СПОСОБ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ И ВОСПЛАМЕНЕНИЯ РАБОЧЕЙ СМЕСИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO PREPARE AND BURN ICE WORKING MIX AND DEVICE TO THIS END

Изобретения относятся к машиностроению, в частности к производству двигателей внутреннего сгорания, а именно к конструкциям поршневых двигателей внутреннего сгорания и способам их работы.
Известен способ смесеобразования и воспламенения рабочей смеси дизельного двигателя внутреннего сгорания, включающий всасывание в цилиндр воздуха, сжатие воздуха, температура которого в процессе сжатия достигает величины, достаточной для воспламенения топлива, в конце сжатия впрыскивание в нагретый воздух жидкого топлива с образованием рабочей смеси топлива и воздуха, что приводит к самовоспламенению рабочей смеси (см. Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учебное пособие для вузов /А.И.Колчин, В.П.Демидов - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2002. - С.13).
Однако осуществление такого способа смесеобразования и воспламенения рабочей смеси требует повышенной прочности реализующих его деталей, увеличения их массы и приводит к снижению быстроходности двигателя, уменьшению удельных показателей, что обусловлено высокой степенью сжатия для обеспечения воспламенения рабочей смеси.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания, включающий всасывание в цилиндр воздуха, сжатие воздуха в цилиндре, подачу жидкого топлива из изолированного от массы двигателя топливоподающего элемента в цилиндр под давлением, пропускание электрического разряда высокого напряжения между изолированным от массы двигателя топливоподающим элементом и днищем поршня в конце сжатия с образованием рабочей смеси топлива и воздуха, воспламеняемой посредством пропускания электрического разряда высокого напряжения между изолированным от массы двигателя топливоподающим элементом и поршнем двигателя, воздействующего на рабочую смесь в конце сжатия (патент JP 2004340124 (А)).
Недостатками этого способа смесеобразования и воспламенения рабочей смеси являются низкие термический коэффициент полезного действия и топливная экономичность двигателя внутреннего сгорания вследствие ограничения степени сжатия из-за возможности детонации рабочей смеси.
Известно устройство для смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием и воспламенением от разряда, содержащее топливоподающий насос, связанный каналом с форсункой, осуществляющей впрыск топлива в цилиндр двигателя, систему для создания электрического разряда высокого напряжения внутри цилиндра, связанную с топливоподающим насосом и содержащую прерыватель, катушку зажигания и свечу зажигания, размещенную в камере сгорания (см. Вахламов В.К. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя; учебник для студ. учреждений сред. проф. образования /В.К.Вахламов, М.Г.Шатров, А.А.Юрчевский; под ред. А.А.Юрчевского. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - С.71).
Основными недостатками указанного устройства являются низкий термический коэффициент полезного действия двигателя вследствие ограничения степени сжатия из-за возможности детонации рабочей смеси, высокая стоимость вследствие требования высокого октанового числа топлива во избежание детонации.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство для смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания, содержащее топливоподающий насос, соединенный каналом с топливоподающим элементом, систему для создания электрического разряда высокого напряжения внутри цилиндра, образованную электродом, одновременно являющимся поршнем двигателя внутреннего сгорания, и электродом, одновременно являющимся топливоподающим элементом, изолированным от массы двигателя, связанную с топливоподающим насосом и источником высокого напряжения, подключенным к электроду (патент JP 2004340124 (А)).
Однако применение данного устройства ведет к снижению термического коэффициента полезного действия и топливной экономичности двигателя вследствие ограничения степени сжатия из-за возможности детонации рабочей смеси, необходимости высокого давления впрыска.
Предлагаемыми изобретениями решается задача повышения термического коэффициента полезного действия и топливной экономичности двигателя внутреннего сгорания.
Поставленная задача достигается тем, что в способе смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания, включающем всасывание в цилиндр воздуха, сжатие воздуха в цилиндре, подачу жидкого топлива из изолированного от массы двигателя топливоподающего элемента в цилиндр под давлением, пропускание электрического разряда высокого напряжения между изолированным от массы двигателя топливоподающим элементом и днищем поршня в конце сжатия с образованием рабочей смеси топлива и воздуха, согласно изобретению жидкое топливо подают струей трубчатого сечения в направлении днища поршня, а электрический разряд высокого напряжения пропускают через струю топлива трубчатого сечения.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания, содержащее топливоподающий насос, соединенный каналом с топливоподающим элементом, систему для создания электрического разряда высокого напряжения внутри цилиндра, образованную электродом, одновременно являющимся поршнем двигателя внутреннего сгорания, и электродом, одновременно являющимся топливоподающим элементом, изолированным от массы двигателя, связанную с топливоподающим насосом и источником высокого напряжения, подключенным к электроду, согласно изобретению снабжено элементом формирования струи трубчатого сечения для облегчения электрического разряда высокого напряжения.
Предложенные изобретения связаны между собой настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Действительно, при таком смесеобразовании с подачей жидкого топлива струей трубчатого сечения из изолированного от массы двигателя топливоподающего элемента в направлении днища поршня вблизи верхней мертвой точки и воспламенении рабочей смеси пропусканием электрического разряда высокого напряжения между изолированным от массы двигателя топливоподающим элементом и днищем поршня через струю топлива трубчатого сечения, реализуемыми посредством предложенного устройства, происходит интенсивное смешивание капель распыляемого топлива и воздуха в камере сгорания благодаря свободному пространству между электродами, которое способствует распылению топлива в полном объеме камеры сгорания без экранирования, формированию струи трубчатого сечения, облегчающему электрический разряд высокого напряжения, тем самым обеспечивающему симметричность распыла топлива, улучшению процессов смесеобразования и сгорания, а следовательно, повышению термического коэффициента полезного действия и топливной экономичности двигателя. Одновременно электрический разряд высокого напряжения воспламеняет рабочую смесь в необходимый момент времени. Таким образом, предложенные изобретения удовлетворяют требованию единства изобретения.
Устройство для смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена схема устройства для смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания в закрытом положении; на фиг.2 - схема устройства для смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания в момент подачи топлива; на фиг.3 - элемент формирования струи трубчатого сечения в увеличенном виде в закрытом положении; на фиг.4 - элемент формирования струи трубчатого сечения в увеличенном виде в момент подачи топлива.
Дополнительно на фиг.1 и фиг.2 обозначено стрелками направление подачи топлива.
Устройство для смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания (фиг.1) содержит фланец 1, установленный на головке цилиндра 2 двигателя внутреннего сгорания. Во фланце 1 установлен электрод, одновременно являющийся топливоподающим элементом, изолированный от фланца 1 изолятором 3. Электрод, одновременно являющийся топливоподающим элементом, содержит корпус 4, размещенную внутри него запирающую пружину 5 и штангу 6. Запирающая пружина 5 размещена в корпусе 4 таким образом, что она упирается одним концом в этот корпус, а другим - в штангу 6. Корпус 4 топливоподающего элемента соединен с корпусом 7 распылителя посредством втулки 8. Штанга 6, соприкасаясь с иглой 9, находящейся в корпусе 8 распылителя, оказывает на нее усилие, сообщаемое запирающей пружиной 5. Корпус 4 топливоподающего элемента и корпус 7 распылителя зафиксированы накидной гайкой 10. В корпусе 4 топливоподающего элемента также выполнены канал 11 для подвода жидкого топлива 12 от топливоподающего насоса 13, соединенного этим каналом с топливоподающим элементом, к корпусу 7 распылителя и канал 14 для отвода утечек топлива на повторное использование. Корпус 4 топливоподающего элемента соединен с источником 15 высокого напряжения. Таким образом, источник 15 высокого напряжения подключен к электроду, одновременно являющемуся топливоподающим элементом.
Электрод, одновременно являющийся топливоподающим элементом, образует зазор S (фиг.1, фиг.2) относительно электрода, одновременно являющегося поршнем 16 двигателя внутреннего сгорания.
С топливоподающим насосом 13 и источником 15 высокого напряжения связана система для создания электрического разряда высокого напряжения внутри цилиндра. Названная система образована электродом, одновременно являющимся топливоподающим элементом, изолированным от массы двигателя, и электродом, одновременно являющимся поршнем 16 двигателя внутреннего сгорания.
Игла 9 снабжена элементом 17 формирования струи трубчатого сечения для облегчения электрического разряда высокого напряжения, выполненным в виде центрального стержня (фиг.3, фиг.4).
Работа устройства для смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом (фиг.2).
Воздух всасывается и сжимается в цилиндре 2 двигателя внутреннего сгорания. Жидкое топливо 12 под давлением от топливоподающего насоса 13, проходя через канал 11, поднимает иглу 9, сжимая пружину 5 посредством штанги 6, поступает в корпус 7 распылителя, обтекает элемент 17 в виде центрального стержня, образуя струю трубчатого сечения, и поступает в направлении днища поршня 16 вблизи верхней мертвой точки, занимая место между электродами. Утечки топлива 12, образованные зазором иглы 9 и корпусом 7 распылителя, проходя через канал 14, поступают на повторное использование.
В конце сжатия от источника 15 высокого напряжения между электродами через объем поданного струей трубчатого сечения жидкого топлива 12 в направлении днища поршня 16 вблизи верхней мертвой точки пропускается электрический разряд высокого напряжения. Трубчатое сечение струи топлива способствуют облегчению электрического разряда высокого напряжения. Вследствие воздействия электрического разряда высокого напряжения на объем поданного струей трубчатого сечения топлива 12 происходит распыление данного объема в окружающем воздухе в камере сгорания, образование рабочей смеси топлива и воздуха и ее воспламенение, после чего происходит расширение этой рабочей смеси.
Способ смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом. Осуществляют всасывание воздуха в цилиндр 2 двигателя внутреннего сгорания и сжатие воздуха в цилиндре 2. В конце сжатия подают в цилиндр 2 жидкое топливо 12 под давлением струей трубчатого сечения из изолированного от массы двигателя топливоподающего элемента в направлении днища поршня 16 вблизи верхней мертвой точки и пропускают электрический разряд высокого напряжения между изолированным от массы двигателя топливоподающим элементом и днищем поршня 16 через струю трубчатого сечения топлива 12 с образованием рабочей смеси топлива 12 и воздуха. Одновременно электрический разряд высокого напряжения воспламеняет рабочую смесь топлива 12 и воздуха в необходимый момент времени. Вследствие воздействия электрического разряда высокого напряжения на объем поданного струей трубчатого сечения топлива 12 происходит распыление данного объема в окружающем воздухе в камере сгорания, образование рабочей смеси топлива 12 и воздуха и ее воспламенение. После этого производят расширение обычным образом.
Таким образом, предлагаемые способ смесеобразования и воспламенения рабочей смеси двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления позволяют повысить термический коэффициент полезного действия и топливную экономичность двигателя.