Поршневой двигатель внутреннего сгорания

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания и может быть использована в транспортных поршневых двигателях внутреннего сгорания (ПДВС).
Уровень техники
Известен ПДВС, работающий с подводом теплоты в рабочем цикле при постоянном объеме, при постоянном давлении, со смешанным подводом теплоты (Патент на изобретение Российской Федерации №2361096) и содержащий коленчатый вал, шатун, поршневой палец, поршень, рабочий цилиндр, головку с установленными в ней газораспределительными клапанами, впускной коллектор, выпускной коллектор, рабочий цилиндр с отверстиями, центры которых находятся выше нижней мертвой точки и расположены под углом к диаметральной и осевой плоскости рабочего цилиндра, впускной канал отверстий, сообщенный с заборным устройством в передней части транспортного средства. Такая компоновка позволяет осуществлять подачу дополнительного воздуха в надпоршневое пространство выше нижней мертвой точки поршня без затрат дополнительной механической работы на его подачу.
Недостатком такого ПДВС является неполное сгорание топливовоздушной смеси в зоне, прилегающей к днищу поршня.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является устранение указанных выше недостатков.
Раскрытие сущности полезной модели
Достигаемым техническим результатом является обеспечение интенсивного образования топливовоздушной смеси в условиях быстрого и качественного смесеобразования в нижней части цилиндра, прилегающей к днищу поршня, тем самым обеспечивая повышение полноты сгорания топлива ПДВС.
Для решения указанного технического результата поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержит коленчатый вал, шатуны, поршневые пальцы, поршни, головку блока цилиндров с установленными в ней газораспределительными клапанами и форсунками, впускной коллектор и выпускной коллектор. При этом каждый рабочий цилиндр снабжен отверстиями, центры которых находятся выше нижней мертвой точки и расположены под углом к диаметральной и осевой плоскости рабочего цилиндра, а впускной канал отверстий сообщен с заборным устройством в передней части транспортного средства. При этом в отличие от известного ПДВС впускной канал отверстий образован в стенке блока цилиндров и снабжен форсункой впрыска дополнительного топлива, находящегося в перегретом состоянии, а отверстия равномерно распределены по окружности цилиндра.
Впрыск дополнительного топлива, находящегося в перегретом состоянии, в дополнительно подаваемый в рабочий цилиндр воздух через образованный в стенке блока цилиндров впускной канал и равномерно распределенные по окружности цилиндра отверстия, центры которых находятся выше нижней мертвой точки и расположены под углом к диаметральной и осевой плоскости рабочего цилиндра, обеспечивает интенсивное образование топливовоздушной смеси и способствует быстрому и качественному смесеобразованию в нижней части цилиндра, прилегающей к днищу поршня, тем самым обеспечивая повышение полноты сгорания топлива ПДВС.
Краткое описание чертежей
На фигуре схематично показан в разрезе предложенный ПДВС.
На фигуре показан разрез одного цилиндра ПДВС, но в зависимости от поставленных задач число цилиндров может находиться в диапазоне от 3 до 12, с различными вариантами расположения цилиндров (рядное, V-образное, оппозитное, W-образное), образуя блок цилиндров двигателя.
Осуществление полезной модели
ПДВС содержит коленчатый вал 1, шатуны 2, поршневые пальцы 3, поршни 4, головку блока цилиндров с установленными в ней газораспределительными клапанами 5 и форсунками впрыска топлива (на фиг. не показано), впускной коллектор 6 и выпускной коллектор 7, рабочие цилиндры 8 с равномерно распределенными по окружности отверстиями 9, центры которых находятся выше нижней мертвой точки и расположены под углом к диаметральной и осевой плоскости рабочего цилиндра, впускной канал отверстий 10, образованный в стенке блока цилиндров и сообщенный с заборным устройством (на фиг. не показано) в передней части транспортного средства, а также закрепленные на стенке блока цилиндров нагреватель топлива 11, например, электрический или любой другой источник тепла для нагрева топлива и форсунку 12 впрыска дополнительного топлива, находящегося в перегретом состоянии.
Работает предлагаемый поршневой двигатель внутреннего сгорания следующим образом:
Воздух или топливовоздушная смесь поступает через впускной коллектор 6 в рабочий цилиндр 8 при движении поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). При нахождении поршня 4 вблизи НМТ атмосферный воздух попадает во впускной канал отверстий 10, сообщенный с заборным устройством в передней части транспортного средства (на фигуре не показано), и смешивается с подаваемым через форсунку 12 дополнительным топливом, находящимся в перегретом состоянии. Дополнительное топливо находится под высоким давлением и нагревается электрическим нагревателем топлива 11 до перегретого состояния.
В этой части следует отметить, что эффективность перемешивания топлива с воздухом определяется степенью диспергирования топлива на выходе из форсунки 12. При этом механизм «пленочного» срыва топлива с форсунки 12 не в полной мере решает задачу эффективного смесеобразования, так как основное тело топливной струи остается более или менее сплошным. Для эффективного перемешивания топлива с воздухом необходимо топливо в подводящей магистрали разогреть до состояния перегретой жидкости, что позволяет при выходе из форсунки 12 обеспечить объемное расширение топлива и его интенсивное деление на мельчайшие капли, которые в отличие от струй более эффективно смешиваются с воздухом. Таким образом, при подаче дополнительного перегретого топлива через форсунку 12 его давление резко снижается, и оно в среде поступающего воздуха мгновенно переходит в газообразное состояние с образованием топливовоздушной смеси.
Образовавшаяся топливовоздушная смесь через равномерно распределенные по окружности цилиндра отверстия 9, центры которых находятся выше нижней мертвой точки и расположены под углом к диаметральной и осевой плоскости рабочего цилиндра, попадает в надпоршневое пространство, где за счет обеспечиваемого геометрией отверстий равномерного циклонообразного движения, эффективно перемешивается с уже имеющимся в рабочем цилиндре 8 воздухом или топливовоздушной смесью. Как следствие, еще более повышая равномерность распределения дополнительного топлива в воздухе или топливовоздушной смеси, имеющихся в цилиндре двигателя.
В условиях, когда требуется работа двигателя на обогащенной топливовоздушной смеси топливо также может подаваться через форсунку, расположенную в головке блока цилиндров (на фигуре не показано).
Таким образом, подача образовавшейся ранее топливовоздушной смеси через впускной канал в стенке блока цилиндров и указанные отверстия способствует быстрому и качественному смесеобразованию в нижней части цилиндра, прилегающей к днищу поршня. В результате в рабочем цилиндре 8 находится равномерно распределенная, за счет впрыска дополнительного перегретого топлива и подвода его через впускной канал с расположенными определенным образом в стенке цилиндра отверстиями, топливовоздушная смесь, обеспечивающая повышение полноты сгорания топлива ПДВС.
Далее следуют процессы сжатия, воспламенения, сгорания, расширения и выпуска продуктов сгорания топлива традиционного ПДВС.