ВИХРЕКАМЕРНЫЙ ДИЗЕЛЬ

Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована в четырехтактных дизельных автомобильных двигателях с разделенными камерами сгорания.
Известен дизельный двигатель, содержащий камеру сгорания в полости рабочего цилиндра, в головке которого установлены впускные клапаны с ширмами и топливная форсунка с большим числом сопловых отверстий малого диаметра [1], за счет которых создается интенсивное тангенциальное вращательное движение воздуха и мелкий распыл топлива в течение всего периода смесеобразования и его сгорания.
Недостаток известного дизельного двигателя состоит в том, что из-за большой задержки воспламенения сформированной горючей смеси имеет место резкое изменение давления в камере сгорания, что требует чрезмерного увеличения прочности стенок этой камеры сгорания. Кроме того, при длительной эксплуатации дизеля засоряются и закоксовываются сопловые отверстия топливной форсунки.
Наиболее близким известным техническим решением в качестве прототипа является автомобильный дизель, содержащий магистрали подачи воздуха и топлива, запорный клапан, основную и вихревую камеры сгорания, связанные между собой соединительной горловиной, а также форсунку и накальную электрическую свечу, установленные в вихревой камере сгорания [2], с помощью которых обеспечивается впрыск топлива с меньшим давлением через одно сопловое отверстие форсунки большого диаметра и плавное воспламенение горючей смеси от разогретых стенок вихревой камеры сгорания.
Недостаток прототипа заключается в том, что в вихревой камере сгорания формируется обедненная горючая смесь в сравнении с богатой горючей смесью в основной камере сгорания. Попытка обогатить горючую смесь в вихревой камере сгорания приводит к появлению нежелательной пленки топлива на стенках основной камеры сгорания, наличие которой ухудшает гомогенизацию (равномерность) смесеобразования и стабильность горения.
Целью (техническим результатом) полезной модели является повышение стабильности горения топлива за счет его предварительной глубокой деструкции (пиролиза) низкотемпературной воздушной плазмой.
Сущность полезной модели состоит в том, что, кроме известных и общих признаков, а именно: магистрали подачи воздуха и топлива, запорного клапана, основной и вихревой камер сгорания, связанных между собой соединительной горловиной, предлагается новая совокупность признаков, которая характеризуется тем, что вихрекамерный дизель содержит последовательно соединенные между собой блок электрического питания, генератор низкотемпературной воздушной плазмы, плазмохимический реактор и закаливающий блок, выход которого подключен через запорный клапан к внутренней полости вихревой камеры сгорания, магистраль подачи воздуха соединена с входом генератора низкотемпературной воздушной плазмы, магистраль подачи топлива подключена к входу плазмохимического реактора.
Новизна предлагаемой полезной модели состоит в том, что вихрекамерный дизель содержит последовательно соединенные между собой блок электрического питания, генератор низкотемпературной воздушной плазмы, плазмохимический реактор и закаливающий блок, выход которого подключен через запорный клапан к внутренней полости вихревой камеры сгорания, магистраль подачи воздуха соединена с входом генератора низкотемпературной воздушной плазмы, магистраль подачи топлива подключена к входу плазмохимического реактора, за счет чего обеспечивается повышение стабильности горения топлива путем его предварительной глубокой деструкции (пиролиза) низкотемпературной воздушной плазмой.
Функциональная схема предлагаемого вихрекамерного дизеля представлена на чертеже, где обозначено: 1 - магистраль (система) подачи топлива; 2 - блок электрического питания; 3 - генератор низкотемпературной воздушной плазмы; 4 - плазмохимический реактор; 5 - закаливающий блок; 6 - запорный клапан; 7 - магистраль подачи воздуха; 8 - обратный клапан; 9 -основная камера сгорания; 10 - вихревая камера сгорания; 11 - соединительная горловина; 12 - поршень силового цилиндра.
На чертеже показано, что в исходном положении магистраль подачи 1 заполнена топливом любой номенклатуры. Выход последовательно соединенных между собой блока электрического питания 2 и генератора низкотемпературной воздушной плазмы 3 подключен к одному входу плазмохимического реактора 4, к другому входу которого подключена магистраль подачи топлива 1. Выход плазмохимического реактора 4 соединен через блок закаливания 5 с внутренней полостью запорного клапана 6. Магистраль подачи воздуха 7 соединена с входом генератора низкотемпературной воздушной плазмы 3 непосредственно и через обратный клапан 8 с полостью основной камеры сгорания 9, а также с полостью вихревой камеры сгорания 10 через соединительную горловину 11. Поршень 12 силового цилиндра находится в положении верхней мертвой точки.
Предлагаемый вихрекамерный дизель работает следующим образом.
Под действием электрического тока блока электрического питания 2 высокого напряжения в генераторе низкотемпературной плазмы 3 часть воздушного потока из магистрали 7 преобразуется в низкотемпературную плазму. Доля воздушного потока для генератора 3 не превышает (1-2)% общего расхода воздуха дизеля.
Поток сформированной низкотемпературной плазмы с выхода генератора 3 поступает на один из входов плазмохимического реактора 4, на другой вход которого подается жидкое углеводородное топливо с выхода магистрали подачи топлива 1. В плазмохимическом реакторе 4 осуществляется деструкция (плазменный пиролиз) жидкого углеводородного топлива. Продукты пиролиза имеют высокую химическую активность. Для исключения самопроизвольной рекомбинации высокоактивных заряженных частиц продуктов пиролиза их направляют в блок закаливания 5.
Закаленные продукты пиролиза с выхода блока закаливания 5 поступают либо непрерывно, либо циклически в такт вращения коленчатого вала дизеля в полость запорного клапана 6. В конце такта всасывания или вначале такта сжатия с помощью запорного клапана 6, управляемого либо распределительным валом, либо управляющими сигналами контроллера электронной системы управления двигателем, который на чертеже не показан, осуществляется впрыск высокоактивных продуктов плазменного пиролиза топлива в вихревую камеру 10.
По истечению такта сжатия сформированная высокоактивная горючая смесь в вихревой камере 10 надежно воспламеняются, обеспечивая тем самым стабильное воспламенение и горение горючей смеси как в самой вихревой 10, так и в основной 9 камере сгорания.
Промышленная осуществимость предлагаемого вихрекамерного дизеля подтверждается тем, что в нем используются известные в аналоге и прототипе узлы и блоки по своему прямому функциональному назначению, рассмотренному в работе [3]. В организации-заявителе изготовлена модель предлагаемого вихрекамерного дизеля в 2012 году.
Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что повышается не менее, чем на (20-30)% стабильность воспламенения и горения горючей смеси в дизельном двигателе за счет повышения ее химической активности с помощью плазменного пиролиза топлива широкой номенклатуры.
Источники информации:
1. Автомобильные двигатели. Под ред. Ховаха М.С., М.: Машиностроение, 1977 г., с.329 (аналог).
2. Ховах М.С.и Маслов Г.С. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1971 г., с.228, рис.110 (прототип).
3. Гальченко В.П. и др., Способ приготовления топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления. Патент РФ №2051289, МПК F02M 27/00, 1992 г.