Спосіб роботи двигуна внутрішнього згорання і пристрій для його здійснення

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателестроении, в частности, при эксплуатации двигателей в зонах с ограниченным воздухообменом: в цехах, карьерах, шахтах и в районах с пониженным содержанием кислорода в воздухе, например, на высокогорье. Известен способ работы ДВС [Авт. св. СССР № 1016546, кл. F 02 В 37/00, опублик. 07.06.83], принятый за прототип, путем заполнения цилиндра наддувочным воздухом, сжатия воздуха в цилиндре, подачи топлива в конце сжатия воздуха в цилиндр, сгорания топливовоздушной смеси, расширения продуктов сгорания на рабочем ходе, отбора избыточного воздуха, подачи его вместе с продуктами сгорания в форсажную камеру, сжигания в ней дополнительного топлива и направления из нее отработавших газов для расширения в турбину, причем избыточный воздух перед подачей в форсажную камеру отбирают для подачи в цилиндр с наддувочным воздухом, затем в процессе сжатия воздуха в цилиндре вплоть до момента начала подачи топлива часть воздуха аккумулируют в дополнительном обьеме, а на рабочем ходе после окончания подачи топлива аккумулированную часть воздуха возвращают в цилиндр и перемешивают с продуктами cгорания. Недостатком данного способа является то, что подача аккумулируемого воздуха в цилиндр на рабочем ходе после окончания подачи топлива не приводит к направленной турбулизации этим воздухом заряда в цилиндре. Подаваемый воздух имеет недостаточную окислительную способность, суммарная концентрация кислорода в подаваемом воздухе и в заряде цилиндра ниже на 21%, что снижает скорость сгорания и ухудшает показатели работы двигателя. Известно устройство для осуществления предложенного способа [Авт. св. СССР № 1183698, кл. F 02 В 23/00, опублик. 07.1С.85], принятое за прототип, в котором двигатель содержит втулку цилиндра, крышку цилиндра с многосопловой форсункой, открытую камеру сгорания с полостью под насадок. Насадок фиксируется торцовыми поверхностями втулки и крышкой цилиндра, а на боковой поверхности насадка выполнены винтовые пазы. Недостатком данного устройства является то, что турбулизация сгорающей смеси осуществляется только в пристеночной зоне винтовыми пазами, при этом не учитывается локальная концентрация топлива в камере сгорания. Техническим результатом изобретения является поддержание стабильных показателей дизеля при разных условиях эксплуатации. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа работы ДВС и устройства для его осуществления, которые обеспечиваются поддержанием стабильных показателей двигателя и за счет этого улучшаются мощностные показатели двигателя. Поставленная задача решается тем, что в способе работы ДВС путем заполнения цилиндра воздухом, сжатия воздуха в цилиндре, сгорания топливовоздушной смеси, расширения продуктов сгорания и подачи дополнительного газа через дополнительный впускной клапан после окончания подачи топлива согласно изобретению в качестве дополнительного газа подают газ с переменной по углу поворота коленчатого вала концентрацией кислорода и газом дополнительно турбулизируют горящую топ-ливовоздушную смесь. Частными отличительными признаками является то, что дополнительный газ подают по объему камеры сгорания пропорционально локальной концентрации топлива. Дополнительный газ подают с угла поворота коленчатого вала, соответствующему максимальному давлению сгорания. При этом в момент открытия дополнительного впускного клапана в цилиндр двигателя подают дополнительный газ, при этом суммарная концентрация кислорода в дополнительном газе и в цилиндре составляет 21 % (по объему). Для устройства поставленная задача решается тем, что устройство для осуществления способа содержит втулку цилиндра, крышку цилиндра, форсунку с распылителем, не менее чем один впускной и выпускной клапан согласно изобретению в крышке цилиндра выполнен распределитель подачи дополнительного газа. Частные отличительные признаки заключаются в том, что распределитель подачи дополнительного газа состоит из дополнительного впускного клапана в крышке цилиндра, охватываемого со стороны камеры сгорания насадком с глухим торцом и боковыми каналами. Насадок охватывает дополнительный впускной клапан и носок распылителя, при этом центры отверстий распылителя и отверстий насадка выполнены на общих осях. Высота насадка соответствует максимальному ходу дополнительного впускного клапана. Распределитель подачи дополнительного газа может быть выполнен в виде каналов в крышке цилиндра и оси каналов выполнены пересекающимися с осями отверстий распылителя, при этом количество каналов для подачи дополнительного газа составляет не менее количества отверстий распылителя. После начала сгорания в цилиндре двигателя воздух взаимодействует с топливом и концентрация кислорода в заряде падает, что приводит к ухудшению эффективности сгорания. Особенно это сказывается, если двигатель работает в районах с обедненной концентрацией кислорода в воздухе. Показатели двигателя ухудшаются и это не удовлетворяет техническим требованиям. При этом из-за неравномерного распределения топлива по объему камеры сгорания (у стенок коэффициент избытка воздуха примерно равен 1, а в центре 3...4), в них происходит недожог топлива. Подача на рабочем ходе дополнительного газа, обогащенного кислородом, позволяет повысить эффективность сгорания и восстановить показатели двигателя. Подаваемый дополнительный газ турбулизирует горящую топливовоздушную смесь. В этом случае усиливается взаимодействие кислорода с несгоревшим топливом и повышается эффективность сгорания. Это обеспечивается тогда, когда дополнительный газ подается по объему камеры сгорания пропорционально концентрации топлива. Так как увеличение концентрации кислорода в воздухе больше 21% в цилиндре вызывает рост максимального давления сгорания, то суммарная концентрация кислорода в заряде цилиндра и в дополнительном газе составляет 21 %. Это условие характерно для проведения заводских приемносдаточных испытаний и при этом, не возникает изменений показателей двигателя. Этому условию отвечает зависимость (параметры берутся для нормальных атмосферных условий) где Мо2м - объем кислорода в цилиндре двигателя; Мо2д - объем кислорода в дополнительном газе; Мц - объем заряда в цилиндре двигателя; Мд - объем дополнительного газа. Концентрация кислорода в цилиндре двигателя определяется Концентрация кислорода в дополнительном газе определяется DО2 = МО2Д/МЦ. Это обеспечивается переменной концентрацией кислорода в дополнительном газе по углу поворота коленчатого вала. Например, на номинальном режиме двигателя проводится газовый отбор из камеры сгорания, а затем это вводится в систему подачи кислорода в дополнительный газ. При доводке данного рабочего процесса необходимая концентрация кислорода в дополнительном газе, распределение кислорода в камере сгорания, определение угла поворота коленчатого вала, соответствующего максимальному давлению сгорания производится с помощью специального блока управления, который имеет возможность управлять моментом открытия и закрытия газообразного клапана, т.е. производить отбор проб газа с привязкой к углу поворота коленчатого вала. На каждом режиме двигателя максимальное давление сгорания соответствует определенному углу поворота коленчатого вала, который фиксируется на маховике. И при подходе к этой точке происходит подача сигнала в систему подачи дополнительного газа и начало подачи дополнительного газа. Открытие выпускных клапанов также четко связано с определенной точкой поворота коленчатого вала, при достижении которого прекращается подача дополнительного газа. Выполнение насадка с глухим торцом и боковыми каналами позволяет направлять газ через отверстия, что обеспечивает повышенную турбулизацию. При выполнении отверстий насадка и распылителя на общих осях не нарушаются ранее подобранные условия смесеобразования и происходит движение воздуха в том же направлении, что и топлива, что повышает эффективность сгорания. При высоте насадка, составляющему максимальную высоту хода клапана обеспечивается наиболее возможный расход дополнительного газа. Во втором варианте исполнение осей отверстий каналов для подачи дополнительного газа пересекающимися с осями отверстий распылителя позволяет подавать газ в зону с наибольшей концентрацией несго-ревших продуктов. Количество каналов для подачи дополнительного газа может быть равно или быть больше, чем количество отверстий распылителя, что обеспечит более равномерное рас-пределение газа по объему камеры сгорания. На фиг. 1 приведена зависимость изменения в цилиндре двигателя давления (Р), законов открытия дополнительного впускного клапана (h1 , h2 ), концентрация кислорода в цилиндре (О2) и концентрация кислорода в дополнительном газе (DО2 в пересчете на суммарный заряд). С момента максимального давления сгорания открывается дополнительный впускной клапан по закону h1 или h2 и подается дополнительный газ. При этом суммарная концентрация кислорода (О2 + D О2) составляет 21%. На фиг. 2 изображен поперечный разрез устройства со смещенной форсункой; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 -поперечный разрез устройства с центрально расположенной форсункой; на фиг. 5 -разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - поперечный разрез устройства с перепускными каналами в крышке цилиндра. Устройство содержит втулку цилиндра 1 и крышку цилиндра 2, в которой находится форсунка 3, впускной клапан 4, выпускной клапан 5 и дополнительный впускной клапан 6. Между втулкой 1 и крышкой цилиндра 2 находится насадок 7 с перепускными каналами 8. В поршне 9 выполнены выемки 10 под насадок 7. Перепускные каналы 11 могут быть выполнены в крышке головки 2. Устройство работает следующим образом. После закрытия впускного клапана 4 при подходе поршня 9 к ВМТ происходит сжатие заряда и через форсунку 3 топливо впрыскивается в цилиндр двигателя. После начала сгорания при достижении максимального давления сгорания открывается дополнительный впускной клапан бив цилиндр попадает дополнительный газ через перепускные каналы 8, равномерно расположенные по периметру насадка 7, зафиксированного между втулкой 1 и крышкой цилиндра 2. Благодаря этому газ, обогащенный кислородом, турбулизирует заряд и обеспечивает улучшение сгорания. При центральном расположении форсунки 3 (фиг. 4, 5) в крышке головки 2 насадок 7 охватывает носок распылителя форсунки 8 и дополнительный впускной клапан 6. Перепускные каналы 8 в насадке 7 выполнены под струи топлива форсунки 3. После окончания впрыскивания топлива через эти же перепускные каналы 8 подается дополнительный газ, обогащенный кислородом. Подача дополнительного газа может осуществляться через перепускные каналы 11, выполненные в крышке головки 2, В этом случае в зону с большей концентрацией топлива подается и большее количество кислорода. Благодаря этому происходит интенсификация сгорания на неблагоприятных режимах работы, что стабилизирует показатели двигателя.