Спосіб сумішоутворення і займання у двигуні внутрішнього згорання

Изобретение относится к области совершенствования рабочего процесса в двигателях внутреннего сгорания. Наиболее близким к предлагаемому способу является процесс двигателя В.М.Кушуля, описанный в книге Кушуль В.М. Новый тип двигателя внутреннего сгорания. Л., Судостроение, 1965. Рассмотрим устройство и работу одного отсека двигателя В.М.Кушуля. Два вертикальных рядом расположенных цилиндра соединяются поверху каналом, направленным по касательной к окружностям цилиндров. Поршень первого цилиндра через прицепной шатун и поршень второго цилиндра через главный шатун соединены с кривошипом коленчатого вала. В первом цилиндре над поршнем расположена камера сгорания, а поршень второго цилиндра при достижении своей верхней мертвой точки подходит вплотную к крышке. В карбюраторном 4-тактном варианте двигатель работает так. 1 такт - впуск. Поршни идут вниз, засасывая через открытые впускные клапаны в первый цилиндр сильно переобогащенную горючую смесь, а во второй - чистый воздух. Когда поршни приходят в нижнюю мертвую точку, впускные клапаны закрываются. 2 такт - сжатие. Поршни идут ввер х, сжимая в первом цилиндре горючую смесь, а во втором - чистый воздух. За 10-12° (по углу поворота кривошипа) до прихода поршня в верхнюю мертвую точку в первом цилиндре проскакивает электрическая искра, и смесь воспламеняется. Поршень второго цилиндра в момент вспышки не дошел еще до своей верхней мертвой точки на 32-40° по углу поворота кривошипа. Общий объем в обоих цилиндрах в момент вспышки соответствуе т степени сжатия, равной 6,5-7. 3 такт - рабочий ход. Когда поршень первого цилиндра будет в вер хней мертвой точке и давление сгорания здесь будет максимальным, поршень второго цилиндра еще продолжает сжимать чистый воздух. По мере его приближения к своей верхней мертвой точке давление в обоих цилиндрах сравняется и здесь возможно небольшое перетекание чистого воздуха из воздушного цилиндра в рабочий. Первая фаза горения закончилась. С подходом поршня к верхней мертвой точке давление воздуха превышает давление рабочих газов, и начинается вторая фаза горения. Раскаленный от сжатия чистый воздух, интенсивно перетекает по косонаправленному каналу в камеру сгорания и создавая в ней завихрения, способствует быстрому и полному догоранию всех возможных горючих веществ, находящи хся в рабочей камере. После прохождения поршнем своей верхней мертвой точки, горение полностью заканчивается и рабочий газы начинают расширяться в обоих цилиндрах, воздействуя сразу на оба поршня. Хотя горючая смесь была подожжена при степени сжатия 6,5-7, общая степень сжатия в двигателе по новому циклу получается больше 11. Это происходит потому, что во-первых сгорает переобогащенный заряд (т.е. в камеру сгорания поступает большая чем обычно, порция горючего, и в результате максимальные давление и температура рабочих газов в цикле повышаются), и во-вторых, эти рабочие газы расширяются до вдвое большего конечного объема сразу в двух цилиндрах. Конечное давление в цилиндрах к моменту открытия выпускных клапанов гораздо ниже, чем в двигателях обычных циклов. Это очень важно, т.к. часть энергии выхлопных газов, которая была бы просто выброшена в атмосферу, здесь преобразуется в полезную механическую энергию на валу двигателя. 4 такт - выпуск. По приходу обоих поршней в нижнюю мертвую точку о ткрываются выпускные клапаны обоих цилиндров и выхлоп происходит, как обычно, разве что для этого двигателя при одинаковых мощности и уровне шума требуется менее мощный глушитель, в результате чего получается также некоторый выигрыш в мощности двигателя. Но самое существенное заключается в том, что двигатель В.М Кушуля дает чистый выхлоп - его вы хлопные газы не содержат вредных для здоровья веществ. В этом двигателе совершенно отсутствует склонность к детонации, что позволяет при электрическом зажигании использовать более тяжелые и более дешевые сорта топлива. Расход топлива меньше, чем у обычных двигателей Отто, на 30% и даже меньше, чем у обычных дизелей. Однако наличие электрической системы зажигания в двигателе В.М.Кушуля снижает надежность двигателя и усложняет его конструкцию. В основу предлагаемого изобретения поставлена задача усовершенствования способа смесеобразования и воспламенения в двигателе вн утреннего сгорания. Поставленная задача решается тем, что способ смесеобразования и воспламенения в двигателе внутреннего сгорания, содержащем как минимум два рядом расположенных цилиндра, включающий впуск в первый цилиндр обогащенной топливо-воздушной смеси, а во второй цилиндр - воздуха, сжатие смеси в первом цилиндре до степени 5-10, а воздуха во втором цилиндре - до степени 12-30, согласно изобретения имеет следующие отличия: - воспламенение топливо-воздушной смеси осуществляется путем подачи сжатого воздуха из второго цилиндра в первый через соединяющий их канал; - канал открывается клапаном в момент оптимального опережения воспламенения смеси Такой рабочий процесс позволяет воспламенять без электрической системы зажигания топливовоздушн ую смесь, приготовленную с помощью карбюратора или инжектора. Ввиду полного отсутствия склонности к детонации при таком рабочем процессе двигатель несложно выполнить многотопливным и при этом с широким диапазоном состава топливо-воздушной смеси по избытку воздуха, так как воспламенять в первом цилиндре всегда можно смесь оптимального состава, а за счет изменения количества воздуха во втором цилиндре - получать в конце концов обедненную или обогащенную смесь. Отсутствие электрической системы зажигания упрощает конструкцию двигателя и повышает его надежность, так как до 20% отказов в двигателе приходится на систему зажигания. Двигатель внутреннего сгорания с предлагаемым рабочим процессом сочетает в себе положительные качества карбюраторного и дизельного двигателей, а именно: топливо-воздушная смесь приготавливается как в карбюраторном - с помощью карбюратора, а воспламеняется как в дизельном - с помощью сжатого воздуха, но при этом по сравнению с карбюраторным двигателем -в нем отсутствует электрическая система зажигания, а по сравнению с дизельным - сложная топливная система высокого давления, что упрощает конструкцию и повышает надежность двигателя в целом. Установка шатунов обоих цилиндров на одном кривошипе также упрощает конструкцию двигателя и коленвала в частности по сравнению с прототипом. Предлагаемый способ поясняется схемой, на которой показан продольный разрез одной секции двигателя внутреннего сгорания, работающего по указанному выше способу. Два рядом расположенных цилиндра 1 и 2 соединены поверху через клапан 3 каналом 4, направленным по касательной к окружностям цилиндров. Поршень 5 первого цилиндра и поршень 6 второго цилиндра соединены с одним и тем же кривошипом 7 коленчатого вала 8. В первом цилиндре над поршнем 5 расположена камера сгорания 9, впускной клапан 10 и выпускной клапан 11, а над поршнем 6 - впускной клапан 12 и выпускной клапан 13. При достижении поршнем 6 своей верхней мертвой точки - он подходит вплотную к крышке 14 второго цилиндра. Рассмотрим работу двигателя. 1 такт - впуск. Поршни 5 и б идут вниз, засасывая через открытые впускные клапаны (выпускные клапаны и клапан 3 при этом закрыты) в первый цилиндр - сильно переобогащенную горючую смесь, приготовленную карбюратором, а во второй - чистый воздух. Когда поршни приходят в нижнее положение, впускные клапаны закрываются. 2 такт - сжатие. Поршни идут ввер х, сжимая в первом цилиндре горючую смесь, а во втором - чистый воздух. За 5-20° (по углу поворота кривошипа) до прихода поршней в верхнюю мертвую точку - открывается клапан 3, соединяющий цилиндры. Объем в первом цилиндре а этот момент соответствуе т степени сжатия 510, а во втором 12-30. Раскаленный от сжатия чистый воздух (t= 600-800°C) интенсивно перетекая по косонаправленному каналу 4 в камеру сгорания 9 воспламеняет рабочую смесь и создавая в ней завихрения, способствует быстрому и полному сгоранию топливной смеси. 3 такт - рабочий ход. После прохождения поршнями верхней мертвой точки - горение заканчивается и рабочие газы начинают расширяться в обоих цилиндрах, воздействуя сразу на оба поршня. 4 такт - вып уск. По приходу обоих поршней в нижнюю мертвую точку - открываются выпускные клапаны обоих цилиндров и происходит выхлоп. При достижении поршнями верхней мертвой точки - выпускные клапаны и клапан 3 закрываются.