Патент на изобретение №2269657

(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания, для улучшения их топливной экономичности, динамических характеристик, надежности и снижения токсичности отработавших газов. Двигатели содержат цилиндр и полый поршень с горловиной в виде профилированного сопла Лаваля, головку цилиндра с установленной в ней форкамерой под распыливающую форсунку или свечу зажигания, содержащей перепускной канал в виде профилированного сопла Лаваля. Изобретение обеспечивает работу двигателя на чрезвычайно бедных воздушно-бензиновых, -газовых, -дизельнотопливных смесях и низкооктановом топливе, предельно низкую токсичность отработавших газов без применения нейтрализаторов-дожигателей и повышение мощности ДВС. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания с принудительным воспламенением и с воспламенением от сжатия.

Известен двигатель, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра, нагнетательную камеру, ограниченную днищем поршня и головкой цилиндра, и камеру сгорания с горловиной, выполненную в днище поршня (см. патент RU 2032818, F 02 В 19/02, 21/00, 23/04, 1995 г.). В известном двигателе при положении поршня в верхней мертвой точке нагнетательная камера содержит часть воздушного заряда, неэффективно используемого в процессах смесеобразования и сгорания топлива, что не обеспечивает низкого удельного расхода топлива и дымности отработавших газов.

Эти недостатки устранены в двигателях по патентам SU 1768788, F 02 F 3/26, 1992 г. (патент России) и RU 2006605, F 02 В 23/06, 1994 г., содержащих цилиндр с размещенным в нем поршнем с полостью для камеры сгорания, головку цилиндра с установленной в ней форсункой с распылителем, имеющим сопловое отверстие, и камеру сгорания, образованную головкой цилиндра и полостью в поршне.

Однако в этих двигателях недостаточно эффективно используется внутренняя энергия автомобильного топлива и термодинамический потенциал воспламененной горючей смеси из-за традиционной низкоэффективной системы воспламенения и сгорания топлива, что приводит к снижению удельного расхода топлива, недостаточной мощности двигателя, высокой токсичности его выхлопных газов и необходимости установки нейтрализаторов-дожигателей отработавших газов ДВС.

Целью настоящего изобретения является обеспечение наиболее полного сгорания топлива для достижения высокой топливной экономичности, улучшения динамических характеристик автомобилей и существенного снижения токсичности отработавших газов ДВС.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном двигателе, содержащем цилиндр с размещенным в нем поршнем с полостью для камеры сгорания, имеющей горловину, головку цилиндра с установленной в ней форсункой с распылителем, имеющим сопловое отверстие, и камеру сгорания, образованную головкой цилиндра и полостью в поршне, согласно изобретению полость в поршне содержит горловину в виде профилированного сопла Лаваля, выходное сечение которого обращено в сторону головки цилиндра, а в головке цилиндра установлена форкамера для форсунки или свечи зажигания, содержащая перепускной канал, выполненный в виде профилированного сопла Лаваля, выходное сечение которого сопряжено с камерой сгорания двигателя.

Выполнение горловины полости поршня в виде профилированного сопла Лаваля добавляет к силе давления на поршень сгорающих газов реактивную силу тяги, что значительно повышает мощность ДВС, а возможность обеспечить существенное увеличение давления в полости камеры сгорания приводит к высокоэффективной взаимодиффузии топлива, окислителя и продуктов сгорания, которая обеспечит высокую температуру в полости камеры сгорания, резко повысит скорость сгорания, высококачественное сжигание топлива и, как следствие, увеличит мощность и снизит токсичность выхлопных газов ДВС, повысит его топливную экономичность.

Установка в головке цилиндра форкамеры с перепускным каналом в виде сопла Лаваля и установленными в ней форсункой (для дизелей) и свечой (для двигателей с искровым зажиганием) обеспечивает наилучшие условия для смесеобразования и воспламенения горючей смеси, т.к. в этом случае перемешивание и поджиг ее в камере сгорания осуществляется высокоскоростной и высокотемпературной струей, что существенно улучшает процесс сжигания топлива и снижает токсичность выхлопных газов и, кроме того, защищает сопла распылителей от закоксовывания, а свечи – от нагара за счет ограниченного сообщения их с объемом цилиндра ДВС, тем самым повышая его надежность.

Простые технические решения позволяют использовать их как на новых двигателях, так и на существующих при проведении текущего и капитального ремонта.

Предложенное техническое решение не известно из доступных источников информации уровня техники, из которого явным образом не следует для специалиста-двигателестроителя и промышленно применимо для производства и модернизации ДВС, то есть соответствует критериям патентоспособности.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг.1 и фиг.2), которые имеют иллюстративное значение и не ограничивают объема прав совокупности существенных признаков формулы изобретения.

На фиг.1 изображен двигатель, содержащий цилиндр 1 с размещенным в нем поршнем 2, полость 3 в поршне 2 с горловиной в виде профилированного сопла Лаваля 4, форсунку с распылителем 5, форкамеру 6 с перепускным каналом 7 в виде профилированного сопла Лаваля.

Двигатель работает следующим образом. В период такта сжатия воздух под высоким давлением заполняет полость 3 в поршне 2 через горловину 4 и поступает в форкамеру 6 через перепускной канал 7, разогреваясь до температуры 700-900°С. В момент впрыска из форсунки 5 топливо попадает в форкамеру 6, частично воспламеняется и под высоким давлением истекает через перепускной канал 7 со сверхзвуковой скоростью через горловину 4 в полость 3, где догорая, повышает температуру и давление. Под действием давления раскаленные до высокой температуры продукты сгорания истекают из полости 3 через горловину 4 со сверхзвуковой скоростью в цилиндр 1 двигателя, создавая давление на поршень и реактивную силу, действующую в направлении движения поршня от верхней мертвой точки. Далее процесс продолжается так же, как и в обычных двигателях.

На фиг.2 изображен двигатель, содержащий цилиндр 1 с размещенным в нем поршнем 2, содержащим полость 3 с горловиной 4 в виде профилированного сопла Лаваля, форкамеру 5, установленную в головке цилиндра 6, с перепускным каналом 7 в виде профилированного сопла Лаваля и ввернутой в нее свечой зажигания 8.

Двигатель работает аналогично предыдущему (фиг.1) за исключением того, что воспламенение горючей смеси происходит не от сжатия, а от искры свечи зажигания.

Использование настоящего изобретения обеспечивает устойчивую работу ДВС на бедных топливно-воздушных смесях и низкооктановом топливе при снижении токсичности выхлопных газов до единиц процентов. Обеспечивается не только относительное (в %) снижение токсичного выброса, но и его абсолютное (массовое и объемное) значение.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем с полостью для камеры сгорания, имеющей горловину, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную головкой цилиндра и полостью в поршне, отличающийся тем, что горловина полости выполнена в виде профилированного сопла Лаваля, выходное сечение которого обращено в сторону головки цилиндра, а в головке цилиндра установлена форкамера с вмонтированной в нее форсункой с распылителем, содержащая перепускной канал в виде профилированного сопла Лаваля, выходное сечение которого сопряжено с камерой сгорания двигателя.

2. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем с полостью для камеры сгорания, имеющей горловину, головку цилиндра, камеру сгорания, образованную головкой цилиндра и полостью в поршне, отличающийся тем, что горловина полости выполнена в виде профилированного сопла Лаваля, выходное сечение которого обращено в сторону головки цилиндра, а в головке цилиндра установлена форкамера с вмонтированной в нее свечой зажигания, содержащая перепускной канал в виде профилированного сопла Лаваля, выходное сечение которого сопряжено с камерой сгорания двигателя.

РИСУНКИ