СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ СГОРАНИЯ В ДВИГАТЕЛЕ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ
METHOD OF COMBUSTION ARRANGEMENT IN ENGINE WITH SPARK IGNITION

Изобретение относится к двигателестроению.
Известно, что детонационная волна - это ударная волна, поддерживаемая во времени энергией сгорающего в ее фронте топлива.
В настоящее время нет единой точки зрения на природу зарождения ударной волны в двигателе.
Одни считают, что ударная волна зарождается в результате самовоспламенения порций заряда, сгорающих в последнюю очередь. В этом случае определяющую роль играют задержки самовоспламенения горючей смеси, и все мероприятия по снижению склонности двигателя к детонации нацелены на устранение возможности самовоспламенения последних порций до прихода к ним фронта пламени.
Другие считают, что определяющую роль в зарождении ударной волны играют волновые процессы, происходящие в камере сгорания двигателя при горении. Фронт пламени распространяется с ускорением, создавая возмущения в форме элементарных волн давления. В результате аккумулирования этих волн зарождается ударная волна по механизму, схожему с механизмом зарождения ударной волны при горении горючих смесей в трубах.
С этой точки зрения можно улучшить антидетонационные свойства двигателя путем воздействия на волновые процессы при горении, например, создавая препятствия (помехи) аккумулированию элементарных волн.
Возможно, поэтому такие конструктивные приемы, как ступенчатый поршень или выступы (ребра) в камере сгорания (КС), снижают склонность двигателя к детонации.
Известен способ организации процесса сгорания путем разделения всего объема камеры сгорания на две или более части, причем разделение всего объема на малые объемы, зажигание и независимое друг от друга горение смеси малых объемов осуществляют временно до окончания активного тепловыделения, после чего объемы соединяют и догорание смеси проводят во всем объеме (см. RU 2187004, F02В 23/08, 2002).
Известен способ организации процесса постадийного сгорания в поршневом двигателе путем временного разделения камеры сгорания на свечную и бессвечные полости, зажигания от искры и временного независимого горения смеси в свечной полости, поочередного объединения полостей и зажигания смеси в бессвечных полостях горящими газами, догорания в объединенном объеме, причем независимое горение осуществляют до критического отношения давлений газов между полостями и зажигание смеси в очередной полости осуществляют горящими газами от предыдущих полостей с критической скоростью их истечения (RU 2232906, F02В 23/08, 2004).
Способы имеют существенный недостаток. В таких способах трудно выдержать приемлемую температуру выступов в широком диапазоне режимов работы двигателя. Возможны их перегревы, что увеличивает вероятность возникновения калильного зажигания от поверхности. В предлагаемом способе организации сгорания этот недостаток устраняется.
Задача изобретения - улучшение антидетонационных свойств двигателей с искровым зажиганием.
Для решения данной задачи предложен способ организации сгорания в двигателе с искровым зажиганием путем воспламенения от искры и турбулентного горения однородной или расслоенной смеси, в котором процесс горения осуществляют в камере сгорания, снабженной вставками, имеющими трубчатое поперечное сечение, по которым пропускают охлаждающую жидкость.
Сущность способа организации сгорания состоит в том, что осуществляют зажигание от искры и обычное турбулентное горение однородной или расслоенной смеси. С целью создания препятствий аккумулированию элементарных волн давления камеру сгорания перегораживают с помощью специальной вставки, выполненной из трубки или нескольких трубок, по которым пропускают охлаждающая жидкость.
В этом случае исключается перегрев поверхностей вставки, и вместе с тем конструкцией вставки можно воздействовать как на газодинамические, так и волновые процессы при горении.
На фиг.1 и фиг.2 показана камера сгорания (КС), перегороженная вставкой по диагонали. КС включает: 1 - гильза цилиндра, 2 - поршневой комплект, 3 - головка цилиндра, 4 - выпускной клапан, 5 - свеча зажигания, 6 - впускной клапан, 7 - вставка.
Вставка выполнена из трубки круглого сечения. Она разделяет КС на две полости - I и II. Полости сообщаются между собой через зазоры выше и ниже трубки. Герметизация вставки обеспечивается уплотнениями 8.
Горение газовой смеси начинается в полости I. При обтекании вставки скорость газов увеличивается, что ведет к более быстрому догоранию смеси в полости II. Такая вставка существенно влияет на газодинамические процессы при горении. Вместе с тем такая вставка должна влиять и на волновые процессы при горении, создавая помехи в аккумулировании элементарных волн давления. Как газодинамические, так и волновые изменения в сгорании от данной вставки приведут к снижению склонности двигателя к детонации.
Разделение камеры сгорания на полости можно выполнить вставкой 9, выполненной из пучка трубок в форме радиатора, представленной на фиг.3. Такое исполнение окажет более сильное влияние на процесс сгорания.
При модернизации камер сгорания серийных двигателей не всегда возможно обеспечить разделение камеры сгорания по диагонали. Поэтому можно выполнить любую другую доступную геометрическую форму вставки, например Г-образную форму вставки, показанную на фиг.4. При такой форме влияние вставки на газодинамические процессы при горении будет не столь значительно, как при диагональном расположении. Однако на волновые процессы такая вставка должна оказывать влияние, создавая препятствия аккумулированию элементарных волн давления.
Для подтверждения теоретических предположений были проведены опыты на двигателе с плоскоовальной камерой сгорания. Опыты проводились на выделенном цилиндре 4-цилиндрового двигателя в сопоставимых условиях на специальном топливе с октановым числом по моторному методу, равным 67 ед. Вставка была выполнена по схеме фиг.4 и представляла трубку с наружным диаметром 4 мм и длиной 60 мм. Угол зажигания по началу слышимой детонации в опытах со вставкой увеличился на 14 градусов поворота коленчатого вала, что подтверждает эффективность подавления детонации предлагаемым способом.