Спосіб переобладнання дизеля в багатопаливний двигун

Реферат: Спосіб переобладнання дизеля в багатопаливний двигун передбачає використання дизеля з безпосереднім впорскуванням палива з центрально розміщеними у циліндрах форсунками і можливість перетворення в двигун, що працює на легких паливах, завдяки дооснащення в разі потреби відповідними системами живлення і запалення. Дизель перетворюють в двигун, який працює з продовженим стиском, рівень якого в двигуні при роботі на легкому паливі дорівнює ступеню стиску в дизелі, а тому дизель не потребує ніякої перебудови, крім приєднання до впускного колектору пристрою для подачі гомогенної паливо-повітряної суміші сталого складу в різних кількостях в залежності від рівня навантаження і встановлення замість дизельної форсунки свічки запалення, яка забезпечує запалення суміші в момент, коли після продовженого стиску і наступного після верхньої мертвої точки розширення суміші, її тиск досягне значення, яке має місце в момент теплопідводу на номінальному режимі, і відповідна ступінь стиску суміші в цей момент буде залежати від ступеню навантаження двигуна і перевищувати номінальну на всіх режимах, а для забезпечення запалення суміші пропонується обладнати двигун датчиком, який реагує на рівень тиску, і приєднаний будь-яким засобом до камери згоряння двигуна і який здатен давати сигнал для запалювання в момент досягнення означеного вище тиску в процесі його зменшення, або запалення здійснювати традиційним засобом, який спрацьовує при кожному навантаженні в момент, коли після продовженого стиску і наступного за цим розширення суміші її тиск не співпаде з відповідним значенням на номінальному режимі. UA 69992 U (12) UA 69992 U UA 69992 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відомо, що в різних сферах техніки широко застосовують двигун внутрішнього згоряння, причому в залежності від специфічних вимог споживача використовують або дизелі, або двигуни, що працюють на легкому паливі. Тому доцільно розробити таку конструкцію двигуна, який би відповідав різним вимогам без необхідності зміни двигуна, тобто, щоб він був багатопаливним і щоб це рішення було економічно доцільним. Відомі спроби зробити такий двигун, які поки, нажаль, не увінчалися успіхом. Був запропонований двигун фірмою SAAB [1] у 2003 р., який був розроблений фірмою "Mersedes-Benz". Він був заснований на можливості зміщення "догори-донизу" колінчастого вала, що дало змогу зміни ступеня стиску від 7.1 до 20.1 на двигуні F 700 і реалізувати роботу, як на бензині, так і на дизельному паливі. Це рішення отримало назву "Dies-Otto". Таким чином, мета зміни ступеня стиску була пов'язана з умовами забезпечення багатопаливності. Це технічне рішення поки не отримало у виробництві серійного втілення. Як бачимо, спроба зробити багатопаливний двигун, в першу чергу пов'язана з необхідністю забезпечення різних ступенів стиску в одному двигуні, що є головною проблемою при вирішенні поставленого завдання. Інші спроби були пов'язані з використанням такого технічного рішення, яке давало би змогу на одному двигуні змінювати в залежності від потреб об'єм камери згоряння шляхом приєднання до останньої додаткового пристрою. Різні конструктивні спроби в цьому напрямі теж не увінчались успіхом, бо це суттєво ускладнювало двигун і призводило до погіршення форми камери згоряння і, як слід, показників двигуна. Тому актуальним є пошук бажаного технічного рішення, пов'язаний з забезпеченням можливостей зміни ступеня стиску без суттєвого погіршення форми камери згоряння, тобто такого, яке задовольняло би вимоги як дизеля, так і двигуна, що працює на легкому паливі (бензині, газі). Зараз виникла можливість вирішення цієї проблеми за допомогою використання циклу з продовженим стиском згідно патенту України на винахід [2]. Це технічне рішення передбачає для двигуна, який працює на легкому паливі, використати в циклі ступінь стиску, який суттєво перевищує необхідний на номінальному режимі при використанні відповідних палив(бензину або газу). Відомо, що саме ступінь стиску на номінальному режимі, який в подальшому назвемо номінальним ступенем, коли має місце максимальне навантаження двигуна, обмежений можливістю виникнення аномального згоряння - детонацією. В циклі згідно патенту [2] передбачається в такті стиску реалізувати значно більший ступінь стиску, порівняно з необхідним - продовжений стиск, ступінь якого суттєво перебільшує ступінь стиску, яку використовують на сучасних двигунах традиційного виконання при використанні легких палив. Потрібний рівень ступеню стиску на режимі максимального навантаження - номінальному режимі встановлюють за результатами випробувань сучасних двигунів традиційного виконання. Цю ступінь стиску, як і рівень тиску в кінці цього процесу, закладають для реалізації циклу з продовженим стиском, як параметри в момент теплопідводу на номінальному режимі і який було названо номінальним ступенем. Оскільки параметри кінця стиску у верхній мертвій точці (ВМТ) значно перевищують при цьому необхідні, теплопідвід не проводять. В патенті [2] запропоновано після верхньої мертвої точці на початку такту розширення, коли відбудеться внаслідок зростання об'єму суміші без теплопідводу зниження параметрів суміші і, як слід, ступеню стиску до необхідного на номінальному режимі значення, проводити теплопідвід з подальшим остаточним розширенням, тобто буде відбуватись робочий хід. В патенті доведено, що такий спосіб виконання циклу зменшує схильність до виникнення детонації і тому дозволяє проводити теплопідвід при більших значеннях ступеня стиску на номінальному режимі і, як слід, при більшому термічному к.к.д. Особливістю здійснення цього циклу є те, що на ділянці розширення суміші між верхньою мертвою точкою і моментом запалення надпоршневий об'єм збільшується на величину об'єму, який дорівнює добутку площі поршня не його переміщення, а повний надпоршневий об'єм в момент теплопідводу складається з двох об'ємів: об'єму над поршнем при його положенні у ВМТ та прирості об'єму до моменту теплопідводу. Для циклу дизеля об'єм повітря в момент теплопідводу є надпоршневий об'єм у ВМТ і форма цього об'єму повинна оптимізувати вимоги, які слід забезпечити для ефективного згоряння палива. Цей об'єм разом з додатковим об'ємом циліндричної форми, на який в циклі з продовженим стиском збільшується надпоршневий об'єм в момент теплопідводу на номінальному режимі, повинен забезпечувати умови для ефективного згоряння паливо повітряної суміші. 1 UA 69992 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Серед багатьох можливостей переваги має об'єм симетричної форми, коли запалення суміші відбувається в місці, розташованому біля поверхні кришки циліндра, через яке проходить вісь циліндра, тобто в тому місці, де в дизелі з безпосереднім впорскуванням палива встановлюють звичайно форсунку, а при використанні циклу з продовженим стиском слід встановлювати свічку запалення. Оскільки мова йде про застосування дизеля для здійснення його роботи по циклу з продовженим стиском, то не передбачається перебудова конструкції двигуна, а тільки дооснащення двигуна системами живлення та запалення, які підключаються до двигуна замість паливної апаратури дизеля в разі потреби перетворення його в двигун, який працює на легкому паливі. У зв'язку з тим, що всі дизелі працюють при великих ступенях стиску ( = 14 -:- то 18), то її можливо використати як ступінь продовженого стиску. Тобто ніяких переробок, пов'язаних з кінематикою двигуна, робити не потрібно. Треба до впускного колектора підключити будь-який прилад для зміни кількості суміші для подолання різних навантажень на двигун (наприклад, обладнаний дросельною заслінкою) та замість дизельної форсунки встановити свічку запалення. Потужність дизеля після його перетворення в двигун для роботі на легкому паливі при підтримці однакової швидкохідності збільшується за рахунок зменшення коефіцієнту надлишку повітря в паливо - повітряній суміші. Завдяки можливості при цьому суттєво перевищувати швидкохідність порівняно з дизелем потужність може значно зростати. Параметри кінця процесу стиску в момент теплопідводу на номінальному режимі (тиск та ступінь стиску) слід заздалегідь визначати за даними випробувань двигунів, що працюють на відповідному паливі по традиційному циклу без детонації. Саме ці параметри слід реалізувати і в циклі з продовженим стиском. Важливою перевагою використання циклу з продовженим стиском є можливість при різних навантажувальних режимах між холостим ходом і номіналом здійснювати цикли при різних підвищених ступенях стиску, тобто при підвищених коефіцієнтах корисної дії без виникнення детонації. Але для цього на кожному навантажувальному режимі теплопідвід (згоряння палива) слід здійснювати в момент, в який при розширенні від верхньої мертвої точки тиск знизиться до рівня, встановленого для номінального режиму, при якому густина суміші буде меншою, порівняно з її значенням на номінальному режимі, а тому робота двигуна буде бездетонаційною. При використанні циклу з продовженим стиском останнє гарантується додатково тим, що коефіцієнт залишкових газів буде суттєво меншим порівняно з роботою по традиційному циклу. Пропонується новий спосіб керування, який згідно з заявкою, що розглядається, базується на тому, що теплопідвід відбувається на всіх режимах роботи двигуна після продовженого стиску, коли відбувається розширення суміші та зменшення її тиску, в момент, коли останній досягне рівня кінця стиску на номінальному режимі. Об'єм суміші в цей момент для різних навантажувальних режимів буде різним і змінюватись при витраті різної кількості суміші. Таким чином, керуючи кількістю суміші, що витрачається, за допомогою, наприклад, дросельної заслінки можливо автоматично забезпечувати теплопідвід (згоряння) в бажаний для цього режиму момент, якщо реалізовувати його при незмінному для всіх режимів тиску, що співпадає з номінальним. Для цього двигун слід обладнати датчиком тиску, підключеним до камери згоряння. Цей датчик повинен реагувати тільки на зміну тиску і в момент, коли при зміні тиску в напрямі зменшення досягається значення номінального тиску, давати керуючий сигнал для запалення суміші. Для цього є різні сучасні технічні рішення. Для ілюстрації розглянемо спрощений варіант. Наприклад, для автоматичного керування моментом запалення можливо вибрати постійно розімкнутий контактний датчик, рухома частина якого навантажена пружиною. При такті стиску контакти замкнуться, коли тиск в камері згоряння перевищить задане значення номінального тиску і будуть замкнутими до ВМТ і далі на початку розширення. Коли тиск почне зменшуватись і в якийсь момент досягне знову номінального значення, відбудеться розмикання контактів і в електричній мережі, до якої контакти підключені, буде перерваний електричний ланцюг. Традиційним засобом при цьому можливо здійснити запалення суміші за допомогою свічки. При подальшому зростанні тиску завдяки згорянню контакти знову замкнуться і їх повторний розрив і іскра запалювання виникне на такті розширення, коли тиск знову зменшиться і досягне номінального значення. Виникнення додаткової іскри ні на що не впливатиме. В подальшому контакти датчика будуть розімкнуті аж до наступного такту стиску, коли вони знову замкнуться і залишатимуться замкнутими до ВМТ і на початку розширення, доки зменшення тиску не 2 UA 69992 U 5 10 досягне номінального значення і до виникнення іскроутворення і запалення при розмиканні контактів датчика. Далі все повторюватиметься. Для керування запаленням суміші на режимах підготовки двигуна до експлуатації (пуску, прогріванні) в запропонованій системі слід зменшити затяжку пружини датчика. Передбачається також можливість керування запаленням суміші традиційним методом з подачею іскри в момент, коли після продовженого стиску і наступного за цим розширення суміші її тиск не співпаде з відповідним значенням на номінальному режимі. Джерела інформації: 1. Автосервис № 37 (107)2007. 2. Патент України № 85061. Спосіб роботи двигуна внутрішнього згоряння з продовженим стиском, 25.12.2008. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 Спосіб переобладнання дизеля в багатопаливний двигун, який передбачає використання дизеля з безпосереднім впорскуванням палива з центрально розміщеними у циліндрах форсунками і можливість перетворення в двигун, що працює на легких паливах, завдяки до оснащення в разі потреби відповідними системами живлення і запалення, який відрізняється тим, що дизель перетворюють в двигун, який працює з продовженим стиском, рівень якого в двигуні при роботі на легкому паливі дорівнює ступеню стиску в дизелі, а тому дизель не потребує ніякої перебудови, крім приєднання до впускного колектору пристрою для подачі гомогенної паливо-повітряної суміші сталого складу в різних кількостях в залежності від рівня навантаження і встановлення замість дизельної форсунки свічки запалення, яка забезпечує запалення суміші в момент, коли після продовженого стиску і наступного після верхньої мертвої точки розширення суміші, її тиск досягне значення, яке має місце в момент теплопідводу на номінальному режимі, і відповідна ступінь стиску суміші в цей момент буде залежати від ступеню навантаження двигуна і перевищувати номінальну на всіх режимах, а для забезпечення запалення суміші пропонується обладнати двигун датчиком, який реагує на рівень тиску, і приєднаний будь-яким засобом до камери згоряння двигуна і який здатен давати сигнал для запалювання в момент досягнення означеного вище тиску в процесі його зменшення, або запалення здійснювати традиційним засобом, який спрацьовує при кожному навантаженні в момент, коли після продовженого стиску і наступного за цим розширення суміші її тиск не співпаде з відповідним значенням на номінальному режимі. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3