ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Предложение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием, в частности, в двигателях внутреннего сгорания с продуваемой форкамерой.
Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие цилиндр, в объеме которого расположен поршень, совершающий возвратно-поступательное движение, головку цилиндра, в которой изготовлены основная камера сгорания, сообщенная с ней через выходное отверстие форкамера со свечой зажигания, и впускной патрубок с топливодозирующим элементом, соединенный с объемом цилиндра через основной впускной клапан, и магистраль питания, которая сообщена через вспомогательный впускной клапан с форкамерой и подсоединена через орган дозирования топливовоздушной смеси к трубопроводу для подвода воздуха [1].
Известны также двигатели внутреннего сгорания, содержащие цилиндр, в объеме которого расположен поршень, совершающий возвратно-поступательное движение, головку цилиндра, в которой изготовлены основная камера сгорания, сообщенная с ней через выходное отверстие форкамера со свечой зажигания, впускной патрубок с топливодозирующим элементом, соединенный с объемом цилиндра через основной впускной клапан, и магистраль питания, которая сообщена через вспомогательный впускной клапан с форкамерой, снабжена органом впрыскивания топлива и подсоединена через элемент дозирования воздуха к компрессору [2].
В известных двигателях внутреннего сгорания скорость фронта пламени, выходящего из форкамеры, относительно мала и горение не может быстро охватить весь объем основной камеры сгорания, что ухудшает
эффективность процесса сгорания и приводит к недостаточному использованию топлива и к образованию вредных веществ в процессе горения.
В данном предложении была поставлена задача - разработать двигатель внутреннего сгорания, в котором процесс сгорания начался одновременно во всем объеме основной камеры сгорания и происходил с высокой скоростью горения даже очень бедных смесей.
Согласно поставленной задаче целью предложения является улучшение эффективности процесса сгорания при снижении образования вредных веществ в процессе горения.
Для этого в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, в объеме которого расположен поршень, совершающий возвратно-поступательное движение, головку цилиндра, в которой изготовлены основная камера сгорания, сообщенная с ней через выходное отверстие форкамера со свечой зажигания, впускной патрубок с топливодозирующим элементом, соединенный с объемом цилиндра через основной впускной клапан, и магистраль питания, которая сообщена через вспомогательный впускной клапан с форкамерой, снабжена органом впрыскивания топлива и подсоединена через элемент дозирования воздуха к компрессору, причем форкамера выполнена в виде детонационной трубы, залитой при изготовлении в головку и расположеной вокруг камеры сгорания, причем выходное отверстие детонационной трубы может быть направлено под углом к стенке камеры сгорания, а отношение объема детонационной трубы к объему основной камеры сгорания может быть в диапазоне от 0,07 до 0,1, причем отношение диаметра детонационной трубы к ее длине может быть в диапазоне от 0,02 до 0,04.
Анализ патентной документации и научно-технической литературы не выявил двигателей внутреннего сгорания с заявленной совокупностью существенных признаков.
Сущность изобретения поясняется на чертеже, на котором показан двигатель внутреннего сгорания в разрезе по камере сгорания и форкамере.
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, в объеме которого расположен поршень 2, совершающий возвратно-поступательное
движение, головку 3 цилиндра 1, в которой изготовлены впускной патрубок 4, камера сгорания 5 и сообщенная с ней через выходное отверстие 6 форкамера 7 со свечой зажигания 8. Впускной патрубок 4 соединен с объемом цилиндра 1 через основной впускной клапан 9, снабжен топливодозирующим элементом 10 и предназначен для подвода в цилиндр 1 топливовоздушной смеси в зависимости от режима работы двигателя внутреннего сгорания. Магистраль 11 изготовлена в головке 3 цилиндра 1 и в трубопроводе 12 для питания форкамеры 7, богатой топливовоздушной смесью. Для этого магистраль 11 подсоединена к форкамере 7 через вспомогательный впускной клапан 13, компрессор 14, укрепленный на трубопроводе 12, в который установлены орган 15 для впрыскивания топлива и элемент 16 для дозирования сжатого воздуха в зависимости от режима работы двигателя внутреннего сгорания. Компрессор 14 может иметь привод от аккумулятора, поскольку расходы воздуха через форкамеру 7 относительно малы и не требуют большого затрата энергии. Орган 15 впрыскивания топлива может быть выполнен в виде форсунки для впрыска бензина, а элементом 16 для дозирования воздуха может быть дроссельная заслонка, как это показано на чертеже.
В соответствии с предложением форкамера 7 выполнена в виде детонационной трубы, которая залита при изготовлении в головку 3 и расположена вокруг основной камеры сгорания 5, причем выходное отверстие 6 детонационной трубы может быть направлено тангенциально к стенке камеры сгорания 5. Отношение объема детонационной трубы к объему основной камеры сгорания 5 находится в диапазоне от 0,07 до 0,1, причем отношение диаметра детонационной трубы к ее длине находится в диапазоне от 0,02 до 0,04.
При работе двигателя внутреннего сгорания во впускной патрубок 4 поступает воздух и топливодозирующим элементом 10 впрыскивается топливо на горячую тарелку основного впускного клапана 9, через который бедная топливовоздушная смесь поступает в объем цилиндра 1. В то же время из магистрали 11 через открытый вспомогательный впускной клапан 13 в форкамеру 7 поступает богатая топливовоздушная смесь из трубопровода 12, в который компрессором 14 нагнетается воздух, а органом 15 впрыскивается
топливо в зависимости от режима работы двигателя внутреннего сгорания. Сжатие воздуха в компрессоре 14 и управление его расхода элементом 16 необходимо для очистки форкамеры 7 от остаточных газов, особенно, при работе двигателя внутреннего сгорания на режимах с малым разрежением в цилиндре 1, которые характерны для высоких нагрузок. Компрессор 14 особенно необходим при использовании наддува цилиндра 1. При работе двигателя внутреннего сгорания на режимах холостого хода и малых нагрузках элемент 16 уменьшает расход воздуха через форкамеру 7, поскольку разрежение в цилиндре 1 достаточно для заполнения форкамеры 7 свежей богатой смесью. С другой стороны, увеличенный расход богатой смеси через форкамеру 7 на этих режимах работы может привести к переобогащению смеси в форкамере 7 и ухудшению ее зажигания свечей 8. После очистки форкамеры 7 от остаточных газов предыдущего цикла, свежая богатая смесь частично поступает в цилиндр 1, где, смешиваясь с бедной смесью около выходного отверстия 6, образует смесь промежуточного состава. При сжатии в цилиндре 1 смесь промежуточного состава будет вытесняться в форкамеру 7, где, смешиваясь с богатой смесью, образует к моменту зажигания смесь стехиометрического состава, который наиболее подвержен детонационному горению. В форкамере 7 свечой 8 зажигают смесь стехиометрического состава, в которой возникают очаги детонации, образующие фронт пламени, выходящий из отверстия 6 со скоростью более 2000 м/сек в основную камеру сгорания 5 и быстро охватывает весь ее объем. Поскольку в основной камере сгорания 5 находится бедная смесь или воздух, детонационное сгорание в ней затухает.
Применение данного предложения позволяет значительно увеличить скорость процесса сгорания в двигателе внутреннего сгорания, улучшить его эффективность при снижении образования вредных веществ в процессе горения.