КОМБИНИРОВАННАЯ ФОРКАМЕРА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
COMBINED PRE-CHAMBER FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к форсированным среднеоборотным газовым моторам, работающим в широком диапазоне частот вращения и нагрузок, точнее к форкамерам, устанавливаемым в цилиндрах двигателей вместо штатных топливных форсунок с целью конвертации ДВС на использование газового топлива.
Применение таких форкамер связано с тем, что форкамерно-факельный процесс за счет мощного источника энергии горящей газовоздушной смеси позволяет обеспечить стабильную работу двигателя на режимах малых и холостых ходов при переходе на газовое топливо в двигателях, используемых на транспорте и часто работающих на этих режимах с высоким коэффициентом избытка воздуха в основной камере сгорания.
Из уровня техники известна форкамера (SU 1002629, публ. 1983 г.), имеющая составной корпус, состоящий из двух состыкованных частей; рабочую полость, разделенную поперечным тепловым экраном, и установленные на корпусе форсунку и свечу зажигания. Нижняя часть корпуса заканчивается сопловым наконечником с каналом для вывода продуктов сгорания в основную камеру сгорания и имеет развитую сребренную наружную поверхность, помещенную в полый цилиндр, в который через патрубок подается охлаждающий воздух, одновременно являющийся воздушным зарядом, поступающим по специальным каналам в верхний объем рабочей полости форкамеры, куда форсункой впрыскивается газовое топливо. Выступающие за габарит корпуса патрубок, форсунка и свеча зажигания усложняют конфигурацию форкамеры, что требует дополнительного пространства для ее размещения, а то обстоятельство, что форсунка в такой форкамере не имеет управляющих функций, требует подключения к ней управляемого дозирующего топливного насоса.
Эти недостатки устранены в усовершенствованной комбинированной форкамере известной из описания к патенту US 20170122184 (публ.2017 г.), имеющей более компактную лаконичную форму, и в которой корпус выполнен цельным, а свеча зажигания и топливная форсунка (инжектор) установлены на корпусе сверху в один ряд параллельно друг другу и управляются от системы топливоподачи двигателя или собственным контроллером. Форкамера в этом аналоге размещена с заходом в основную камеру сгорания и снабжена соплом с выходными каналами, выполненным за одно целое с корпусом, - это несколько снижает срок ее службы и полностью исключает возможность ремонта путем замены сопла.
Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является комбинированная форкамера двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус с внутренней полостью и сообщающимся с ней отверстием для размещения свечи зажигания, управляемый форкамерный клапан в сочетании с дросселем, свечу зажигания и сопло, обращенное в основную камеру сгорания (RU №2240429, публ.2004 г.), в которой сопло жестко закреплено на корпусе, свеча зажигания установлена в упомянутом отверстии в корпусе, и для подвода газового топлива в корпусе имеется еще одна дополнительная проточка. Множество проточек в теле корпуса может привести к утонению его стенок, что в итоге снизит термостойкость устройства или приведет к необходимости либо увеличения поперечного габарита корпуса, либо повышения нагрузки на систему охлаждения.
Задача, решаемая настоящим изобретением, направлена на расширение арсенала технических средств в области конвертации транспортного двигателя путем дальнейшего усовершенствования комбинированной форкамеры.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что комбинированная форкамера для двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус с внутренней полостью и сообщающимся с ней отверстием для установки свечи зажигания, свечу зажигания и сопло, связанное с основной камерой сгорания, согласно изобретению, выполнена в виде сборочного модуля, содержащего электромагнитный клапан, закрепленный на корпусе форкамеры, снабженный штуцером для связи с источником подачи газового топлива и электрическим разъемом для подключения к управляющей электронной системе, а сопло выполнено отъемным и присоединено к корпусу форкамеры посредством колпачка, имеющего резьбовое соединение с корпусом форкамеры, при этом электромагнитный клапан обеспечивает дозированную подачу газа при подаче на его электромагнит управляющего электрического импульса, определяющего фазу и длительность подачи газа, причем доза газа представляет собой полную цикловую подачу, необходимую для организации рабочего процесса в форкамере и основной камере сгорания после зажигания рабочей смеси форкамеры свечой зажигания, управляемой регулятором опережения зажигания.
Электромагнитный клапан форкамеры выполнен в виде комплекта деталей, размещенных в обойме, связанной с корпусом форкамеры посредством втулки, имеющей резьбовое соединение с корпусом, при этом электромагнитный клапан содержит: катушку, электромагнит, подвижный якорь электромагнита, являющийся одновременно затвором клапана, оканчивающийся коническим запорным элементом, размещенный в направляющей втулке с возможностью перемещения относительно седла клапана, и снабжен полостью, предназначенной для приема подаваемого в форкамеру газа.
На представленных чертежах: на фиг. 1 дан общий вид комбинированной форкамеры в разрезе; на фиг. 2 - увеличенный вид узла крепления сопла к торцу корпуса.
Форкамера установлена в крышке 1 цилиндра вместо форсунки дизельного варианта двигателя, и содержит корпус 2 с внутренней полостью «А» и сообщающимся с ней боковым отверстием, в котором размещена свеча зажигания 18. Полость «В» предназначена для приема подаваемого в форкамеру газа. На корпусе 2 через проставку 3 с обращенным в полость «А» направляющим каналом установлен управляемый электромагнитный дозирующий клапан, выполненный в виде комплекта деталей, размещенных в обойме 7: катушки 13, электромагнита 14, подвижного якоря электромагнита 14, который является одновременно затвором 16, оканчивающийся коническим запорным элементом, размещенный в направляющей втулке 17 с возможностью перемещения относительно седла 4 клапана. Электромагнит 14 опирается на упругий стакан 6, прижимающий направляющую втулку 17 к седлу 4 - этим обеспечивается осевое сопряжение деталей 3, 4, 9, 11, 14, 17 внутри обоймы 7, связанной с корпусом форкамеры. Обойма 7 с комплектом деталей клапана крепится к корпусу форкамеры втулкой 5 с помощью резьбового соединения. Штуцер 11 для подключения электромагнитного клапана к источнику подачи газового топлива и электрический разъем 12 для подключения его к управляющей электронной системе установлены внутри обоймы 7 и с помощью колпачка 8 закреплены на ней винтами 10. Отъемное сопло 20 присоединено к корпусу 2 форкамеры посредством колпачка 19, имеющего резьбовое соединение с корпусом форкамеры. Таким образом, форкамера представляет собой сборочный модуль с установленной в корпус свечой зажигания 18 и крепится к крышке цилиндров шпильками, расположенными в плоскости, перпендикулярной представленному разрезу (могут быть использованы те же шпильки, которые используются для крепления форсунок дизельного варианта двигателя).
Электромагнитный клапан форкамеры обеспечивает дозированную подачу газа из полости «В» при подаче на его электромагнит управляющего электрического импульса, определяющего фазу и длительность подачи газа, причем доза газа представляет собой полную цикловую подачу, необходимую для организации рабочего процесса в форкамере и основной камере сгорания после зажигания рабочей смеси форкамеры свечой зажигания, управляемой регулятором опережения зажигания.
2
Форкамера работает следующим образом. В исходном состоянии затвор 16 прижат к седлу 4 пружиной 15. Газ с рабочим давлением 3-6 кГс/смнаходится в полостях «С» и «В». На такте всасывания после закрытия выпускного клапана (после продувки цилиндра) на катушку 13 электромагнита 14 через электрический разъем 12 подается управляющий электрический импульс. Затвор 16, являющийся одновременно подвижной частью сердечника электромагнита 14, поднимаясь и прижимаясь к сердечнику 14, открывает сечение под своим запирающим конусом, и газ под действием рабочего давления через направляющий канал проставки 3 поступает в полость «А» форкамеры. Количеством подаваемого газа управляет регулятор частоты вращения путем изменения длительности управляющего импульса, фазовое положение которого определяет регулятор опережения подачи газа. По окончании управляющего импульса затвор 16 закрывает сечение под конусом с помощью пружины 15. На такте сжатия часть воздуха основной камеры сгорания поступает в форкамеру, образуя рабочую обогащенную смесь, а часть газа форкамеры вытесняется воздухом в основную камеру, образуя обедненную смесь. Процесс горения начинается в форкамере с помощью свечи зажигания 18. Фазовое положение искры зажигания обеспечивает регулятор опережения зажигания. Выходящая через сопло 20 горящая газовоздушная смесь зажигает рабочую смесь в основной камере. Дозирование газа осуществляется электромагнитным клапаном на всех режимах работы. Форкамерный процесс может быть осуществлен двумя способами: полной подачей газа в форкамеру, либо частичной подачей газа в форкамеру и частичной подачей газа в основную камеру сгорания. В первом варианте система подачи газа существенно упрощается.
Модульность конструкции и взаимосвязь дозирующего клапана и сопла с корпусом форсунки улучшают ремонтопригодность устройства, а предлагаемое взаиморасположение дозирующего клапана и свечи зажигания с оптимизацией маршрута «подачи газа на свечу» позволяет избежать повышенной теплонапряженности.