втором контуре клапаны 15 закрываются. Сжимаемый в объеме регенератора 3 воздушный охлаждающий заряд начинает нагреваться как от стенок внутреннего цилиндра 1, так и от сжатия. Одновременно регенератор частично забирает тепло от воздушного заряда, также нагреваясь при этом. Поскольку толщина проволоки "галет" и полная теплоемкость регенератора определены из условия их минимальной тепловой инерционности, температура набивки отслеживает температуру воздушного заряда, частично аккумулируя тепло в полости регенератора 3. Температура набивки и заряда, а также давление в полости регенератора 3 повышаются вплоть до подхода поршня к ВМТ. Однако температура максимального сжатия заряда не должна превышать температуру горячих стенок внутреннего цилиндра 1. Повышение полной теплоемкости полости 3 благодаря набивке позволяет выполнить это условие при степени сжатия до 5-7, что невозможно при отсутствии регенератора 3 в полости, когда степень сжатия не должна превышать 2-3. Вблизи ВМТ форсунка 9 впрыскивает топливо в рабочую камеру 7. Начинается сгорание и расширение продуктов сгорания в первом контуре ДВС. Одновременно при обратном движении поршня к НМТ во втором контуре начинается расширение сжатого и нагретого охлаждающего заряда и при этом продолжается передача тепла от стенок цилиндра 1 и ранее саккумулированного тепла от более горячей (на этой стадии) набивки регенератора 3 в охлаждающийся при расширении газ. Расширяющийся при продолжающемся подогреве охлаждающий заряд воздействует на вторую ступень 6 поршня, совершая при этом полезную работу, дополнительную к основной работе, совершаемой при расширении продуктов сгорания в рабочей камере 7 первого контура. Использование проволоки малого диаметра для образования развитой поверхности набивки и минимальной тепловой инерционности ее делает процесс передачи тепла за время цикла от газа регенератору и наоборот чрезвычайно эффективным. При подходе поршня к НМТ вторая ступень его открывает выпускные окна 13. Под действием повышенного давления газов второго контура открываются клапаны 17 выпускного коллектора 16 - происходит выпуск нагретого отработавшего охлаждающего заряда из камеры 8. Затем из-за перепада давлений на выходе нагнетателя и в полости 3 открываются клапаны 15 впускного коллектора 14 и второй контур наполняется свежим воздушным охлаждающим зарядом. Омывая внутренние поверхности полостей 3 и 4, свежий заряд начинает нагреваться. При прохождении поршнем НМТ выпускные окна 13 закрываются. Начинается сжатие свежего заряда в полостях 3 и 8. Цикл повторяется. Таким образом, охлаждающий заряд, например воздух, второго контура охлаждает нагретые поверхности, окружающие рабочую камеру первого контура, и является при этом рабочим телом, совершающим дополнительную полезную работу, что повышает эффективный КПД ДВС. Изменяя количество охлаждающего заряда, поступающего от нагнетателя в полости второго контура, можно управлять мощностью и температурным режимом ДВС. Очевидно, что индикаторный КПД второго контура, а следовательно, ДВС в целом повышается при увеличении температуры стенок цилиндра. Заметный прирост КПД начинается при разогреве стенок полости выше 400оС. Однако такие температуры крайне нежелательны в традиционных ДВС, использующих масло для смазки цилиндро-поршневой группы. Поэтому заявляемый способ наиболее эффективен в ДВС, работающих без смазки или без компрессионных колец в ЦПГ и использующих новые конструкционные жаропрочные материалы, в частности, обладающие низким коэффициентом трения.Формула изобретения
1. СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ путем впуска в цилиндр рабочего заряда, подачи охлаждающего заряда в полость, нагреваемую теплом продуктов сгорания рабочего заряда, сжатия в цилиндре рабочего заряда, сжатия и нагрева в полости охлаждающего заряда, воспламенения рабочего заряда, его сгорания, расширения продуктов сгорания в цилиндре с совершением механической работы, выпуска отработавших газов из цилиндра и нагретого охлаждающего заряда из полости, отличающийся тем, что при сжатии охлаждающего заряда его тепло частично аккумулируют в полости, а перед выпуском из последней нагретый охлаждающий заряд расширяют, продолжая нагревать теплом продуктов сгорания и передавая ему аккумулированное в полости тепло, с совершением дополнительной механической работы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расширение нагретого охлаждающего заряда осуществляют одновременно с расширением продуктов сгорания в цилиндре.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5www.findpatent.ru
