Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенными в нем противоположно движущимися поршнями, по меньшей мере одну топливную форсунку с распылительными отверстиями, установленную в цилиндре, камеру сгорания, ограниченную соосными углублениями, выполненными в днищах поршней, и кольцевой сплошной перегородкой, размещенной на днище одного из поршней вокруг его углубления и расположенной в углублении днища другого поршня при положении поршней во внутренней мертвой точке с образованием между ними аккумулирующей полости, охватывающей перегородку и соединенной с камерой сгорания при помощи кольцевой щели между внешней поверхностью перегородки и боковой стенкой углубления, органы впуска свежего заряда и выпуска отработавших газов, отличающийся тем, что, с целью повышения индикаторного КПД и снижения токсичности отработавших газов, щель выполнена с переменным по длине сечением и снабжена дросселирующим кольцевым соплом, а оси распылительных отверстий форсунки направлены на внешнюю поверхность перегородки при положении поршней во внутренней мертвой точке.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что орган впуска свежего заряда выполнен в виде центральных тарельчатых клапанов, размещенных в углублениях поршней, дно которых образовано тарелками клапанов.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к дизелям с противоположно движущимися поршнями.
Известен двухтактный ДВС с воспламенением от сжатия, содержащий цилиндр, установленные в нем топливные форсунки, оси распыливающих отверстий которых направлены тангенциально в камеру сгорания, ограниченную соосными углублениями, выполненными в днищах противоположно движущихся поршней, и кольцевой перегородкой, выполненной на днище впускного поршня вокруг углубления и расположенной в углублении днища выпускного поршня при положении поршней во внутренней мертвой точке (ВМТ), причем кольцевая перегородка снабжена пазами, соосными с распыливающими отверстиями форсунок.
Однако наличие пазов, необходимых для организации процесса в данном устройстве, не позволяет отделить камеру сгорания от периферийного межпоршневого пространства вблизи ВМТ, в результате чего в известном двигателе невозможно создание условий для двустадийного выжигания топлива и снижения токсичности отработавших газов. Кроме того, из-за наличия пазов в кольцевой перегородке и постоянного перетекания заряда через пазы не может быть осуществлено разделение заряда на зоны с разным обогащением для увеличения индикаторного КПД.
Известен двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенными в нем противоположно движущимися поршнями, по меньшей мере одну топливную форсунку с распылительными отверстиями, установленную в цилиндре, камеру сгорания, ограниченную соосными углублениями, выполненными в днищах поршней, и кольцевой сплошной перегородкой, размещенной на днище одного из поршней вокруг его углубления и расположенной в углублении днища другого поршня при расположении поршней во внутренней мертвой точке с образованием между ними аккумулирующей полости, охватывающей перегородку и соединенной с камерой сгорания при помощи кольцевой щели между внешней поверхностью перегородки и боковой стенкой углубления, органы впуска свежего заряда и выпуска отработавших газов.
Однако в известном устройстве длина кольцевой щели равна высоте кольцевой перегородки, а сечение щели постоянно по всей ее длине. В результате разъединение аккумулирующей полости и камеры сгорания начинается при сближении поршней на расстояние, равное высоте перегородки, что приводит к потерям, связанным с перетеканием газов в камеру сгорания при дальнейшем сжатии. Если же сечение щели увеличить для снижения этих потерь, то полностью изолировать камеру сгорания от аккумулирующей полости не удается и сохраняются все недостатки, присущие известному ДВС. Кроме того, расположение форсунки в двигателе не позволяет осуществлять разделение заряда для увеличения индикаторного КПД и уменьшения токсичности отработавших газов.
Цель изобретения повышение индикаторного КПД и снижение токсичности отработавших газов.
Цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащем по меньшей мере один цилиндр с размещенными в нем противоположно движущимися поршнями, по меньшей мере одну топливную форсунку с распылительными отверстиями, установленную в цилиндре, камеру сгорания, ограниченную соосными углублениями, выполненными в днищах поршней, и кольцевой сплошной перегородкой, размещенной на днище одного из поршней вокруг его углубления и расположенной в углублении днища другого поршня при положении поршней во внутренней мертвой точке с образованием между ними аккумулирующей полости, охватывающей перегородку и соединенной с камерой сгорания при помощи кольцевой щели между внешней поверхностью перегородки и боковой стенкой углубления, органы впуска свежего заряда и выпуска отработавших газов, щель выполнена с переменным по длине сечением и снабжена дросселирующим кольцевым соплом, а оси распылительных отверстий форсунки направлены на внешнюю поверхность перегородки при положении поршней во внутренней мертвой точке. Орган впуска свежего заряда может быть выполнен в виде центральных тарельчатых клапанов, размещенных в углублениях поршней, дно которых образовано тарелками клапанов.
Положительный эффект, достигаемый в результате указанных изменений конструкции, обусловлен тем, что дросселирующее кольцевое сопло щели, обеспечивающее высокие скорости поступления воздуха в камеру сгорания и истечения из нее горящих газов в полость цилиндра, сохраняется лишь тогда, когда это нужно: в период нахождения поршней вблизи ВМТ. При подобном дросселировании скорость воздуха, поступающего в камеру сгорания (в т.ч. на режимах малых нагрузок), значительно увеличивается, достигая скорости звука, что вызывает интенсивную турбулизацию заряда и позволяет существенно улучшить воспроизводимость циклов. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет осуществить разделение заряда, в результате чего в камере сгорания накапливается обогащенная смесь, а во временно отделенной аккумулирующей полости (АП) обедненная смесь. Это позволяет расширить пределы общего эффективного обеднения и соответственно повысить индикаторный КПД двигателя на частичных нагрузках. Важно, что в предлагаемом устройстве кратковременное разделение рабочего объема на две камеры происходит именно в тот период, когда это полезно для сгорания, тогда как в остальное время какие-либо потери, связанные с перетеканием газов, отсутствуют.
Другим важным положительным эффектом, вытекающим из особенностей работы двигателя с временно разделенными камерами разного обогащения, является снижение токсичности отработавших газов путем двухстадийного выжигания топлива.
На чертеже представлен двигатель, разрез по оси цилиндра.
Двигатель содержит цилиндр 1, поршни 2 и 3, камеру 4 сгорания, ограниченную углублениями 5 и 6 в днищах поршней 2 и 3 соответственно, и топливные форсунки 7. На днище поршня 2 вокруг углубления 5 размещена кольцевая перегородка 8, которая при положении поршней во ВМТ входит в углубление 6 поршня 3 с образованием щели 9 переменного сечения, на одном из участков которого образуется дросселирующее кольцевое сопло 10, отделяющее камеру сгорания 4 от аккумулирующей полости (АП) 11, образованной днищами поршней вокруг кольцевой перегородки 8. В основании перегородки имеется соосное расширение, профилирующее кольцевое сопло 10 и служащее для направления потока. В углублениях поршней размещены перепускные клапаны 12.
Двигатель работает следующим образом.
Во время приближения поршней 2 и 3 в ВМТ при расположении кольцевой перегородки 8 под распыливающими отверстиями форсунок 7 производится впрыск топлива на поверхность перегородки 8 до начала вхождения ее в горловину углубления 6. Сближение поршней вызывает интенсивное вращательное движение заряда вокруг кольцевой перегородки и передавливание его в камеру 4 сгорания. При этом происходит обдув и испарение пленки топлива с поверхности перегородки и перенос топливовоздушной смеси (ТВС) вдоль перегородки в камеру 4. По мере сближения поршней щель 9 изменяет свое сечение, сужаясь, в то время как давление в АП 11 возрастает. Это приводит к тому, что последние порции богатой топливом ТВС перетекают в камеру 4 со скоростью, близкой к скорости звука, что вызывает интенсивную турбулизацию заряда и эффективное испарение пленки топлива.
При положении поршней во внутренней мертвой точке в щели 9 образуется сопловое отверстие кольцевого сечения, создающее значительное газодинамическое сопротивление, кратковременно отсекающее АП 11, в которой остался обедненный заряд, от камеры 4, содержащей более богатую смесь.
Начальные стадии сгорания развиваются в камере 4 в условиях интенсивного перемешивания при значениях коэффициента избытка воздуха, существенно меньших единицы, при которых образование NO_x практически исключено.
В начале такта расширения начинается истечение частично сгоревших и горящих газов с высокой скоростью через профилированное сопло 10, причем скорость потока уменьшается по мере расхождения поршней. Такое истечение газов из камеры сгорания в среду с обедненной ТВС в АП 11 способствует быстрому завершению сгорания. Причем догорание в полости цилиндра происходит при сильно пониженных температурах, что также способствует снижению концентрации окислов азота в отработавших газах. Истечение газов по поверхности кольцевой перегородки после воспламенения обеспечивает очищение ее от остатков топлива и выжигание их при смешении с обедненной ТВС.
Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндр 1, поршни 2 и 3, камеру 4 сгорания, ограниченную углублениями 5 и 6 в днищах поршней 2 и 3 соответственно, и топливные форсунки 7. На днище поршня 2 вокруг углубления 5 размещена кольцевая перегородка 8, которая при положении поршней во ВМТ входит в углубление 6 поршня 3 с образованием щели 9 переменного сечения, на одном из участков которого образуется дросселирующее кольцевое сопло 10, отделяющее камеру сгорания 4 от аккумулирующей полости 11, образованной днищами поршней вокруг кольцевой перегородки 8. В основании перегородки имеется соосное расширение, профилирующее кольцевое сопло 10 и служащее для направления потока. В углублениях поршней размещены перепускные клапаны 12. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.