Спосіб сумішоутворення в камері згоряння двигуна внутрішнього згоряння і двигун внутрішнього згоряння з розшаруванням паливоповітряного заряду та із примусовим запалюванням при безпосередньому вприскуванні пали
Номер патенту: 87733
Опубліковано: 10.08.2009
Автори: Ломов Сергій Георгійович, Кирилюк Ігор Олегович, Корогодський Володимир Анатолійович
Формула / Реферат
1. Спосіб сумішоутворення в камері згоряння двигуна внутрішнього згоряння з розшаруванням паливоповітряного заряду та із безпосереднім вприскуванням палива і примусовим запалюванням від запалювальної свічки з електродами, між якими є міжелектродний проміжок, що включає вприскування на такті стиску в заповнену повітрям камеру згоряння палива у вигляді конусоподібного факела, розпилювання палива на поверхні камери згоряння, яка розміщена у головці циліндра, та організацію руху повітряного заряду, який відрізняється тим, що вприскування і розпилювання палива здійснюють так, що формують паливний конусоподібний факел, який складається з конусоподібного тіла факела з коефіцієнтом надлишку повітря aт. факела і конусоподібної порожнини у тілі факела з коефіцієнтом надлишку повітря aп. факела, при цьому паливний конусоподібний факел направляють таким чином, щоб міжелектродний проміжок запалювальної свічки знаходився у середині конусоподібної порожнини факела, а рух повітряного заряду спрямовують в цілому рівномірно з усіх сторін вздовж поверхні камери згоряння до електродів запалювальної свічки.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що тіло факела має коефіцієнт надлишку повітря aт. факела від 0,01 до 0,4.
3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що конусоподібна порожнина факела має коефіцієнт надлишку повітря aп. факела від 1,5 до ¥.
4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що паливо розпилюють у вигляді крупнодисперсних крапель, що утворюють паливну плівку на поверхні камери згоряння навколо електродів запалювальної свічки.
5. Двигун внутрішнього згоряння з розшаруванням паливоповітряного заряду та із примусовим запалюванням при безпосередньому вприскуванні палива, який містить циліндр, головку циліндра, поршень із днищем, що утворює з головкою циліндра камеру згоряння, яка розміщена симетрично відносно осі циліндра, та витискувач, при цьому внутрішні поверхні головки циліндра являють собою увігнуті поверхні та утворюють поверхню витискувача, що паралельна днищу поршня, та внутрішню поверхню камери згоряння, які розділяє горловина, запалювальну свічку з електродами, між якими є міжелектродний проміжок, паливну форсунку з розпилювачем, встановлену в бічній стінці циліндра, який відрізняється тим, що паливна форсунка виконана з можливістю формування паливного конусоподібного факела, який складається з тіла факела у формі конуса, обмеженого його твірною та зовнішнім кутом розкриття j, і конусоподібної порожнини в тілі факела, обмеженої її твірною та внутрішнім кутом розкриття b, при цьому форсунка встановлена таким чином, що міжелектродний проміжок запалювальної свічки знаходиться у середині конусоподібної порожнини факела.
6. Двигун за п. 5, який відрізняється тим, що паливна форсунка виконана з можливістю зміни зовнішнього кута розкриття j паливного факела при різних режимах роботи двигуна в діапазоні від 5° до 80°.
7. Двигун за п. 6, який відрізняється тим, що при підвищенні навантаження двигуна від мінімальної до 60 % максимальної потужності зовнішній кут розкриття j паливного факела збільшується від j=5° до значення j, при якому твірна паливного факела досягає горловини камери згоряння, при цьому паливний факел цілком проектується на поверхню камери згоряння двигуна.
8. Двигун за п. 6, який відрізняється тим, що при підвищенні навантаження двигуна від 60 % до 100 % максимальної потужності зовнішній кут розкриття j паливного факела може збільшуватися до j=80° та його твірна перетинає поверхню витискувача камери згоряння, при цьому паливний факел частково проектується навнутрішню поверхню камери згоряння й частково на внутрішню поверхню витискувача.
9. Двигун за будь-яким з пп. 5-8, який відрізняється тим, що паливний факел має постійне значення внутрішнього кута розкриття b.
10. Двигун за будь-яким з пп. 5-8, який відрізняється тим, що паливна форсунка виконана з можливістю зміни внутрішнього кута розкриття b паливного факела при різних режимах роботи двигуна в діапазоні від 3° до 45°.
11. Двигун за будь-яким з пп. 5-10, який відрізняється тим, що площа витискувача камери згоряння становить від 30 % до 60 % площі днища поршня.
Текст
1. Спосіб сумішоутворення в камері згоряння двигуна внутрішнього згоряння з розшаруванням паливоповітряного заряду та із безпосереднім вприскуванням палива і примусовим запалюванням від запалювальної свічки з електродами, між якими є міжелектродний проміжок, що включає вприскування на такті стиску в заповнену повітрям камеру згоряння палива у вигляді конусоподібного факела, розпилювання палива на поверхні камери згоряння, яка розміщена у головці циліндра, та організацію руху повітряного заряду, який відрізняється тим, що вприскування і розпилювання палива здійснюють так, що формують паливний конусоподібний факел, який складається з конусоподібного тіла факела з коефіцієнтом надлишку повітря aт. факела і конусоподібної порожнини у тілі факела з коефіцієнтом надлишку повітря aп. факела, при цьому паливний конусоподібний факел направляють таким чином, щоб міжелектродний проміжок запалювальної свічки знаходився у середині конусоподібної порожнини факела, а рух повітряного заряду спрямовують в цілому рівномірно з усіх сторін вздовж поверхні камери згоряння до електродів запалювальної свічки. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що тіло факела має коефіцієнт надлишку повітря aт. факела від 0,01 до 0,4. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що конусоподібна порожнина факела має коефіцієнт надлишку повітря aп. факела від 1,5 до ¥. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що паливо розпилюють у вигляді крупнодисперсних крапель, що утворюють паливну плівку 2 (19) 1 3 87733 4 частково проектується на внутрішню поверхню камери згоряння й частково на внутрішню поверхню витискувача. 9. Двигун за будь-яким з пп. 5-8, який відрізняється тим, що паливний факел має постійне значення внутрішнього кута розкриття b. 10. Двигун за будь-яким з пп. 5-8, який відрізняється тим, що паливна форсунка виконана з можливістю зміни внутрішнього кута розкриття b пали вного факела при різних режимах роботи двигуна в діапазоні від 3° до 45°. 11. Двигун за будь-яким з пп. 5-10, який відрізняється тим, що площа витискувача камери згоряння становить від 30% до 60 % площі днища поршня. Винахід відноситься до машинобудування, а саме до області двигунобудування (двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) із примусовим запалюванням та безпосереднім вприскуванням палива), має відношення до способів організації процесів сумішоутворення та згоряння, а також до розподілу паливоповітряної суміші в циліндрі двигуна шарами. У теперішній час, внаслідок вичерпання світових запасів органічного палива і стабільного зростання рівня його споживання, особливо рідкого, проблема його раціонального та ефективного використання виходить у розряд найбільш гострих та таких, що потребують невідкладного рішення. Основними споживачами світлих рідких палив є ДВЗ, що виробляють більш 80% механічної енергії, яка споживається людством у своїй діяльності. З них дуже великим класом по кількості одиниць, що випускаються у світі, є ДВЗ із іскровим запалюванням, як двотактні, так і чотиритактні. При цьому вміст шкідливих речовин у відпрацьованих газах ДВЗ забруднює атмосферний простір, погіршує екологічну ситуацію на планеті. Тому зниження витрати палива і викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами є актуальною проблемою. Основне паливо для ДВЗ - бензин або дизельне паливо, отримане в результаті переробки нафти, яке в основному складається з вуглеводнів (CnHm ). При повному згорянні палива виділяється тепло, утворюється вуглекислий газ (СО2) і водяна пара (Н2О). У процесі згоряння палив утворюються оксиди азоту (NOX) в результаті реакцій окислювання азоту (N2), що міститься як у паливі, так і в атмосферному повітрі, киснем (О2) повітря. Кількість оксидів азоту (NOX) у відпрацьованих газах визначається в основному температурою згоряння, концентрацією азоту та кисню в продуктах згоряння. Без спеціальних подробиць, у чисто хімічному аспекті, вплив шкідливих речовин, що знаходяться у відпрацьованих газах автомобіля, на живі організми зводиться до наступного. Унаслідок того, що частина вуглеводнів бензину не окислюється до кінця, утворюються оксиди вуглецю (CO), які вчиняють шкідливий вплив на здоров'я людини навіть при низьких концентраціях унаслідок більш активної в порівнянні з киснем взаємодії з гемоглобіном крові. В умовах високих температур, що розвиваються в циліндрі двигуна, азот окислюється киснем повітря до оксиду азоту (NО) і діоксиду азоту (NО2), які викликають загальну слабість, запамо рочення й нудоту. Сірка (S), що міститься в бензині, окисляється до оксиду сірки (SО2), що порушує процеси подиху й сприяє підвищенню кислотності атмосферних опадів. При горінні бензину в умовах нестачі кисню й високих температур утворюється 3,4-бензпірен (С20Н12), речовина, що має канцерогенні властивості. На стадії запалювання палива, а тим більше при запуску двигуна або його роботі без навантаження, тобто в умовах надлишку кисню, здійснюється синтез альдегідів (RXCHO), що вчиняють наркотичну дію на центральну нервову систему. Шкідливий вплив хімічних сполук, що утворюються в складі відпрацьованих газів при експлуатації ДВЗ, виявляється не тільки стосовно людини, але й поширюється на все навколишнє природне середовище. На перебіг процесів згоряння, тепловиділення, а через те і на витрати палива та кількість викидів шкідливих речовин у відпрацьованих газах ДВЗ в першу чергу впливає організація перебігу процесів сумішоутворення. Перспективним способом зниження витрати палива й викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами двигунів з іскровим запалюванням є застосування безпосереднього вприскування палива з розшаруванням паливоповітряної суміші, що особливо актуально для двотактних двигунів. Значно впливає на показники ДВЗ із розподілом паливоповітряної суміші в циліндрі двигуна шарами характер організації процесів сумішоутворення і згоряння, склад паливоповітряної суміші, що характеризується коефіцієнтом надлишку повітря a Gпов a= , Gпал × l 0 де Gпов - маса повітря; Gпал - маса палива; l 0 - теоретично необхідна кількість повітря для повного згоряння палива [Двигатели внутреннего сгорания: теория поршневых и комбинированных двигателей / Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др. - 4-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 372с]. і розміщення об'єму паливоповітряної суміші в об'ємі камери згоряння щодо джерела запалювання - електродів запалювальної свічки. На часткових режимах якісна організація перебігу процесів сумішоутворення і згоряння при ефективному 5 розшаруванні паливоповітряної суміші буде, коли на момент запалювання в об'ємі, що оточує запалювальну свічку й в міжелектродному проміжку запалювальної свічки знаходиться збагачений легкозаймистий склад паливоповітряної суміші (a=0,8-0,9), а в інших об'ємах камери згоряння знаходиться повітря (a®¥). На режимах максимальної потужності повинне забезпечуватись рівномірне розподілення паливоповітряної суміші (a»1) по всьому об'єму камери згоряння. Якість паливоповітряної суміші залежить від способу організації процесів сумішоутворення. Існують три типи внутрішнього сумішоутворення: об'ємне, об'ємно-плівкове та плівкове. Кожний із типів сумішоутворення має свої переваги й недоліки. Однак для створення якісної однорідної паливоповітряної суміші, у якій біля кожної молекули палива розташована однакова кількість молекул кисню, азоту та інших компонентів, найбільш переважним є плівкове сумішоутворення. Для ефективного способу організації плівкового сумішоутворення необхідно значну частину циклової подачі палива, що вприскується (більш ніж 90%), подавати на поверхню камери згоряння під гострим кутом, який забезпечує розтікання палива по стінці тонким шаром, а біля стінки організувати спрямований рух повітряного заряду так, щоб забезпечувався інтенсивний відвід парів палива від паливної плівки і якісне змішення парів палива з потоком повітря, що набігає. При цьому необхідно, щоб паливна плівка не руйнувалася. Реалізацію плівкового сумішоутворення здійснюють при організації внутрішнього сумішоутворення шляхом безпосереднього вприскування палива в камеру згоряння ДВЗ і спрямованого вихрового руху повітря за рахунок конструктивних особливостей камери згоряння. Організація внутрішнього сумішоутворення в камері згоряння залежить від форми паливного факела, середнього діаметра крапель та тиску вприскування. Форма паливного факела й також орієнтація паливної форсунки обумовлюють якість перебігу процесів сумішоутворення, формування складу паливоповітряної суміші, інтенсивність запалювання і згоряння паливоповітряної суміші. При цьому організація плівкового сумішоутворення з використанням відомих способів подачі палива обумовлює ускладнення конструкції двигуна через необхідність забезпечення спрямованого вихрового руху повітря, що визначає ускладнення конструкції камери згоряння. Наприклад, використання вихрових камер згоряння ускладнюється не тільки їхньою формою, але й застосуванням спеціального жароміцного матеріалу в сполученому каналі між надпоршневими об'ємами. Крім того, використання розділених камер згоряння збільшує теплові втрати в головці циліндра, що знижує економічність двигуна. Система запалювання призначена для запалювання паливоповітряної суміші в точно встановлений момент часу. У двигунах з іскровим запалюванням це досягається за рахунок електричної іскри, тобто електроіскрового розряду, створюваного між електродами запалювальної свічки. Для виникнення іскри запалювання напруга між електродами свічки повинна різко зрости для утворення 87733 6 високовольтної електричної дуги. Після виникнення іскрового розряду паливоповітряна суміш, що знаходиться між електродами свічки, може запалитися в будь-який момент цієї фази. Важливим параметром запалювання паливоповітряної суміші є її склад, який повинен знаходитися в межах займистості, що відповідає коефіцієнту надлишку повітря a=0,4-1,2. Перезбагачення паливоповітряної суміші (a
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for atomization of fuel in combustion chamber and combustion engine with breakdown of fuel-air charge and with forced ignition at direct injection of fuel
Автори англійськоюKorohodskyi Volodymyr Anatoliiovych, Kyryliuk Ihor Olehovych, Lomov Serhii Heorhiiovych
Назва патенту російськоюСпособ смесеобразования в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания с расслоением топливовоздушного заряда и с принудительным зажиганием при непосредственном впрыскивании топлива
Автори російськоюКорогодский Владимир Анатольевич, Кирилюк Игорь Олегович, Ломов Сергей Георгиевич
МПК / Мітки
МПК: F02B 17/00
Мітки: вприскуванні, заряду, камери, двигун, безпосередньому, двигуна, паливоповітряного, спосіб, розшаруванням, примусовим, запалюванням, згоряння, сумішоутворення, внутрішнього, палі
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/13-87733-sposib-sumishoutvorennya-v-kameri-zgoryannya-dviguna-vnutrishnogo-zgoryannya-i-dvigun-vnutrishnogo-zgoryannya-z-rozsharuvannyam-palivopovitryanogo-zaryadu-ta-iz-primusovim-zapalyuv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб сумішоутворення в камері згоряння двигуна внутрішнього згоряння і двигун внутрішнього згоряння з розшаруванням паливоповітряного заряду та із примусовим запалюванням при безпосередньому вприскуванні пали</a>
Попередній патент: Гідромеханічний затискний патрон
Наступний патент: Штучна стопа для протезів нижніх кінцівок
Випадковий патент: Спосіб рафінування металу в проміжному ковші