способ организации воспламенения горючей смеси в камере сгорания двигателя

Формула изобретения

СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ, включающий поджиг смеси за счет электрического разряда, полученного путем подачи импульсов высокого напряжения на электроды, размещенные в камере сгорания, отличающийся тем, что перед поджигом и в процессе горения смесь ионизируют с помощью дополнительного источника излучения, а электрический разряд пропускают между электродами, размещенными у противоположных стенок камеры сгорания по направлению наибольшей оси последней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам организации зажигания в камерах сгорания цилиндров ДВС, преимущественно карбюраторных.

Известны ДВС, у которых первоначально в форкамере зажигают обогащенную горючую смесь искровым точечным разрядом, например, посредством свечи зажигания, затем воспламенившаяся обогащенная смесь поджигает рабочий объем обедненной горючей смеси [1]

Недостатком такого способа является то, что общее время сгорания определяется скоростью распространения фронта пламени, которая не превышает 30-40 м/с. При больших объемах цилиндров это обстоятельство является ограничителем роста давления горящей смеси.

Наиболее близким к предлагаемому является способ И.А. Геладзе воспламенения и сжигания горючей смеси ДВС, заключающийся в подаче в цилиндр высокочастотных импульсов высокого напряжения между центральным электродом свечи и днищем поршня в период от момента зажигания до момента поворота вала после верхней мертвой точки при угле, равном 20-30 [2]

Недостатком такого способа является относительно низкая скорость генерации ионов в горючей смеси, происходящая только в промежутке между центральным электродом свечи и поршнем, а не во всем объеме цилиндра.

Предварительная ионизация горючей смеси в процессе горения, а также пропускание электрического разряда по направлению наибольшей оси камеры сгорания обеспечивает увеличение скорости ее воспламенения во всем объеме упомянутой камеры, что позволяет при неизменных объемах цилиндра и горючей смеси повысить давление, т.е. увеличить мощность двигателя.

На чертеже схематично изображено устройство цилиндра ДВС для реализации предлагаемого способа в двух вариантах А и Б.

Конструкция состоит из цилиндра 1, в котором размещен поршень 2, сверху цилиндра размещена головка 3, в котором установлены всасывающий 4 и выхлопной 5 клапаны, источник ионизации 6, контакты свечи 7. В варианте исполнения А стенки цилиндра 1, днище поршня 2 и внутренняя поверхность головки 3 экранированы жаростойкой электроизоляционной керамикой 8. По варианту Б практически вся камера сгорания (КС) заключена в головку 3, а поршень 2 не экранирован керамикой. При шаровой форме КС исключается также детонация.

Способ реализуется следующим образом. При всасывании и сжатии горючей смеси производится ее ионизация источником 6, например радиоактивным источником а-частиц. В качестве источника ионизации могут быть использованы и другие средства: лазерное излучение, пучки быстрых нейтронов. Облучение вызывает расщепление горючей смеси на ионы во всем объеме цилиндра. По завершении второго такта сжатия горючей смеси посредством пропускания высоковольтного электрического разряда между контактами свечи 7, разнесенными на максимальное расстояние вдоль наибольшей оси КС, происходит воспламенение смеси. Покрытие стенок КС жаростойкой электроизоляционной керамикой обеспечивает прохождение электрического разряда сквозь ионизированную газовую смесь, а не по стенкам самой камеры. В процессе горения во время третьего такта работы двигателя облучение продолжается до окончания горения, после чего источник ионизации 6 перекрывается (или отключается). Во время четвертого такта выхлопной клапан открывают и отработанная смесь дымовых газов выбрасывается из цилиндра.

Применительно к дизелю также возможна предварительная ионизация горючей смеси в момент распыла топлива и до окончания активного горения. Возможны варианты предварительной ионизации составных частей или приготовленной рабочей смеси (топливо-воздух) до поступления в камеру сгорания. При этом источник ионизации может быть общим на группу цилиндров или весь двигатель. Для карбюраторного двигателя источник ионизации может быть расположен после карбюратора.

Предварительная ионизация горючей смеси позволяет осуществить пробой между разнесенными электродами свечи при практически том же напряжении тока на них, осуществить поджигание смеси от пучка стриммеров, возникающих в момент разряда во всем объеме и пронизывающих его с очень большой скоростью, тогда как ныне существующие способы поджига смеси фактически являются точечными (малый зазор свечи) и поджигание определяется скоростью (30-40 м/с) распространения от свечи фронта пламени. Предварительная ионизация попутно ускоряет и протекание химических реакций окисления в силу появления дополнительных ионов. Оба процесса (поджигание в общем объеме и ускорение протекания химических реакций) резко уменьшают время сгорания смеси, что способствует увеличению числа оборотов двигателя без опасения увеличения химического недожега и в конечном итоге увеличивает мощность двигателя в тех же габаритах.