АДИАБАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ВПРЫСКА-ВОСПЛАМЕНЕНИЯ
INJECTION-IGNITION ADIABATIC SYSTEM

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания с неэлектрическими системами зажигания, в частности к конструктивным средствам, позволяющим улучшить процесс сгорания.
Известно устройство впрыска-воспламенения, содержащее свечу-форсунку, установленную в головке цилиндра двигателя внутреннего сгорания, топливопровод с установленным в нем запорным органом и плунжер, размещенный в рабочей полости свечи-форсунки, кинематически связанный с валом двигателя (патент RU 2035598, F02B 13/06, опубликовано 20.05.1995). Недостатком указанного устройства является сложность и ненадежность кинематической связи плунжера форсунки с валом двигателя и искрового воспламенения.
Известно также устройство впрыска-воспламенения, содержащее установленную в головке цилиндра двигателя внутреннего сгорания форсунку, корпус которой образует камеру и имеет сопла, на поршне цилиндра двигателя размещен выступ, взаимодействующий с корпусом форсунки и производящий сжатие топлива в форсуночной камере до его самовоспламенения (а.с. №885579, F02B 19/00, опубликовано 30.11.1981). Такая конструкция ненадежна и приводит к неполному сгоранию топлива в цилиндрах двигателя.
Известна принятая за прототип система топливного впрыска и воспламенения, содержащая корпус форсунки, имеющий сопла и образующий топливную камеру, соединенную с топливопроводом, в которой установлены пружина и шток-клапан, управляющий давлением внутри форсуночной камеры, в корпусе форсунки установлено устройство воспламенения топлива от давления (заявка WO 2006/041795, F02M 47/02, опубликовано 2006.04.20). Такое устройство требует применения топливного насоса большого давления и имеет ненадежную систему пьезоэлектрического зажигания.
Задачей изобретения является такое упрощение конструкции, которое при повышении надежности улучшает процесс сгорания.
Для получения указанного технического результата в известной конструкции, включающей корпус форсунки, имеющий сопла и образующий топливную камеру, соединенную с топливопроводом, в которой установлены пружина и шток-клапан, управляющий давлением внутри форсуночной камеры, в корпусе форсунки установлено устройство воспламенения топлива от давления, в качестве устройства для воспламенения топлива используют установленный на конце шток-клапана, выступающем из форсуночной камеры, поршень форсунки, взаимодействующий с выступом на поршне двигателя, при этом поршень форсунки выполнен цилиндрической формы и имеет шлицы на боковой поверхности в части, обращенной к форсуночной камере, на другом конце шток-клапана прикреплен топливный поршень с обтекателем, установленным на цилиндр с лысками, взаимодействующий с концом топливопровода, пружиной возврата и дополнительной успокоительной пружиной, находящимися по разные стороны от цилиндра с лысками. Шлицы на поршне форсунки могут быть выполнены треугольными. Обтекатель топливного поршня может быть выполнен коническим или в виде прямоугольной пирамиды. Лучший результат получен, когда сопла выполнены в виде конических отверстий, расширяющихся наружу с осью, расположенной под углом 30-45 градусов к касательной внутренней окружности в точке пересечения ее осью.
На фиг.1 показано сечение устройства в положении, когда поршень форсунки не вошел во взаимодействие с выступом на поршне цилиндра двигателя, на фиг.2 показано сечение устройства в момент воспламенения. На фиг.3 показан вид на поршень форсунки, на фиг.4 - вид на топливный поршень, на фиг.5 - поперечное сечение корпуса форсунки по осям сопел. Системы подачи энергоносителя и выхлопа отработанного газа не показаны, так как выполняются по известной конструктивной схеме и не являются предметом технического решения.
Заявляемое устройство содержит корпус форсунки 1 с каналами сопел 2, выступ 3, установленный на поршень цилиндра (не показан), топливную камеру 4 форсунки, топливопровод 5, поршень форсунки 6, топливный поршень 7, шток-клапан 8, возвратную пружину 9 и успокоительную пружину 10. Топливопровод 5 ввернут в металлический стакан топливной камеры 4, которая также может быть установлена на резьбе в корпусе форсунки 1. По оси топливной камеры размещается шток-клапан 8 в виде шпильки с разными сечениями, имеющий на конце, выступающем из камеры 4, установленный на резьбе поршень форсунки 6, представляющий собой металлический цилиндр с зубчатыми канавками (шлицами) на боковой поверхности со стороны камеры 4, не доходящими до торца, обращенного к выступу 3 на поршне цилиндра. На другом конце штока-клапана 8, также на резьбе установлен топливный поршень 7, имеющий основание в виде цилиндра с лысками и обтекатель, форма которого может быть пирамидальной или конической с основанием в виде круга или овала. На обтекателе топливного поршня 7 установлена возвратная пружина 9, а между основанием поршня 7 и посадочным местом в камере 4 установлена успокоительная пружина 10. Такая конструкция при работе образует адиабатическую камеру А, топливную камеру высокого давления В и топливную камеру низкого давления С.
Устройство работает следующим образом. По завершению такта сжатия выступ 3 входит в корпус форсунки 1, образуя адиабатическую камеру А. Поршень форсунки 6 перекрывает сопла 2 так, что воздух в адиабатической камере А создает большое давление, под действием которого поднимается поршень форсунки 6 вместе с шток-клапаном 8, который закрывает впускное отверстие топливной камеры 4. При этом топливо выдавливается через зубчатые канавки (шлицы) поршня форсунки 6 в сопла 2. Одновременно с этим в сопла 2 устремляется сверхзвуковой поток воздуха из адиабатической камеры А. Топливо впрыскивается в самое начало сверхзвукового потока, где он имеет наибольшую температуру, и воспламеняется. Таким образом, из сопел 2 вырывается горящая топливно-воздушная смесь, которая смешивается с воздухом в цилиндре двигателя и сгорает, при этом чем выше скорость вращения двигателя, тем процессы интенсивней. При продувке и начале сжатия возвратная пружина 9 возвращает поршень форсунки 6 в исходное положение. При этом топливный поршень 7 перемещает топливо к впускному отверстию. Топливо проникает в топливную камеру высокого давления В при открытии шток-клапана 8. Одновременно сюда проникает некоторое количество воздуха из цилиндра двигателя сквозь зубчатые канавки (шлицы) поршня форсунки 6. Таким образом, топливо смешивается с воздухом 3 раза: в топливной камере высокого давления В, в соплах 2 и в самом цилиндре двигателя. Некоторое количество воздуха может проникать и в топливную камеру низкого давления С. Высокая насыщенность топлива воздухом приводит к более быстрому и полному сжатию. Сквозь зубчатые канавки поршня форсунки 6 выходит не само топливо, а топливно-воздушная суспензия, которая воспламеняется в топливной камере высокого давления В под действием адиабатических процессов.
Благодаря работе топливного поршня 7 двигатель не нуждается в топливных насосах большого давления, топливо может поступать самотеком. Для работы в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания поршень форсунки 6 не должен полностью перекрывать сопла, чтобы не было впрыска при такте выпуска. Выполнение сопел в виде конических отверстий, расширяющихся наружу, с осью, расположенной под углом 30-45 градусов к касательной внутренней окружности в точке пересечения ее осью, приводит к тому, что топливно-воздушная смесь, выходящая из такого сопла, закручивается, образуя вихри в камере сгорания двигателя, что уменьшит время сгорания и позволит поднять обороты двигателя.
Заявляемая система впрыска-воспламенения обладает простотой конструкции, дает возможность воспламенять топливо без необходимости создания больших давлений в цилиндрах двигателя, обеспечивает более быстрое и полное сгорание топлива, повышает надежность работы.