Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Дизельные двигатели и их непригодность для убийств: виды дизельных двигателей

Дизельные двигатели и их непригодность для убийств: виды дизельных двигателей

При работе дизельные двигатели отчётливо дают о себе знать, поскольку их выхлоп имеет крайне неприятный запах. Иначе говоря, каждый дизельный двигатель имеет своего рода встроенный «предупреждающий сигнал». Интенсивность запаха, смрад, вне всякого сомнения, породила в корне ошибочное представление, что дизельный выхлоп должен быть крайне опасным. Бесхитростная, но ошибочная логика, которой руководствуются верующие в холокост, такова: если выхлоп бензинового двигателя вполне способен убивать, даже при небольшом запахе, то тогда дизельный выхлоп, имеющий сильный запах, должен быть намного смертоносней. Факт, однако, то, что между запахом и токсичностью не существует ровным счётом никакой связи, поскольку наиболее смертельным компонентом является угарный газ, совершенно не имеющий запаха. Хотя дизельный выхлоп и не полностью безопасен, он является одним из наименее вредных загрязняющих агентов — за исключением, разве что, возможных долгосрочных канцерогенных эффектов, которые совершенно несущественны для газовой камеры, предназначенной для массовых убийств.

На рис. 3 приводится сравнение выделений угарного газа из дизельных и бензиновых двигателей. Бензиновые двигатели также называют двигателями с искровым зажиганием, из-за того что они используют свечи зажигания. Ясно, что логичным выбором в качестве источника угарного газа между этими двумя типами двигателей всегда был бы бензиновый двигатель. От двигателей с искровым зажиганием (бензиновых двигателей) можно запросто получить 7% угарного газа по объёму (а при неправильной регулировке карбюратора — до 12% по объёму), а вот от дизельных двигателей при использовании жидкого топлива никогда нельзя получить более 0,5% по объёму (разве что только во время перегрузки).

Рис. 3. Сравнение выделений угарного газа из дизельных двигателей и двигателей с искровым зажиганием

Бензиновые двигатели всегда работают при нехватке воздуха. В результате этой нехватки процесс сгорания в бензиновом двигателе никогда не может дойти до завершения, при этом всегда образуется значительное соотношение угарного газа к углекислому газу.

Дизельные же двигатели, напротив, всегда работают при избытке воздуха. На холостом ходу дизельные двигатели работают при соотношении воздух/топливо до 200:1. При полной нагрузке соотношение воздух/топливо понижается всего лишь до 18:1. Из-за избытка воздуха всегда существует гораздо бóльшая вероятность того, что топливо сгорит полностью; таким образом, угарный газ едва производится. Вдобавок, то небольшое количество угарного газа, производимое в цилиндрах дизеля, впоследствии разбавляется избытком воздухом.

Каждый цилиндр дизеля либо воспламеняет топливную смесь, либо пропускает зажигание. Если цилиндр пропускает зажигание, то топливо попросту извергается наружу в виде пара, при этом угарный газ не производится. Если же цилиндр воспламеняет топливную смесь, то последняя всегда будет сгорать практически полностью, поскольку всегда имеется избыток воздуха. Неправильная регулировка, либо неисправная регулировка впрыска, либо повреждённые клапаны существенно не влияют на уровень угарного газа по той же самой причине: избыток воздуха вступает в реакцию почти со всем оставшимся количеством угарного газа, образуя углекислый газ.

Существует, в основном, два типа дизельных двигателей: с разделённой камерой сгорания и с неразделённой камерой сгорания. В свою очередь, двигатели с разделённой камерой сгорания обычно делятся на предкамерные и вихрекамерные.

Дизели с разделённой камерой сгорания

На рис. 4 приводится пара кривых выбросов для дизельных двигателей с разделённой камерой сгорания (двигатели A и B)[37]. Эти кривые являются результатом крайне тщательных испытаний, проведённых в начале 40-х годов ХХ века в Соединённых Штатах Горным бюро США и призванных определить, если дизельные двигатели могут работать в подземных шахтах без угрозы для шахтёров[38]. Вывод Горного бюро США (по крайней мере, до энергетического кризиса 70-х годов) был следующим: дизельные двигатели могут работать под землёй в неугольных шахтах, при условии, что Горное бюро одобрит двигатели. Сегодня дизели также широко используются в американских угольных шахтах. Первоначальное исключение дизелей из американских угольных шахт не имело ничего общего с вопросами здоровья и безопасности. Причина заключалась в гарантии занятости шахтёров, работавших в угольных шахтах, и в политической решимости и красноречии Джона Льюиса, харизматического президента союза шахтёров, настаивавшего на том, чтобы «в шахтах Объединённого союза шахтёров не было дизелей»

Рис. 4. Выделения угарного газа из двух различных типов дизельных двигателей: предкамерного дизельного двигателя (A) и вихрекамерного дизельного двигателя (B)

Низшая кривая на рис. 4 соответствует предкамерному дизельному двигателю (двигатель A), верхняя кривая — вихрекамерному дизельному двигателю (двигатель B). Низшее соотношение топливо/воздух всегда приблизительно соответствует режиму холостого хода и режиму работы без нагрузки. В режиме холостого хода ни один из этих типов дизельных двигателей не сможет произвести количество угарного газа, достаточное даже для того, чтобы вызвать головную боль после получаса непрерывной экспозиции.

Если мы начнём прикладывать нагрузку на эти двигатели, увеличивая при этом, в сущности, соотношение топливо/воздух, то уровень угарного газа на первых порах будет только понижаться. И только когда мы приблизимся к полной нагрузке, обозначенной на графике сплошной жирной линией, лишь тогда уровень угарного газа начнёт значительно расти — максимум до 0,1% по объёму при соотношении топливо/воздух 0,055. Сплошная вертикальная линия представляет собой предельно допустимое соотношение, установленное изготовителями двигателя.

Дизели с неразделённой камерой сгорания

Кривая выброса на рис. 5 (двигатель C) показывает, что на холостом ходу дизель с неразделённой камерой сгорания по-прежнему производит всего лишь около 0,03% угарного газа по объёму, чего недостаточно даже для того, чтобы вызвать головную боль после получаса экспозиции[40]. Однако если на такой двигатель будет наложена возрастающая нагрузка, то уровень угарного газа в конечном счёте резко возрастёт. И действительно, при полной нагрузке, обозначенной жирной вертикальной линией, уровень угарного газа равен приблизительно 0,4% по объёму. Иными словами, мы имеем здесь дизель, который, на первый взгляд, мог бы использоваться для осуществления массового убийства за полчаса.

Проблема, однако, заключается в том, что непрерывная работа данного двигателя (как и любого другого дизеля) при полной нагрузке в течение долгих периодов времени — таких как полчаса — вызовет серьёзный риск засорения и поломки от твёрдых веществ, накапливаемых внутри цилиндров. Если же двигатель будет работать при соотношении топливо/воздух, более низком и безопасном, чем 0,055 (соотношение воздух/топливо равно 18:1), то есть при более низкой нагрузке, то уровень выделения угарного газа стремительно упадёт. Например, при 80% от полной нагрузки — что, как правило, считается предельным безопасным значением для непрерывной работы и имеет место при соотношении топливо/воздух, равном примерно 0,045 (соотношение воздух/топливо примерно равно 22:1) — уровень угарного газа равняется всего лишь 0,13%.

Кривые выбросов на рис. 4 и рис. 5 являются типичными для всех дизельных двигателей за последние шестьдесят лет. Подтверждением этому служит тот факт, что на эти наглядные кривые постоянно ссылались бесчисленные журналы и книги по дизельным выбросам. Другими словами, лучших примеров дизельных выбросов, чем эти, не существует. Да, имеется множество других результатов испытаний, которые можно найти в солидных автомобильных журналах, таких как «Society of Automotive Engineers Transactions». Но если мы возьмём на себя труд и пролистаем подшивки этого журнала за последние шестьдесят лет, так же как и других журналов, то мы не найдём в них примеров худших выделений угарного газа, нежели кривая на рис. 5 для двигателя C. Наш анализ двигателя C представляет собой худший из всех возможных случаев для любого дизельного двигателя

Рис. 5. Выделения угарного газа из дизельного двигателя с неразделённой камерой сгорания (C)

У кого-то может сложиться впечатление, что всё, что нужно сделать для того, чтобы получить высокое соотношение топливо/воздух, — это нажать до упора на педаль газа, не прилагая при этом на двигатель какую-либо внешнюю нагрузку. Что при этом произойдёт — когда педаль газа просто вдавлена «в пол», — так это то, что соотношение топливо/воздух действительно достигнет предела, допускаемого установкой момента впрыска топлива, и из-за этого скорость двигателя также начнёт стремительно расти. В течение нескольких секунд скорость двигателя достигнет предельно допустимой скорости двигателя, установленной изготовителем. Впрочем, ещё задолго до того, как будет достигнута эта скорость, внутренний регулятор скорости, встроенный в топливный инжекционный насос, ограничит подачу топливу — причём, достаточно жёстко — для защиты двигателя посредством гарантии того, что предельно допустимая скорость двигателя никогда не будет превышена. Действительное соотношение топливо/воздух на «высокоскоростном холостом ходу» стабилизируется через несколько секунд (поскольку отсутствует нагрузка) до примерно такого же соотношения топливо/воздух, что и на «низкоскоростном холостом ходу». На высокоскоростном холостом ходу в секунду будет расходоваться больше топлива, но из-за того, что внутрь двигателя будет также поступать больше воздуха, соотношение топливо/воздух останется примерно тем же, что и на низкоскоростном холостом ходу. Иными словами, вдавливая педаль «в пол» и не прилагая при этом внешнюю нагрузку, мы не повысим соотношение топливо/воздух, разве что только в самом начале.

Читать еще:  Что обозначает индикатор проверь двигатель

Для того чтобы удержать высокое соотношение топливо/воздух в течение более чем несколько секунд, необходимо применить один из следующих двух методов или их комбинацию. Первый метод заключается в подключении нагрузки к двигателю (такой как насос, вентилятор или генератор) для надёжного удержания скорости двигателя ниже предельно допустимой скорости. Второй метод состоит в «засорении», что означает ограничение поступления воздуха в двигатель.

С практической точки зрения, подключение внешней нагрузки к двигателю в типичном грузовике или танке — это более чем нелегкий труд. Ничто из рассказов и разных «документов» из литературы по холокосту даже близко не намекает на что-либо подобное.

А вот уменьшить приток воздуха, напротив, весьма легко, однако проведённые эксперименты показали, что данный метод всё равно не удовлетворяет необходимых требованиям.

is2006

is2006

Вполне естественно, что команды Формулы 1 строго охраняют свои секреты, и в максимальной степени это относится к сфере моторостроения. Если говорить о современных гибридных силовых установках, то их эффективность всего за два года выросла с 40 до 47%, тогда как в автоиндустрии в целом за предыдущие 117 лет этот показатель с 17% улучшился примерно до 30.

Процесс сгорания топлива в двигателе в значительной степени был усовершенствован за счёт научных разработок в топливной сфере. Существенный рост эффективности был достигнут благодаря тому, что моторостроители научились замедлять и лучше контролировать этот процесс, что позволяет отодвинуть порог, за которым начинается такое явление, как детонация.

Компания Mahle поставляет Ferrari поршни, а раньше также снабжала ими и Mercedes, хотя в последнее время в Штутгарте и Бриксуорте изготавливают их самостоятельно. Судя по всему, и Скудерия, и Mercedes в полной мере пользуются преимуществами технологии TJI.

Система TJI, разработанная Mahle, включает небольшую форкамеру, в которой находятся инжектор и свеча зажигания. Впрыск происходит заранее, примерно за 60 градусов до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. 97% топлива при этом направляется в основную камеру сгорания, а 3% остаются в форкамере.

Между ней и основной камерой сгорания находится форсунка с множеством маленьких отверстий, через которые топливная смесь поступает в основную камеру серией коротких впрысков под высоким давлением. Примерно за 22 градуса до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки (ВМТ), в форкамеру подаётся искра, и воспламенившаяся смесь уходит в основную камеру между 12 и 15 градусами перед ВМТ, воспламеняя топливо и там.

Топливная смесь в форкамере должна быть более богатой, чем в основной камере, где она воспламеняется за счёт топлива, которое уже горит и поступает из форкамеры. При этом смесь в основной камере может быть намного, примерно на 20% беднее, чем должна быть при традиционном подходе к процессу сгорания топлива, чтобы избежать детонации. Чем дальше вам удаётся отодвинуть порог детонации, тем более эффективным будет этот процесс, и тем выше будет мощность двигателя.

Есть и дополнительные преимущества. Когда топливная смесь поступает в камеру сгорания маленькими порциями под высоким давлением, их можно более точно направлять, придавая форму вихрей, что улучшает процесс сгорания. Кроме того, вспышка происходит на некотором расстоянии от стенок цилиндра, при этом выделяемое тепло распределяется более рационально, что тоже повышает эффективность работы двигателя.

Основная хитрость новой технологии в том, что топливная смесь воспламеняется в форкамере заранее — за счёт искры от свечи зажигания. В результате образовавшаяся плазма устремляется в основную камеру, воспламеняя остальное топливо. Если при традиционной технологии вспышка происходит в центре цилиндра, то при TJI процесс направлен от стенок цилиндра к центру — при этом смесь сгорает лучше и полнее.

Таким образом, технология, разработанная Mahle, отвечает сути технического регламента Формулы 1: достичь максимальной эффективности при ограниченном количестве топлива.
Подробнее http://www.f1news.ru/tech/111728.shtml

Нашел патент:
TURBULENT JET INGNITION PRE-CHAMBER COMBUSTION SYSTEM FOR SPARK IGNITION ENGINES
EP3001008 (A1) ― 2016-03-30
Inventor(s): BUNCE MICHAEL [US]; BLAXILL HUGH [US]; ATTARD WILLIAM [US] +
Applicant(s): MAHLE POWERTRAIN LLC [US] +
http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/mosaics?CC=EP&NR=3001008A1&KC=A1&FT=D&ND=&date=20160330&DB=&&locale=en_EP

В названии патента турбулентное реактивное впрыскивание.

Конвертирование дизелей в двигатели с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием

Конвертирование дизелей в двигатели с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием — наиболее простой способ перевода двигателя на газовое топливо. К его преимуществам относятся:

  • упрощение конструкции (при отсутствии необходимости сохранения двухтопливности можно полностью отказаться от системы впрыска жидкого топлива, заменив ее на более простые: систему смешивания воздуха с газом и систему искрового зажигания);
  • работа системы питания при низких давлениях, что снижает требования к обеспечению безопасности при эксплуатации таких систем.

Главными недостатками использования данных систем является потеря возможности перехода на жидкое топливо, а также снижение литровой мощности, связанной с уменьшением весового наполнения цилиндров. Кроме того, при степенях сжатия, характерных для дизельных двигателей, в широком диапазоне нагрузок отмечается появление детонации, что препятствует использованию таких двигателей в установках с непосредственной передачей мощности на винт. Устойчивая работа двигателей с высокими показателями мощности и эффективности отмечается только в сравнительно узком диапазоне на достаточно бедных смесях (рис. 4.1). Из рисунка видно, что оптимальный коэффициент избытка воздуха лежит в очень узком диапазоне. При значении менее 1,9 двигатель работает с детонацией, а при значении более 2,2 возникает опасность пропусков зажигания. Это обстоятельство значительно затрудняет качественное регулирование двигателей (путем изменения количества подаваемого газа), поэтому в таких двигателях более традиционным является количественное регулирование путем дросселирования воздушного потока на входе в двигатель с помощью воздушной заслонки.

Исходя из приведенных выше соображений, двигатели с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием используют преимущественно в силовых установках буровых нефте- и газодобывающих платформ, где можно обеспечить их надежное снабжение газовым топливом на протяжении всего периода эксплуатации. Реже их используют в составе многомашинных генераторных установок, судов с электрической передачей мощности на винт.

Для получения устойчивого воспламенения и эффективного сгорания бедных газовых смесей энергии электрической искры зачастую оказывается недостаточно, поэтому в судовых двигателях широкое применение находит схема с так называемым форкамерно-факельным зажиганием, показанная на рисунке 4.2.

Форкамера устанавливается на место штатной топливной форсунки и представляет собой полость, соединяющуюся с основной камерой сгорания посредствам нескольких каналов, выполненных в кончике форкамеры, выступающем из крышки цилиндра. В форкамере устанавливаются электрическая свеча зажигания и клапан подачи газа, который приводится в действие от распределительного вала двигателя.

На такте наполнения газ в полость рабочего цилиндра поступает через специальный смеситель, который распределяет его в потоке входящего воздуха (рис. 4.3а). Подача газа смесителем подобрана таким образом, чтобы готовить бедную смесь. Параллельно с поступлением газа в рабочий цилиндр через смеситель в полость форкамеры поступает дополнительная порция газового топлива через клапан подвода газа. В результате в форкамере формируется обогащенная рабочая смесь. При подаче электрической искры смесь в форкамере легко воспламеняется, давление резко возрастает и горящие газы в виде плазменных струй вылетают в основную камеру сгорания, эффективно поджигая бедную рабочую смесь, способствуя ее полному сгоранию (рис. 4.3б). Далее совершается рабочий ход (рис. 4.3в).

Существенным преимуществом данного способа воспламенения рабочей смеси является то, что мощность источника зажигания в нем значительно больше, чем в двигателе с искровым зажиганием. Кроме того, рабочая смесь поджигается не в одной точке у холодной стенки, а в центре заряда. В результате эффективность рабочего процесса, реализуемого по данной технологии, может достигать 48%.

Читать еще:  Шевроле ланос провалы в работе двигателя

На рисунке 4.4 представлена схема топливной системы двигателя с форкамерно-факельным зажиганием серии KV-G3 фирмы Rolls-Royce. В рабочий цилиндр подача газа осуществляется принудительно и управляется с помощью специального газового клапана, имеющего привод от двигателя. В более современных моделях (например, Wärtsilä 34SG) для этих целей используются клапаны с электрическим приводом, управляемые электронным блоком.

Газовые смесители. Для приготовления газовоздушной смеси на входе в двигатель используются разного рода смесительные устройства, пример конструкции одного из которых представлен на рисунке 4.5. Данный тип смесителей используется фирмой Caterpillar в газовых двигателях серии G 3500.

Воздух после очистки поступает в двигатель, проходя через диффузор. В результате изменения скорости потока в диффузоре возникает разряжение, которое по специальному каналу передается в задиафрагменную полость механизма привода регулирующего клапана.

Под действием разряжения диафрагма прогибается и перемещает клапан, который на торце имеет конический выступ, изменяющий проходное сечение газоподводящего канала. Таким образом, количество газа, подаваемого смесителем, всегда пропорционально количеству воздуха, поступающего в двигатель, за счет чего поддерживается оптимальный коэффициент избытка воздуха. При остановке двигателя отсутствие разряжения приведет к тому, что клапан своей торцевой поверхностью перекроет поступление газа в двигатель.

Регулятор давления газа. Для нормальной работы двигателя газ к смесителю должен поступать при строго определенном давлении.

Давление газа в резервуарах для его хранения значительно выше необходимого для работы смесителя, а в случае использования сжатого газа оно еще может меняться в процессе расходования топлива. Поэтому для газовых двигателей остро стоит вопрос поддержания постоянного давления на входе в двигатель независимо от давления в расходных емкостях. Эта задача решается с помощью специальных устройств, называемых газовыми редукторами. В зависимости от начального давления газа, на участке от топливных емкостей до смесителя может быть установлено от одного до трех редукторов. Пример конструкции регулятора давления фирмы Caterpillar, используемого в газовых двигателях серии G 3600, представлен на рисунке 4.6.

Данный регулятор предназначен для работы с пропанобутановыми газовыми смесями, а также может быть использован в качестве второй ступени понижения давления при применении сжатого природного газа. Давление на входе регулятора лежит в пределах 2420 кПа, на выходе — 21 кПа.

Регулятор, предназначенный для снижения давления, конструктивно представляет собой агрегат, состоящий из двух редукторов: рабочего и выходного давления. Газ поступает в регулятор после испарителя, в котором жидкая фракция превращается в газовую, а также после предварительной очистки. Первоначально газ попадает в полость редуктора рабочего давления, который служит для поддержания постоянного давления в рабочих полостях регулятора.

Редуктор рабочего давления состоит из двух диафрагм, на верхней из которых смонтирован двойной клапан вместе со своим корпусом и седлом. В начале работы при отсутствии давления пружина редуктора рабочего давления через промежуточный упор удерживает клапан в открытом состоянии. Поэтому, когда полость редуктора начинает заполняться, рост давления приводит к тому, что нижняя диафрагма отжимается, преодолевая усилие пружины, и освобождает верхнюю диафрагму. Газ заполняет полость редуктора и наддиафрагменную полость выходного редуктора.

Редуктор выходного давления служит для снижения и регулирования давления на входе в двигатель. Конструктивно он состоит из диафрагмы, нагруженной пружиной, и газового клапана с приводом от диафрагмы через систему рычагов.

В начале работы пружина поднимает диафрагму и через рычажную передачу удерживает клапан в закрытом состоянии — газ к двигателю не поступает. При поступлении газа из редуктора рабочего давления в наддиафрагменную полость сила, действующая на диафрагму, возрастает и, преодолевая усилие пружины, диафрагма перемещается вниз, открывая клапан. Газ начинает поступать к двигателю. Одновременно газ заполняет полость под диафрагмой выходного редуктора и создает силу, стремящуюся переместить диафрагму вверх, закрыв тем самым клапан. В конечном счете устанавливается равновесие между положением клапана, расходом газа через него и давлением на выходе регулятора.

Форкамера двигателя внутреннего сгорания

Владельцы патента RU 2327882:

Изобретение относится к производству двигателей внутреннего сгорания, конкретно — к системам топливоподачи и воспламенения топлива в цилиндрах. Форкамера двигателя внутреннего сгорания, содержащая полость, боковые факельные каналы, выполненные под углом к продольной оси и тангенциально к поверхности его стенки, и осевой факельный канал, отличается тем, что внутри боковых факельных каналов установлены кольцевые постоянные магниты. Боковые факельные каналы выполнены под углом от 5 до 30° к оси. Боковые факельные каналы выполнены по часовой стрелке. Количество боковых факельных каналов находится в диапазоне от 4 до 7. Диаметр осевого факельного канала выполнен равным или больше диаметра боковых факельных каналов. Изобретение обеспечивает использование низкооктановых бензинов, повышение эффективности зажигания, особенно при низких температурах и в сырую погоду. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к машиностроению, конкретнее к двигателям внутреннего сгорания, к способам и устройствам интенсификации сгорания топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Проблема снижения токсичности выхлопных газов напрямую связана с эффективностью сгорания топливовоздушной смеси (ТВС) в камерах сгорания ДВС. Улучшение степени сгорания ТВС путем интенсификации работы двигателя приведет к снижению токсичности отходящих выхлопных газов и улучшит чистоту атмосферного воздуха.

Известны различные способы интенсификации работы ДВС, сущность которых сводится к регулировкам рабочего процесса: состава смеси, опережения зажигания, степени сжатия, перекрытия клапанов, количества свечей и т.д. Проблема заключается в том, что при проектировании современного ДВС учитываются одновременно все эти способы и тем самым дальнейшее совершенствование ДВС по повышению полноты сгорания и снижению эмиссии токсичных веществ практически исчерпано (книга В.А.Звонова. Токсичность двигателя внутреннего сгорания, М.: Машиностроение, 1981, с.80. 91). Применение катализаторов в системе выхлопа может значительно уменьшить эмиссию токсичных веществ, но приводит к ухудшению его экономичности. Практически все способы по интенсификации перемешивания топливо-воздушной смеси одновременно ухудшают экономические показатели ДВС.

Наиболее распространены способы и устройства улучшения подготовки ТВС путем впрыскивания топлива через форсунку с электромагнитным клапаном в поток воздуха и смешивания определенных пропорций топлива и воздуха в форкамере перед впускным клапаном двигателя с последующим впрыском ТВС через впускной клапан в камеры двигателя (книга А.Р.Спинова «Системы впрыска бензиновых двигателей», М, 1994 г.). Благодаря наличию бортового компьютера, датчиков токсичности, расхода топлива и воздуха, температуры способ позволяет интенсифицировать работу ДВС и снизить расход топлива и токсичность отходящих выхлопных газов ДВС. Недостаток аналога состоит в несовершенстве технологии смешивания ТВС и ее воспламенения существующим электроискровым способом в камерах сгорания двигателя.

Известны способы и устройства интенсификации работы ДВС путем модернизации способов и устройств электроискрового зажигания ТВС в камерах (Статья «Из искры возгорится пламя», авторы — Ю.Соловьев, Л.Голованов, «Авторевю», N 17, 1996 г.). Сущность предложений сводится к модернизации электросвечей зажигания путем изменения их конструкций, технологии напыления на них износостойких покрытий. Достоинства новой электросвечи с одним центральным электродом, предложенной шведской фирмой SAAB, состоят в повышении срока службы таких электросвечей, улучшении процесса воспламенения ТВС в камерах сгорания двигателя. Их недостатки состоят в недостаточной интенсификации процесса воспламенения и горения ТВС в камерах при реализации известных способов электроискрового воспламенения смеси от существующих систем электрозажигания, основанных на получении высоковольтных импульсов напряжения малой длительности с использованием эффекта самоиндукции при коммутации тока в индуктивной катушке зажигания, ввиду малого времени существования искры, ограниченного электромагнитной постоянной времени существующей индуктивной катушки зажигания, и ввиду отсутствия операций по предварительному приготовлению ТВС к наилучшему сгоранию в камерах двигателя (отсутствуют операции озонирования воздуха, электростатического распыления топлива в камеры сгорания, электрополевого дожига несгоревших компонент ТВС на такте выпуска выхлопных газов).

Известны способ и устройство интенсификации работы бензинового ДВС путем впрыска топлива через специальные форсунки непосредственно в камеры сгорания ДВС в момент наивысшего сжатия воздуха в соответствующей камере сгорания с последующим электроискровым зажиганием ТВС от обычных электросвечей зажигания (Статья М. Кадакова «Новый двигатель Mitsubishi в «Авторевю» № 2, 1996 г.). Интенсификация работы ДВС достигается благодаря улучшению распыления и перемешивания топлива с воздухом, повышению степени сжатия смеси до 12:1 в связи с охлаждением воздуха при впрыскивании топлива, устранением эффекта детонации. Фактически разработан и испытан бензиновый квазидизель. Экспериментально подтверждено повышение мощности такого двигателя на 10%, снижение токсичности выхлопных газов на 30-90% по отдельным составляющим, возможность работы на обедненных ТВС, что дополнительно улучшит экологию двигателя при движении автотранспорта в городе.

Читать еще:  Возможные неисправности системы питания двигателя и способы их устранения

Недостатки предложенного способа и устройства состоят в усложнении конструкции ДВС (трудности конструктивного размещения форсунок высокого давления в камерах ДВС, что требует изменения конструкции двигателя) и в несовершенстве способа воспламенения ТВС обычным электроискровым способом, который не обеспечивает полное сгорание смеси в камерах, особенно на высоких оборотах двигателя.

Известна система подачи топлива с электронным устройством управления для ДВС, содержащая двигатель внутреннего сгорания с камерами сгорания, поршнями, впускными и выпускными клапанами, включающий систему подготовки топливовоздушной смеси и впрыска топлива в камеры сгорания с регуляторами подачи топлива и окислителя, систему электроискрового воспламенения топливовоздушной смеси, состоящую из высоковольтного преобразователя напряжения, распределителя высоковольтных импульсов с соответствующими регулятором угла опережения электрозажигания и электросвечами по числу камер сгорания, датчики расхода топлива и окислителя, их температуры, оборотов двигателя, токсичности выхлопных газов, а также логически функциональный оптимизатор режимов, присоединенный по выходу к регуляторам подачи топлива и окислителя, их температуры, оборотов двигателя, токсичности выхлопных газов, а также логически функциональный оптимизатор режимов, присоединенный по выходу к регуляторам подачи топлива и окислителя, регулятору угла опережения зажигания смеси, а по входу — к выходам указанных датчиков по патенту США N 4596220, F02D 43/00, 1986. Из данного источника информации известен также способ интенсификации работы ДВС путем подготовки топливовоздушной смеси, впрыска топлива, воспламенения и сжигания.

Известны способ и устройство для интенсификации и управления процессом горения в ДВС по патенту РФ № 2153814, прототип, путем воздействия сильным электрическим полем на топливо-воздушную смесь в камерах сгорания цилиндров ДВС.

Недостатком этого устройства и способа является недостаточная эффективность воздействия электрического поля на горение, полноту сгорания и эмиссию токсичных веществ в продуктах сгорания. Кроме того, создание мощных полей потребует мощных источников энергии мощностью более 5 кВт и является небезопасным в эксплуатации.

Значительный интерес для потребителя представляет применение форкамер, свинчиваемых с электрическими свечами. Это позволяет использовать их в ранее выпущенных в эксплуатацию ДВС без изменения конструкции поршневой группы. При этом стоимость форкамер очень невелика.

Известна форкамера двигателя внутреннего сгорания по патенту СССР № 691102, МПК F02 В 19/18, заявитель иностранная фирма «Тойота» (Япония). Форкамера выполнена в виде местного расширения, сообщенного посредством канала с основной камерой сгорания, в этом канале установлена свеча зажигания. Недостаток: сложность конструкции двигателя и невозможность переоборудования серийного двигателя для улучшения его работы.

Известна форкамера по А.С. СССР № 259553, которая выполнена из трех деталей, образующих полость предварительного воспламенения топливо-воздушной смеси. Недостатком этой форкамеры является сложность конструкции, необходимость герметизации деталей форкамеры между собой и большие габариты устройства.

Известна форкамера двигателя внутреннего сгорания по А.С. СССР № 1370269, содержащая устанавливаемую на свечи зажигания цилиндрическую деталь, образующую между торцом свечи и торцом детали полость форкамеры. На торце детали выполнен осевой факельный канал. Недостаток этой форкамеры, его низкая эффективность, обусловлен наличием только одного осевого канала и отсутствием закрутки потока топливо-воздушной смеси.

Этот недостаток устранен в форкамере двигателя внутреннего сгорания по патенту РФ на полезную модель № 23918, 2002 г. (прототип). Форкамера содержит полость, переходный канал, сообщенный с полостью соединительным участком, поверхность которого выполнена в форме тела вращения и сопряжена с поверхностями стенок полости и переходного канала, и боковые факельные каналы, выполненные в стенке переходного канала под углом к его продольной оси и тангенциально к поверхности его стенки, при этом соединительный участок выполнен радиусным.

Недостатки этой форкамеры:

1. Низкая эффективность воспламенения основного заряда топлива, которая объясняется тем, что факельные струи выходят из тангенциальных отверстий и распространяются в стороны, а распространение струй в осевом направлении ограничено из-за отсутствия осевого факельного канала. Следствием этого является низкая экономичность двигателя, оборудованного таким устройством, его перегрев, детонация и плохой запуск в зимнее время и в сырую погоду.

2. Сложность конструкции и ее нетехнологичность, обусловленные наличием переходного канала и соединительного участка сложной конфигурации.

Задачи создания изобретения: повышение полноты сгорания, снижение эмиссии вредных веществ, использование низкооктановых бензинов и повышение эффективности воспламенения, особенно при низких температурах и в сырую погоду без дополнительных затрат энергии и усложнения конструкции ДВС.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что форкамера двигателя внутреннего сгорания, содержащая полость, боковые факельные каналы, выполненные под углом к продольной оси и тангенциально к поверхности его стенки, и осевой факельный канал, отличается тем, что внутри боковых факельных каналов установлены кольцевые постоянные магниты. Боковые факельные каналы выполнены под углом от 5 до 30° к оси. Боковые факельные каналы выполнены по часовой стрелке. Количество боковых факельных каналов находится в диапазоне от 4 до 7. Диаметр осевого факельного канала выполнен равным или больше диаметра боковых факельных каналов.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. удовлетворяет критериям изобретения.

Для реализации предложенного изобретения требуется серийное оборудование и недифицитные материалы. Возможность достижения заявленного результата подтверждена проведенными экспериментами.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг.1. 3, где:

на фиг.1 приведен ДВС с форкамерой,

на фиг.2 приведена схема форкамеры,

на фиг.3 приведен разрез по А-А.

На простейшем примере одноцилиндрового ДВС показана схема установки форкамеры.

ДВС (двигатель внутреннего сгорания) содержит по меньшей мере один цилиндр 1 с поршнем 2, который установлен на шатуне 3 и имеет поршневые кольца 4. В верхней части цилиндра установлены впускной клапан 5 и свеча зажигания 6. Свеча зажигания 6 ввернута в форкамеру ДВС 7. Форкамера ДВС 7 установлена по резьбе в головке цилиндров ДВС 8. ДВС также содержит систему подвода топливо-воздушной смеси 9. Внутри цилиндра 1 образуются вихри ТВС около впускного клапана и под форкамерой соответственно 10 и 11.

Форкамера двигателя внутреннего сгорания 7 (фиг.2) содержит стенку 12, полость «Б», боковые факельные каналы 13 и осевой факельный канал 14. В форкамеру двигателя внутреннего сгорания 7 ввернута свеча зажигания 6. Форкамера двигателя внутреннего сгорания 7 имеет наружную резьбу 15 для вворачивания в корпус головки цилиндра 8 и внутреннее резьбовое отверстие 16 для вворачивания свечи зажигания 6. Внутри всех боковых факельных каналов 13 установлены кольцевые постоянные магниты 17.

Угол наклона боковых факельных каналов 13 по отношению к оси составляет от 5 до 30°. Число боковых факельных каналов от 4 до 7. Диаметр осевого факельного канала 14 D равен или больше диаметра боковых факельных каналов d1.

При эксплуатации форкамеру ДВС 7 вворачивают в корпус головки цилиндров 8, потом в нее вворачивают свечу зажигания 6.

Для подтверждения оптимальности выбранной конструкции и соотношений размеров и углов наклона боковых факельных каналов к оси авторами-заявителями были изготовлены и испытаны несколько вариантов форкамер на двигателе ВАЗ 2106.

Обоснование выбора угла наклона к оси боковых факельных каналов приведено в табл.1.

Таблица 1
Обоснование выбора угла наклона боковых факельных каналов к оси
п.п.Диапазон углов наклона боковых факельных каналов к осиСнижение расхода топлива в %Перегрев двигателяЗапуск двигателя
16ДаНеуд
25. 30° (оптимальн)17НетХор
330. 45°12ДаУд
445. 85°ДаУд.
590°Не запускается

Из табл.1 видно, что оптимальный угол наклона боковых факельных каналов к оси 5. 30°. При этом обеспечивается оптимальное сочетание всех характеристик.

Диаметр осевого факельного канала должен быть выполнен или равным или больше диаметра боковых факельных отверстий. Это необходимо, чтобы площадь поперечного сечения осевого факельного канала 4 была соизмерима с площадью отверстий боковых факельных каналов 3. В противном случае наличие осевого факельного канала перестает влиять на работу форкамеры.

Обоснование выбора соотношения диаметров осевого и боковых факельных каналов приведено в табл.2.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector