СПОСОБ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ПОРШНЕВОМ ДВС
METHOD TO SUPPLY FUEL IN PISTON ICE

Изобретение относится к области энергомашиностроения и, в частности, к рабочему процессу поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Известен способ подачи топлива в камеру сгорания поршневого ДВС посредством использования карбюратора, предполагающий подачу топлива в поток воздуха за счет создания разрежения в определенных зонах, где располагаются жиклеры. Из последних, за счет разности давлений в воздушной магистрали карбюратора и в системе подачи топлива, в поток воздуха вбрызгивается определенное количество топлива в виде капель, которое уносится в камеру сгорания [1].
Описанный способ малоэффективен из-за низкого КПД процесса горения. Часть топлива выбрасывается в атмосферу с продуктами сгорания. Причина такого явления в том, что капли топлива имеют относительно значительные размеры, а значит обладают малой площадью горения (окисления), что и приводит к их неполному сгоранию за время рабочего цикла.
Известен способ принудительного инжектирования топлива в поток воздуха, вводимого в камеру сгорания. Этот способ значительно экономичнее вышеописанного. Топливо в этом случае подается в поток воздуха под большим давлением через специальное устройство - инжектор (форсунка), обеспечивающий мелкодисперсное структурирование топлива [2].
Несмотря на повсеместное использование инжекторной подачи топлива в камеру сгорания ДВС, этот способ обладает и значительным недостатком - он реализуется посредством аппаратуры намного сложнее, дороже и капризнее в эксплуатации, чем для карбюраторных систем приготовления топливно-воздушной смеси. Кроме того, несмотря на относительную экономичность инжекторного способа подачи топлива, расход последнего остается значительным, что вызывает постоянные поиски и исследования технических средств и технологий, уменьшающих расход топлива.
Таким образом задачей изобретения является повышение эффективности инжекторного способа подачи топлива в камеру сгорания поршневого ДВС.
Поставленная задача достигается за счет того, что в способе подачи топлива в поршневом ДВС путем инжектирования его в поток воздуха, вводимого в камеру сгорания, используют эффект Ранка, для чего топливо вводят в потоке воздуха тангенциально к внутренней цилиндрической поверхности камеры сгорания.
Техническая сущность изобретения состоит в том, что согласно эффекту Ранка вихревое введение любой текучей среды, в том числе и воздуха, в цилиндрическую полость дает температурный градиент по поперечному сечению полости. Так, пристеночные вихревые потоки, в частности воздуха, разогреваются до температур более 100°C, что определяется в значительной мере давлением подаваемого потока воздуха. Применительно к предлагаемому способу введения топлива в камеру сгорания, использование эффекта Ранка позволяет испарить капли топлива и получить в результате однородную топливно-воздушную смесь, так как воздух лучше смешивается с парами, чем с капельными топливными структурами.
На прилагаемых к описанию изобретения чертежах (фиг.1 и фиг.2) даны схематические изображения двух проекций камеры сгорания поршневого ДВС.
Для пояснения предлагаемого способа на фиг.1 изображена камера сгорания поршневого ДВС, включающая цилиндр 1, в котором установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршень 2, образующие совместно рабочее пространство камеры сгорания 3. Тангенциально (по касательной) к внутренней цилиндрической поверхности (стенке) последней выполнен канал 4, сообщенный с источником 5 воздуха и инжектором 6 подачи топлива. Цилиндр 1 в своей верхней части снабжен выпускным клапаном 7 и запальной свечой 8. Позицией 9 на чертежах обозначено вихревое перемещение топливно-воздушной смеси в камере сгорания 3.
Реализуется предлагаемый способ подачи топлива в поршневом ДВС следующим образом.
В поток, предпочтительно сжатого, воздуха, идущего по каналу 4 от источника 5, впрыскивают топливо инжектором 6. Поступая в цилиндр по касательной к его внутренней поверхности топливно-воздушная смесь в камере сгорания 3 образует вихревую структуру, в которой, согласно эффекту Ранка, на периферии поднимается температура более 100°С. Топливо в виде капель, отброшенных на периферию вихревой структуры под действием центробежных сил, в условиях повышенной температуры начнет интенсивно испаряться, образуя пары, которые, перемешиваясь с воздухом, образуют гомогенную (однородную) топливно-воздушную смесь. Сгорание такой смеси от действия запальной свечи 8 будет полным, что повысит КПД использования топлива и улучшит экологические характеристики продуктов сгорания. Возможно, также, уменьшение количества необходимого топлива за счет оптимизации соотношения количества пара и воздуха, что может быть достигнуто в процессе регулирования ДВС. После завершения рабочего цикла продукты сгорания выводятся из цилиндра 1 через клапан 7.
Источники информации
1. В.И. Ерохов, Карбюраторы легковых автомобилей, Москва, Транспорт, 1996, 96 с.
2. Росс Твег, Системы впрыска бензина, Москва, КЖИ «За рулем», 2003, 144 с.