PL221269B1 - Sposób zapłonu jednorodnej, ubogiej mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze silnika spalinowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób zapłonu jednorodnej, ubogiej mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze silnika spalinowego, stosowany zwłaszcza do jakościowej regulacji mocy silnika benzynowego w szerokim zakresie zmian współczynnika nadmiaru powietrza.

W obecnym stanie techniki wyodrębniły się trzy główne systemy spalania, oparte na sterowaniu uwarstwieniem ładunku cylindra poprzez ściankę komory spalania (np. kształt denka tłoka), zorganizowany wir powietrza w komorze lub przez strugę wtryskiwanego paliwa. Pierwsze, nieliczne jeszcze silniki z bezpośrednim wtryskiem benzyny, wprowadzone do seryjnej produkcji w Japonii i w Europie, oparte zostały na dwóch pierwszych systemach sterowania uwarstwieniem ładunku.

Znany jest z japońskiego opisu patentowego nr JP2008157223 silnik spalinowy, wyposażony w układ sterowania do zmiennych zaworów dolotowych. Przedstawione w opisie rozwiązanie dotyczy spalania mieszaniny paliwowo-powietrznej z zastosowaniem specjalnej konstrukcji zaworu dolotowego, która zapewnia heterogeniczną mieszaninę benzynowo-powietrzną.

Natomiast przedstawione w brytyjskim opisie zgłoszeniowym nr GB 729383 rozwiązanie dotyczy specjalnego sposobu zawirowania ładunku w systemie spalania z pilotującym wtryskiem paliwa, co pozwala na spalanie różnego rodzaju paliw, w tym benzyny, nafty, ciężkich węglowodorów z użyciem świecy zapłonowej.

Ponadto, w brytyjskim opisie zgłoszeniowym nr GB1483260 przedstawione zostało rozwiązanie dotyczące dwupaliwowego silnika, w którym spalane mogą być różne rodzaje paliwa, np.: benzyna, alkohol, benzen, parafiny, nafta.

Tylko źródło zapłonu rozproszone w komorze spalania może przynieść tutaj rozwiązanie tego problemu. Wskazują na to wyniki badań, jakościowej regulacji mocy silników zasilanych dwupaliwowo

- gazem ziemnym i olejem napędowym. Trzeba tu zaznaczyć, że gaz ziemny jest paliwem wyjątkowo odpornym na utlenianie: nawet w mieszaninie stechiometrycznej, przy stopniu sprężania 21 nie tylko nie ulega samozapłonowi, ale też prawie nie tworzy produktów częściowego utleniania, jak tlenek węgla, czy aldehydy. Natomiast przy wtrysku oleju napędowego jako paliwa zapalającego do mieszanki gazu ziemnego i powietrza znajdującego się poza dolną granicą, zapalności, mieszanka ta może ulec utlenieniu ponieważ teoretycznie każda kropla rozpylonego oleju staje się lokalnym źródłem zapłonu i spalania.

Jednym z rozwiązań dotyczących sposobów zapalania ubogich mieszanin benzynowo-powietrznych może być też zapłon laserowy, który pozwala na ulokowanie źródła zapłonu bezpośrednio w dowolnym miejscu wtryskiwanej strugi paliwa. System taki jednak charakteryzuje się istotnymi trudnościami wynikającymi np. z zanieczyszczania się układu optycznego od strony komory spalania lub ze stosowania światłowodów w warunkach eksploatacji silnika.

Sposób zapłonu jednorodnej, ubogiej mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze silnika spalinowego, według wynalazku, zasilanego jednorodną mieszanką benzyny z powietrzem, wytwarzaną poza cylindrem silnika i doprowadzaną do kanału dolotowego silnika w suwie ssania, charakteryzuje się tym, że do cylindra silnika spalinowego, pod koniec suwu sprężania wtryskuje się dawkę zapalającą, korzystnie dawkę oleju napędowego, która ulega samozapłonowi a powstała żagiew płomienia zapala homogeniczną, ubogą mieszankę benzynowo-powietrzną.

Korzystnie, przy pełnym obciążeniu, gdy skład sprężonej mieszanki wejdzie w stateczny zakres zapalności od iskry elektrycznej, wyłącza się wtrysk oleju napędowego.

Korzystnie, przy pełnym obciążeniu, gdy skład sprężonej mieszanki wejdzie w stateczny zakres zapalności, wyłącza się zasilanie benzyną i przechodzi się do trybu pracy konwencjonalnego silnika wysokoprężnego.

Korzystnie, że dawkę zapalającą stanowi paliwo o wartości liczby cetanowej (LC) mieszczącej się w granicach od 45 do 110.

Według wynalazku, w przypadku wprowadzenia zapłonu od kropel wtryśniętej dawki zapalającej oleju napędowego w silniku zasilanym benzyną, która jako paliwo jest bardziej skłonna do zapłonu niż np. gaz ziemny (jego temperatura samozapłonu jest około 2-krotnie wyższa). Ponadto, podczas sprężania, w mieszance benzyny z powietrzem, tworzą się produkty wstępnego (częściowego) utleniania takie jak aldehydy, nadtlenki czy tlenek węgla, które ułatwiają utlenianie także ubogich mieszanek. Okoliczności te tworzą dla benzyny korzystniejsze warunki zapłonu ubogiej mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze iskrowego silnika spalinowego.

PL 221 269 B1

Badania przeprowadzono na jednocylindrowym silniku wysokoprężnym o wtrysku bezpośred₃ nim, o pojemności skokowej 1,85 dm i znamionowej prędkości obrotowej 2200 obr/min. Pomiar zrealizowano przy prędkościach obrotowych 1600 obr/min i 2200 obr/min, przy zasilaniu benzyną bezołowiową o liczbie oktanowej 95 (Pb95) i dawką zapalającą w postaci oleju napędowego w ilości do 10% głównej dawki benzyny. Uzyskano zmniejszenie zużycia paliwa o około 20% w stosunku do zużycia w silniku konwencjonalnym niższą emisję tlenków azotu (NOx) o około 40%.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób zapłonu jednorodnej, ubogiej mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze silnika spalinowego, zasilanego jednorodną mieszanką benzyny z powietrzem, wytwarzaną poza cylindrem silnika i doprowadzaną do kanału dolotowego silnika w suwie ssania, znamienny tym, że do cylindra silnika spalinowego, pod koniec suwu sprężania wtryskuje się dawkę zapalającą, korzystnie dawkę oleju napędowego, która ulega samozapłonowi a powstała żagiew płomienia zapala homogeniczną, ubogą mieszankę benzynowo-powietrzną.
2. 2. Sposób zapłonu jednorodnej, ubogiej mieszanki paliwowo-powietrznej, według zastrz. 1, znamienny tym, że przy pełnym obciążeniu, gdy skład sprężonej mieszanki wejdzie w stateczny zakres zapalności od iskry elektrycznej, wyłącza się wtrysk oleju napędowego.
3. 3. Sposób zapłonu jednorodnej, ubogiej mieszanki paliwowo-powietrznej, według zastrz. 1, znamienny tym, że dawkę zapalającą stanowi paliwo wartości liczby cetanowej (LC) mieszczącej się w granicach od 45 do 110.