СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ НА ГАЗООБРАЗНОМ ТОПЛИВЕ
MODE OF OPERATION OF ENGINE RUNNING ON GAS FUEL

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Оно касается дизельного двигателя, конвертированного в газовый двигатель.
В патенте №767380, F02B 69/04, выданном в РФ, показан дизельно-газовый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, в который в случае его работы на газовом топливе встраивается специальная форкамера для уменьшения степени сжатия топливовоздушной смеси. Однако это требует переделки головки цилиндров двигателя. В патентах №2097581, 2097582, F02B 43/00, выданных в РФ, изложены с помощью индикаторных диаграмм способы работы двигателя внутреннего сгорания, предусматривающие прерывание процесса всасывания рабочего тела, что, однако, не согласовано с процессом сжатия рабочего тела при конвертации дизельного двигателя в газовый двигатель. В патенте №2342543, F02B 43/00, выданном в РФ, в заявке №2003/0140902, F02B 43/00, опубликованной в США, приведен способ осуществления рабочего цикла в двигателе внутреннего сгорания на газовом топливе, при котором используются инжектор для подачи газового топлива в камеру сгорания под высоким давлением незадолго перед верхней «мертвой точкой» и средства зажигания топливовоздушной смеси. Однако при таком способе работы двигателя на газовом топливе приходится чрезмерно повышать давление впрыска топлива, что существенно усложняет систему топливоподачи.
Задачей является обеспечение эффективной работы на газообразном топливе дизельного двигателя, конвертированного в газовый двигатель, с осуществлением конвертации простыми средствами путем установки в головке цилиндров двигателя газовой форсунки, комбинированной со свечой зажигания.
Решение задачи осуществления эффективной работы на газообразном топливе дизельного двигателя, конвертированного в газовый двигатель, обеспечено тем, что при работе на газообразном топливе дизельного двигателя, конвертированного в газовый двигатель путем установки газовой форсунки, комбинированной со свечой зажигания, на такте всасывания впускают воздух через открытый впускной клапан в цилиндр двигателя и закрывают впускной клапан после поворота вала двигателя на четверть оборота от начального положения, при котором поршень находится в цилиндре в верхней «мертвой точке». Во время движения поршня к нижней «мертвой точке» при закрытом впускном клапане подают в цилиндр двигателя через форсунку горючий газ, который продолжают подавать в цилиндр двигателя на такте сжатия во время движения поршня от нижней «мертвой точки» к верхней «мертвой точке». Прекращают подавать горючий газ в цилиндр двигателя перед поворотом вала двигателя на угол, при котором уменьшающийся объем камеры в цилиндре двигателя становится равным объему камеры в цилиндре двигателя в момент закрытия впускного клапана. При дальнейшем перемещении поршня от нижней «мертвой точки» к верхней «мертвой точке» после прекращения подачи горючего газа в цилиндр двигателя созданную газовоздушную смесь сжимают и затем воспламеняют свечой зажигания. После совершения поршнем рабочего хода выпускают отработавший газ из цилиндра двигателя через выпускной клапан.
При этом способе работы двигателя внутреннего сгорания производится впрыск газового топлива под низким давлением после закрытия впускного клапана до начала процесса действительного сжатия топливовоздушной смеси, когда давление в цилиндре двигателя еще не превышает давления, при котором начинается такт впуска. По этой причине для впрыска горючего газа непосредственно в цилиндр двигателя не требуется существенно увеличивать мощность электропривода газовой форсунки, так как в этом случае усилия для открытия клапана в газовой форсунке не превышают усилий в газовых форсунках, используемых при внешнем смесеобразовании. Это значительно упрощает систему впрыска горючего газа в цилиндр двигателя. При этом при таком способе работы газового двигателя, конвертированного из дизельного двигателя, обеспечивается эффективная его работа без детонации.
Способ работы на газообразном топливе дизельного двигателя, конвертированного в газовый двигатель путем установки в головке цилиндров двигателя газовой форсунки, комбинированной со свечой зажигания, показанной, например, в авторском свидетельстве №1550201, F02M 57/06, выданном в СССР, в патенте №8215292, выданном в США, характеризуется следующими действиями. На такте всасывания впускают воздух через открытый впускной клапан в цилиндр двигателя и закрывают впускной клапан после поворота вала двигателя на четверть оборота от начального положения, при котором поршень находится в цилиндре в верхней «мертвой точке». После этого во время перемещения поршня к нижней «мертвой точке» при закрытом впускном клапане, когда в цилиндре двигателя происходит значительное разрежение воздуха, подают в цилиндр двигателя через форсунку горючий газ. На такте сжатия во время движения поршня от нижней «мертвой точки» к верхней «мертвой точке» продолжают подавать горючий газ в цилиндр двигателя, чему способствует сохраняющееся в цилиндре двигателя значительное разрежение воздуха. Прекращают подавать горючий газ в цилиндр двигателя перед поворотом вала двигателя на угол, при котором уменьшающийся объем камеры в цилиндре двигателя становится равным объему камеры в цилиндре двигателя в момент закрытия впускного клапана. То есть продолжают подавать горючий газ в цилиндр конвертированного двигателя до тех пор, пока в цилиндре двигателя сохраняется значительное разрежение воздуха, позволяющее подавать горючий газ в цилиндр двигателя под сравнительно небольшим давлением. При дальнейшем перемещении поршня от нижней «мертвой точки» к верхней «мертвой точке» после прекращения подачи горючего газа в цилиндр двигателя получившуюся газовоздушную смесь, то есть смесь воздуха и горючего газа сжимают и затем воспламеняют свечой зажигания. После совершения поршнем рабочего хода выпускают отработавший газ из цилиндра двигателя через выпускной клапан.
Способ работы на газообразном топливе дизельного двигателя, конвертированного в газовый двигатель путем установки в головке цилиндров двигателя газовой форсунки, комбинированной со свечой зажигания, поясняется индикаторной диаграммой, приведенной в упрощенном виде.
На показанной индикаторной диаграмме работы на газообразном топливе дизельного двигателя, конвертированного в газовый двигатель, первый участок «а-b» характеризует изменение объема камеры в цилиндре двигателя на такте впуска воздуха в цилиндр при открытом впускном клапане, когда поршень перемещается от верхней «мертвой точки» (в.м.т.) к нижней «мертвой точке» (н.м.т.). Давление воздуха в цилиндре на этом этапе перемещения поршня немного меньше давления во впускном трубопроводе двигателя. Следующий участок «b-с» характеризует понижение давления воздуха в цилиндре двигателя после закрытия впускного клапана при дальнейшем движении поршня к н.м.т. На этом этапе перемещения поршня, когда в цилиндре понизилось давление воздуха, в цилиндр форсункой подают горючий газ. Участок «с-d» характеризует начальный этап сжатия газовоздушной смеси, происходящий при движении поршня от н.м.т. к в.м.т. На этом этапе, на котором давление в цилиндре пока остается невысоким, продолжается подача в цилиндр форсункой горючего газа. Участок «d-е» характеризует повышение давления газовоздушной смеси в цилиндре двигателя на такте сжатия после прекращения подачи в цилиндр двигателя горючего газа. Участок «e-f» характеризует возрастание давления в цилиндре двигателя при сгорании горючего газа после его воспламенения свечой зажигания. Участок «f-g» характеризует изменение давления в цилиндре двигателя при рабочем ходе поршня, когда он перемещается от в.м.т. к н.м.т. при закрытых клапанах. Участок «g-h» характеризует понижение давление отработанного газа в цилиндре двигателя при открытии выпускного клапана. Участок «h-k» характеризует этап выпуска отработанного газа из цилиндра двигателя, происходящий при движении поршня от н.м.т. к в.м.т. Участок «k-а» характеризует понижение давления в цилиндре двигателя при закрытии выпускного клапана и открытии впускного клапана.
В этом дизельном двигателе, конвертированном в газовый двигатель, сохранена геометрическая степень сжатия, а для уменьшения действительной степени сжатия впускной клапан закрывают при положении поршня существенно выше нижней «мертвой точки». В этот момент начинают впрыск газового топлива с помощью комбинированной со свечой зажигания газовой форсунки, устанавливаемой взамен дизельной форсунки в то же самое отверстие без изменения конструкции головки блока цилиндров и цилиндропоршневой группы. Заканчивают подавать горючий газ в цилиндр двигателя до начала процесса действительного процесса сжатия, то есть до тех пор, пока давление газовоздушной смеси не превышает атмосферное давление. Тем самым подача горючего газа в цилиндр двигателя происходит при давлении меньшем, чем давление во впускной системе впускаемого воздуха. Такой способ подачи газового топлива позволяет подавать газовое топливо при низких давлениях газа с помощью простых газовых форсунок, что существенно упрощает систему впрыска. При этом обеспечивается эффективная работа конвертированного газового двигателя без детонации.