RU2574197C1 - Internal combustion engine and igniter - Google Patents
Internal combustion engine and igniter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574197C1 RU2574197C1 RU2015100820/06A RU2015100820A RU2574197C1 RU 2574197 C1 RU2574197 C1 RU 2574197C1 RU 2015100820/06 A RU2015100820/06 A RU 2015100820/06A RU 2015100820 A RU2015100820 A RU 2015100820A RU 2574197 C1 RU2574197 C1 RU 2574197C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- internal combustion
- combustion engine
- ignitor
- prechamber
- inner part
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 66
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 42
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 40
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 abstract 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 5
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 5
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 4
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 240000000969 Verbascum thapsus Species 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Группа изобретений относится к энергетике и двигателестроению, конкретно к средствам воспламенения топливовоздушной смеси преимущественно в двигателях внутреннего сгорания - ДВС.The group of inventions relates to energy and engine building, specifically to means of ignition of the air-fuel mixture mainly in internal combustion engines - ICE.
Известна свеча зажигания по патенту РФ №2212559, МПК F02P 23/04, опубл. 20.09.2003 г.Known spark plug according to the patent of Russian Federation No. 2212559, IPC F02P 23/04, publ. September 20, 2003
Устройство для зажигания рабочей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания содержит блок синхронизации, связанный электрической цепью с датчиком положения коленчатого вала двигателя, усилитель мощности накачки лазера, связанный с датчиком состава рабочей смеси и блоком синхронизации, полупроводниковый лазер, связанный через световод с пространством цилиндра. Кроме того, устройство снабжено источником воспламенения, выполненным в виде лазерно-искровой свечи, которая установлена в головке блока цилиндров двигателя и связана с искровой системой зажигания, формирователем импульсов лазерного подогрева, связанным с усилителем мощности накачки лазера и блоком синхронизации, и датчиком состава смеси, соединенным с усилителем мощности накачки лазера.A device for igniting a working mixture in a cylinder of an internal combustion engine contains a synchronization unit connected by an electric circuit to a position sensor of the engine crankshaft, a laser pump power amplifier connected to a composition sensor of the working mixture and a synchronization unit, a semiconductor laser connected through the light guide to the cylinder space. In addition, the device is equipped with an ignition source, made in the form of a laser-spark plug, which is installed in the cylinder head of the engine and connected to the spark ignition system, a laser pulse shaper associated with the laser pump power amplifier and synchronization unit, and a mixture composition sensor, connected to a laser pump power amplifier.
Способ лазерного зажигания рабочей смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что рабочую смесь в пространстве цилиндра двигателя нагревают энергией лазерного источника излучения. Причем рабочую смесь нагревают в межэлектродном пространстве свечи зажигания в конце такта сжатия, дополнительно поджигают искровым разрядом и регулируют интенсивность излучения лазера в соответствии с режимом работы двигателя.The method of laser ignition of the working mixture in the cylinder of an internal combustion engine is that the working mixture in the space of the cylinder of the engine is heated by the energy of a laser radiation source. Moreover, the working mixture is heated in the interelectrode space of the spark plug at the end of the compression stroke, it is additionally ignited by a spark discharge and the laser radiation intensity is adjusted in accordance with the engine operating mode.
Недостаток - сложность конструкции.The disadvantage is the complexity of the design.
Известна свеча зажигания по патенту РФ №2309288, МПК F02P 23/04, опубл. 27.10.2007.Known spark plug according to the patent of the Russian Federation No. 23039288, IPC F02P 23/04, publ. 10/27/2007.
Сущность изобретения заключается в том, что горючую смесь нагревают и поджигают энергией двух лазерных источников, при этом первым (полупроводниковым) лазерным источником в горючей смеси камеры сгорания предварительно создают локальный разогретый участок в виде цилиндрического объема путем колебательного перемещения фокального пятна вдоль оси лазерного луча, а вторым (твердотельным) лазерным источником в момент зажигания горючей смеси подают энергетический импульс, причем фокусирование луча производят в центр продольной оси разогретого цилиндрического объема горючей смеси, при этом длину волны лазерных источников устанавливают в спектральном диапазоне 0,5…4,7 мкм в зависимости от вида горючей смеси.The essence of the invention lies in the fact that the combustible mixture is heated and ignited by the energy of two laser sources, while the first (semiconductor) laser source in the combustible mixture of the combustion chamber is preliminarily created a local heated section in the form of a cylindrical volume by vibrational movement of the focal spot along the axis of the laser beam, and the second (solid-state) laser source at the time of ignition of the combustible mixture serves an energy pulse, and the beam is focused in the center of the longitudinal axis of the heating cylindrical volume of the combustible mixture, wherein the wavelength of laser sources mounted in the spectral range of 0.5 ... 4.7 mm, depending on the kind of the combustible mixture.
Система для реализации способа содержит блок синхронизации, усилитель мощности накачки лазеров, связанный с датчиком состава горючей смеси и с блоком синхронизации, лазерные источники, связанные трактом передачи энергии с камерой сгорания двигателя, устройством формирования цилиндрического разогретого объема, оптически связанного посредством подвижной оптической линзы с первым (полупроводниковым) лазерным источником и через электрический разъем соединенного с задатчиком частоты и амплитуды колебаний фокального пятна, который связан с датчиком состава горючей смеси. Кроме того, оба лазерных источника и устройство формирования цилиндрического разогретого объема оформлены в виде автономного блока с оптическим устройством формирования лучей лазерных источников. Воспламеняющий разогретый цилиндрический объем играет роль мощного запального элемента.The system for implementing the method comprises a synchronization unit, a laser pump power amplifier associated with a combustible mixture composition sensor and a synchronization unit, laser sources connected by an energy transmission path to an engine combustion chamber, a device for generating a cylindrical heated volume optically coupled by means of a movable optical lens to the first (semiconductor) laser source and through an electrical connector connected to the master frequency and amplitude of the focal spot, which is connected en with a fuel mixture sensor. In addition, both laser sources and the device for forming a cylindrical heated volume are designed as a stand-alone unit with an optical device for generating beams of laser sources. An igniting heated cylindrical volume plays the role of a powerful ignition element.
Недостаток - сложность конструкции и высокая стоимость из-за наличия двух лазеров.The disadvantage is the complexity of the design and the high cost due to the presence of two lasers.
Известна свеча зажигания по патенту РФ №2436991, МПК F02P 23/04, опубл. 20.12.2011.Known spark plug according to the patent of Russian Federation No. 2436991, IPC F02P 23/04, publ. 12/20/2011.
Сущность способа заключается в следующем. Воспламенение ТВС в ДВС достигается с помощью лазерного оптического разряда, для его интенсификации лазерный луч концентрируют на металлическую поверхность поршня двигателя. Устройство для осуществления способа содержит лазер с оптическим световодом и с фокусирующей линзой. Блок синхронизации связан с усилителем мощности накачки лазера и с датчиком положения распределительного вала двигателя. Фокусирующая линза в верхней части через световод соединена с лазером, а со стороны цилиндра двигателя имеет упорную втулку, к которой прикреплено окно из кварцевого стекла, отделяющее оптическую систему от продуктов сгорания в цилиндре двигателя. Усилитель мощности накачки лазера представляет собой пакет конденсаторов, связанный с аккумуляторной батареей.The essence of the method is as follows. Ignition of fuel assemblies in internal combustion engines is achieved using a laser optical discharge; to intensify it, the laser beam is concentrated on the metal surface of the engine piston. A device for implementing the method comprises a laser with an optical fiber and with a focusing lens. The synchronization unit is connected to a laser pump power amplifier and to a camshaft position sensor of the engine. The focusing lens in the upper part is connected through the light guide to the laser, and on the engine cylinder side it has a thrust sleeve, to which a quartz glass window is attached, which separates the optical system from the combustion products in the engine cylinder. The laser pump power amplifier is a package of capacitors associated with a battery.
Недостаток - большая потребная мощность для блока накачки.The disadvantage is the large power requirement for the pump unit.
Известна система воспламенения топливовоздушной смеси по патенту РФ на изобретение №2126094, F02M 27/04, опубл. 10.02.1999 г.Known ignition system of the air-fuel mixture according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2126094, F02M 27/04, publ. 02/10/1999
Способ применим для двигателей внутреннего сгорания и состоит в совмещении операций впрыска, воспламенения смеси, интенсификации процесса горения топлива и операции интенсификации преобразования тепловой энергии рабочего тела в его избыточное давление и механическую энергию движения рабочего органа, например поршней в двигателях внутреннего сгорания путем введения электрического(их) поля(ей) внутрь камер сгорания через электроизолированные от корпуса двигателя одноэлектродные электросвечи-форсунки.The method is applicable to internal combustion engines and consists in combining the operations of injection, ignition of the mixture, the intensification of the fuel combustion process and the intensification of the conversion of the thermal energy of the working fluid into its excess pressure and the mechanical energy of movement of the working body, for example pistons in internal combustion engines by introducing electric (their ) field (s) inside the combustion chambers through single-electrode electric candles-nozzles electrically insulated from the engine body.
Недостаток - большое потребление мощности свечами зажигания из-за воспламенения топливовоздушной смеси по всему объему.The disadvantage is the high power consumption of the spark plugs due to ignition of the air-fuel mixture throughout the volume.
Известна система воспламенения топливовоздушной смеси по авт. св. СССР на изобретение №1059245, МПК А02P 15/00, опубл. 07.12.1983 г.Known ignition system of the air-fuel mixture according to ed. St. USSR for the invention №1059245, IPC
Этот способ воспламенения и зажигания горючей смеси в ДВС реализуется путем подачи высокочастотного импульсного напряжения на центральный электрод свечи и образования при этом искрового разряда между свечой и днищем поршня во время рабочего такта цилиндра.This method of ignition and ignition of a combustible mixture in an internal combustion engine is implemented by applying a high-frequency pulse voltage to the central electrode of the spark plug and creating a spark discharge between the spark plug and the bottom of the piston during the working stroke of the cylinder.
Недостаток - большое потребление мощности свечами зажигания из-за воспламенения топливовоздушной смеси по всему объему камеры цилиндра.The disadvantage is the high power consumption of the spark plugs due to ignition of the air-fuel mixture throughout the cylinder chamber.
Известна система воспламенения топливовоздушной смеси по патенту РФ на изобретение №2019728, МПК F02P 15/00, опубл. 15.09.1994 г.Known ignition system of the air-fuel mixture according to the patent of the Russian Federation for the invention №2019728, IPC F02P 15/00, publ. September 15, 1994
Сущность изобретения: способ заключается в подаче высоковольтного импульсного высокочастотного напряжения на электрод свечи постоянно на все время работы цилиндра, искрообразование между электродом свечи и днищем поршня осуществляют на период двойного угла опережения зажигания. Система зажигания содержит источник постоянного тока, регулируемый стабилизатор напряжения, генератор импульсов, электронный ключ, конденсатор, катушку зажигания, распределительную коробку, одноэлектродную свечу. Особенностью изобретения является введение стабилизатора.The essence of the invention: the method consists in supplying a high-voltage pulse high-frequency voltage to the electrode of the candle continuously for the entire duration of the cylinder operation, sparking between the electrode of the candle and the piston bottom is carried out for a period of double ignition timing. The ignition system contains a direct current source, an adjustable voltage regulator, a pulse generator, an electronic switch, a capacitor, an ignition coil, a junction box, a single-electrode plug. A feature of the invention is the introduction of a stabilizer.
Недостаток - высокая мощность, потребляемая свечей для воспламенения топливовоздушной смеси во всем объеме цилиндра.The disadvantage is the high power consumed by the candles to ignite the air-fuel mixture in the entire volume of the cylinder.
Известна система воспламенения топливовоздушной смеси по патенту РФ на изобретение №2126094, F02M 27/04, опубл. 10.02.1999 г., прототип.Known ignition system of the air-fuel mixture according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2126094, F02M 27/04, publ. 02/10/1999, the prototype.
Способ применим для двигателей внутреннего сгорания и состоит в совмещении операций впрыска, воспламенения смеси, интенсификации процесса горения топлива и операции интенсификации преобразования тепловой энергии рабочего тела в его избыточное давление и механическую энергию движения рабочего органа, например поршней в двигателях внутреннего сгорания путем введения электрического(их) поля(ей) внутрь камер сгорания через электроизолированные от корпуса двигателя одноэлектродные электросвечи-форсунки.The method is applicable to internal combustion engines and consists in combining the operations of injection, ignition of the mixture, the intensification of the fuel combustion process and the intensification of the conversion of the thermal energy of the working fluid into its excess pressure and the mechanical energy of movement of the working body, for example pistons in internal combustion engines by introducing electric (their ) field (s) inside the combustion chambers through single-electrode electric candles-nozzles electrically insulated from the engine body.
Недостаток - неравномерное распределение электрического поля по объему камеры сгорания и, как следствие, снижение полноты сгорания и увеличение эмиссии вредных веществ в атмосферу с выхлопом.The disadvantage is the uneven distribution of the electric field over the volume of the combustion chamber and, as a result, a decrease in the completeness of combustion and an increase in the emission of harmful substances into the atmosphere with exhaust.
Задачи создания группы изобретений - повышение полноты сгорания топлива и снижение эмиссии вредных веществ.The task of creating a group of inventions is to increase the completeness of fuel combustion and reduce emissions of harmful substances.
Решение указанных задач достигнуто в двигателе внутреннего сгорания, содержащем, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, головку цилиндров, прокладку между головкой цилиндров и цилиндрами, систему впуска топливовоздушной смеси с впускным клапаном и систему выпуска с выпускным клапаном и воспламенитель, содержащий в свою очередь, свечу зажигания, тем, что прокладка выполнена из диэлектрического материала, внутренняя полость головки цилиндров - в виде криволинейной выпуклой в сторону, противоположную от поршня, полости, продольные оси клапанов и воспламенителя выполнены пересекающимися на оси цилиндра, а к каждому цилиндру и головке цилиндров присоединены выводы высоковольтных проводов из генератора высокого напряжения.The solution of these problems was achieved in an internal combustion engine containing at least one cylinder with a piston, a cylinder head, a gasket between the cylinder head and cylinders, an air-fuel mixture intake system with an intake valve and an exhaust system with an exhaust valve and an igniter, which in turn contains , a spark plug, in that the gasket is made of a dielectric material, the internal cavity of the cylinder head is convex in the form of a curvilinear in the direction opposite to the piston, the cavity, the longitudinal axis of the Apans and igniter are made intersecting on the axis of the cylinder, and the conclusions of high-voltage wires from the high-voltage generator are connected to each cylinder and cylinder head.
В системе впуска топливовоздушной смеси непосредственно перед впускным клапаном может быть установлено средство закрутки потока.In the air-fuel mixture inlet system, flow swirling means can be installed immediately in front of the inlet valve.
Воспламенитель может содержать форкамеру, выходные отверстия которой выполнены под углом к оси воспламенителя.The igniter may contain a prechamber, the outlet openings of which are made at an angle to the axis of the igniter.
Внутренняя часть корпуса форкамеры может быть выполнена цилиндрической формы. Внутренняя часть корпуса форкамеры может быть выполнена в виде части сферы.The inner part of the prechamber housing may be cylindrical. The inner part of the prechamber housing can be made as a part of a sphere.
Внутренняя часть корпуса форкамеры может быть выполнена в виде части эллипсоида вращения.The inner part of the prechamber housing can be made as part of a rotation ellipsoid.
Свеча зажигания может быть выполнена лазерной. Фокус лазерной свечи зажигания может быть выполнен в точке пересечения осей выходных отверстий.The spark plug can be made laser. The focus of the laser spark plug can be made at the point of intersection of the axes of the outlet openings.
Решение указанных задач достигнуто в воспламенителе, содержащем свечу зажигания и форкамеру, имеющую корпус с внутренней частью с выходными отверстиями во внутренней части, тем, что выходные отверстия выполнены под углом к оси воспламенителя и, по меньшей мере, часть выходных отверстий выполнена в форме щелей.The solution of these problems was achieved in an igniter containing a spark plug and a prechamber having a housing with an inner part with outlet openings in the inner part, in that the outlet openings are made at an angle to the axis of the igniter and at least part of the outlet openings is made in the form of slits.
Внутренняя часть корпуса форкамеры может быть выполнена цилиндрической формы.The inner part of the prechamber housing may be cylindrical.
Внутренняя часть корпуса форкамеры может быть выполнена в виде части сферы. Внутренняя часть корпуса форкамеры может быть выполнена в виде части эллипсоида вращения.The inner part of the prechamber housing can be made as a part of a sphere. The inner part of the prechamber housing can be made as part of a rotation ellipsoid.
Площадь выходных отверстий может быть выполнена больше площади поперечного сечения внутренней полости форкамеры.The area of the outlet openings can be made larger than the cross-sectional area of the inner cavity of the prechamber.
Щели могут быть образованы прямоугольными пластинами.Slots may be formed by rectangular plates.
Щели могут быть образованы обтекаемыми профилями.Slots can be formed by streamlined profiles.
Щели могут быть выполнены в нижней части внутренней части корпуса.Slots can be made in the lower part of the inner part of the housing.
Щели могут быть выполнены радиальными.Slots can be made radial.
В центральной части внутренней части корпуса может быть выполнен центральный обтекатель.In the central part of the inner part of the housing, a central cowl may be provided.
Свеча зажигания может быть выполнена лазерной.The spark plug can be made laser.
Фокус лазерной свечи зажигания может быть выполнен в точке пересечения осей выходных отверстий.The focus of the laser spark plug can be made at the point of intersection of the axes of the outlet openings.
Фокус лазерной свечи может совпадать с вершиной центрального обтекателя.The focus of the laser candle may coincide with the top of the center fairing.
Сущность группы изобретений поясняется на фиг. 1…18, где:The essence of the group of inventions is illustrated in FIG. 1 ... 18, where:
- на фиг. 1 представлен ДВС в сборе,- in FIG. 1 presents ICE assembly,
- на фиг. 2 приведен разрез А-А,- in FIG. 2 shows a section aa,
- на фиг. 3 приведен воспламенитель в сборе,- in FIG. 3 shows the igniter assembly,
- на фиг. 4 приведен разрез В-В,- in FIG. 4 shows a section bb,
- на фиг. 5 приведен разрез С-С,- in FIG. 5 shows a section CC
- на фиг. 7 приведен разрез С-С,- in FIG. 7 shows a section CC
- на фиг. 8 приведен разрез С-С,- in FIG. 8 shows a section CC
- на фиг. 9 приведен вариант компоновки форкамеры,- in FIG. 9 shows the layout of the prechamber,
- на фиг. 10 приведен разрез D-D,- in FIG. 10 shows a section D-D,
- на фиг. 11 приведена система впуска топливовоздушной смеси,- in FIG. 11 shows an air-fuel mixture intake system,
- на фиг. 12 приведен разрез Е-Е, первый вариант,- in FIG. 12 shows a section EE, the first option,
- на фиг. 13 приведен разрез Е-Е, второй вариант,- in FIG. 13 shows a section EE, the second option,
- на фиг. 14 приведен вариант устройства с нижней частью форкамеры в форме части эллипсоида вращения и лазерной свечой зажигания,- in FIG. 14 shows a variant of the device with the lower part of the prechamber in the form of a part of an ellipsoid of revolution and a laser spark plug,
- на фиг. 15 приведена схема электрического поля для прототипа,- in FIG. 15 shows a diagram of an electric field for a prototype,
- на фиг. 16 приведена схема электрического поля в предложенном ДВС,- in FIG. 16 shows a diagram of the electric field in the proposed internal combustion engine,
- на фиг. 17 приведена схема активации ТВС,- in FIG. 17 shows the activation circuit of the fuel assembly,
- на фиг. 18 приведена схема активации воздуха.- in FIG. 18 is a diagram of air activation.
ДВС (фиг. 1…18) содержит, по меньшей мере, один цилиндр 1 с поршнем 2, головку цилиндров 3, прокладку 4. Прокладка 4 выполнена из диэлектрического материала. Между головкой цилиндров 3 и поршнем 2 выполнена камера сгорания 5. Головка цилиндров 3 выполнена в виде усеченного конуса.ICE (Fig. 1 ... 18) contains at least one
На головке цилиндров 3 выполнены системы подвода топливовоздушной смеси 6 и система выхлопа 7. Также на головке цилиндров 3 установлен, по меньшей мере, один впускной клапан 8 во впускном окне 9 и, по меньшей мере, один выпускной клапан 10 в выпускном окне 11.At the
Кроме того, в головке цилиндров 3 установлен воспламенитель, содержащий свечу зажигания 12 и форкамеру 13, которая состоит из двух частей - переходной 14 и внутренней частей 15. Во внутренней части 15 выполнена камера воспламенения 16, которая сообщается с камерой сгорания 5 выходными отверстиями 17, которые выполнены под углом к оси O2O2 воспламенителя. В системе подвода топливовоздушной смеси 6 установлена топливная форсунка 18, к которой присоединен топливопровод 19. В системе впуска топливовоздушной смеси 6 непосредственно перед впускным (впускными) клапаном (нами) 8 установлено средство закрутки потока 20.In addition, in the
ДВС содержит блок высокого напряжения 21, выход которого высоковольтными проводами 22 и 23 соединен соответственно с цилиндром (цилиндрами) 1 и с головкой цилиндров 3. Высоковольтный провод 22 соединен с заземлением 24.ICE contains a
Камера сгорания 5 образована внутри цилиндра 1 между поршнем 2, точнее между внутренней стенкой 25 головки цилиндров 3 и рабочим торцом 26 поршня 3.The
В системе подачи топливовоздушной смеси 6 установлен электрод-активатор 27, который может быть установлен в изоляторе 28 перед форсункой 18 или после нее. К электроду-активатору 27 присоединен высоковольтный провод 29, другой конец которого соединен с высоковольтным проводом 23.In the supply system of the air-
На фиг. 2 приведен вид на головку цилиндров 3 со стороны камеры сгорания 5. При этом клапаны 8 и 10 и внутренняя часть 15 форкамеры 13 размещены относительно друг друга со сдвигом на 180°.In FIG. 2 shows a view of the
На фиг. 3 приведен воспламенитель, который содержит в полости воспламенения 16 центральный обтекатель 30, установленный вдоль оси O2O2 воспламенителя (и свечи зажигания) 12 между выходными отверстиями 17, которые в свою очередь выполнены под углом к оси O2O2 (веером). Центральный обтекатель 30 выполнен в виде пирамиды, вершина которой Ф находится на оси воспламенителя O2O2 и обращена к свече зажигания 12.In FIG. Figure 3 shows an igniter that contains in the ignition cavity 16 a
Выходные отверстия 17 (все или только их часть) могут быть образованы пластинами 31 (фиг. 7) или обтекаемыми профилями 32 (фиг. 8).The outlet openings 17 (all or only part of them) can be formed by plates 31 (Fig. 7) or streamlined profiles 32 (Fig. 8).
Внутренняя часть 15 форкамеры 13 может быть выполнена в форме цилиндра (фиг. 6…8), части сферы (фиг. 9 и 10) или в форме части эллипсоида вращения (фиг. 11).The
На фиг. 11 приведена более детально система впуска топливовоздушной смеси, при этом на фиг. 12 приведен разрез Е-Е, первый вариант средства закрутки потока 20 с наклонными пластинами 33, на фиг. 13 приведен разрез Е-Е, второй вариант с обтекаемыми профилями 34.In FIG. 11 shows in more detail the air-fuel intake system, with FIG. 12 shows a cross-section EE, a first embodiment of a flow swirling means 20 with
На фиг. 14 приведен вариант устройства с нижней частью форкамеры 6 в форме части эллипсоида вращения и лазерной свечой зажигания 12. Лазерная свеча зажигания 12 содержит оптическое волокно 34 и фокусирующую линзу 35 на ее нижнем торце. Оптическое волокно 34 соединено с блоком накачки 36.In FIG. 14 shows a variant of the device with the lower part of the
Фокус Ф выполнен таким образом, что он находится в точке пересечения осей O2O2 выходных отверстий 17. Это уменьшает газодинамическое сопротивление выходных отверстий 17 при выходе продуктов сгорания из камеры воспламенения 16 в камеру сгорания 5 цилиндра 1. В результате мощность воспламеняющих факелов форкамеры 13 увеличивается при тех же ее габаритах и мощности свечи зажигания 12.Focus Ф is made in such a way that it is at the intersection point of the O2O2 axes of the
На фиг. 15 приведена схема электрического поля для прототипа, а на фиг. 15 приведена схема электрического поля для предложенного ДВС. Из фиг. 16 видно, что линии электрического поля 37 равномерно принизывает весь объем камеры сгорания 5 внутри цилиндра 1.In FIG. 15 is a diagram of an electric field for a prototype, and FIG. 15 shows a diagram of the electric field for the proposed ICE. From FIG. 16 it can be seen that the lines of the
На фиг. 17 приведена схема активации топливовоздушной смеси, на фиг. 18 приведена схема активации воздуха. К системе подачи ТВС 6 присоединена через диэлектрическую 38 прокладку система подачи воздуха 39. В системе подачи воздуха 39 на изоляторе 28 установлен электрод-активатор 27.In FIG. 17 is a diagram of the activation of the air-fuel mixture; FIG. 18 is a diagram of air activation. An air supply system 39 is connected to the fuel supply system of the
РАБОТА ДВСICE OPERATION
При работе ДВС и воспламенителя, входящего в составе ДВС (фиг. 1…18), в состав которого входит воспламенитель, после впрыска ТВС (топливовоздушной смеси) большая ее часть попадает в камеру сгорания 5, ее меньшая часть (от 1% до 10%) через выходные отверстия 17 попадает в камеру воспламенения 16.During operation of the internal combustion engine and the igniter, which is part of the internal combustion engine (Fig. 1 ... 18), which includes the ignitor, after injection of the fuel assembly (air-fuel mixture), most of it enters the
В цикле «рабочий ход» продукты сгорания предварительно воспламеняются свечой зажигания 12 в камере воспламенения 16, потом продукты неполного сгорания, имеющие очень высокую температуру, проходят через выходные отверстия 17 в камеру сгорания 5 цилиндра 1 ДВС и воспламеняют весь заряд ТВС, имеющийся в ней. При этом, за счет того, что общая площадь выходных отверстий 17 больше, чем площадь поперечного камеры воспламенения 16, выходные отверстия 17 не дросселируют поток ТВС при его поступлении в камеру сгорания 5. Вследствие этого объем заряда ТВС в этих камерах возрастает. В цикле рабочий ход из-за большей общей площади выходных отверстий 17 по сравнению с прототипом мощность воспламеняющего факела (факелов) возрастает. Большие поперечные габариты внутренней части 15 позволяют разместить на ней максимальное количество выходных отверстий 17 большой площади при минимальном выступании форкамеры 6 внутрь цилиндра 1 ДВС.In the “stroke” cycle, the combustion products are preliminarily ignited by the
Удаление свечи зажигания 12 от камеры сгорания предотвращает отложение копоти на их электродах.Removing the
Наличие обтекателя 30 способствует уменьшению аэродинамических потерь. Выполнение фокуса Ф лазерной свечи 12 в точке пересечения осей выходных отверстий 17 также улучшает аэродинамику воспламеняющих факелов (фиг. 14).The presence of the fairing 30 helps to reduce aerodynamic losses. The implementation of the focus f of the
Фокусировка лазерного луча на центральном обтекателе 30, использование его как мишени ускоряет прогрев верхней точки Ф обтекателя и улучшает запуск ДВС особенно при отрицательных температурах.Focusing the laser beam on the
Удаление фокусирующей линзы 35 от камеры сгорания 5 предотвращает отложение на ней частиц углерода.Removing the focusing
Выполнение выходных отверстий 17 в форме щелей позволит произвести закрутку большей массы ТВС в камере сгорания 5.The implementation of the outlet holes 17 in the form of slots will allow the spinning of a larger mass of fuel assemblies in the
Кроме того, во всех циклах работы каждого цилиндра ДВС на топливовоздушную смесь или на продукты сгорания действует сильное электрическое поле по всему объему камеры сгорания 5, и в отличие от прототипа, это способствует интенсификации процесса горения и способствует догоранию продуктов сгорания.In addition, in all cycles of operation of each cylinder of the internal combustion engine, a strong electric field acts on the fuel-air mixture or on the combustion products throughout the volume of the
Наличие сильного электрического поля (до 10 тыс. В/см) активизирует движение ионов в пламени и способствует повышению полноты сгорания. В отличие от прототипа электрическое поле распространяется на весь объем камеры сгорания 5 (фиг. 15 и 16).The presence of a strong electric field (up to 10 thousand V / cm) activates the movement of ions in the flame and helps to increase the completeness of combustion. Unlike the prototype, the electric field extends to the entire volume of the combustion chamber 5 (Fig. 15 and 16).
Такая организация процесса воспламенения ТВС обеспечит 100% воспламенение даже в самых плохих условиях при низкой температуре и высокой влажности. Также этот подход может быть применен на двигателях, работающих на криогенных топливах: водороде и сжиженном природном газе. Для воспламенения криогенного топлива, имеющего очень низкую температуру, не понадобится значительно увеличивать мощность свечи зажигания. Особенно хорошо этот эффект будет проявляться на двигателях большой мощности.Such an organization of the fuel assembly ignition process will provide 100% ignition even in the worst conditions at low temperature and high humidity. Also, this approach can be applied on engines operating on cryogenic fuels: hydrogen and liquefied natural gas. To ignite a cryogenic fuel having a very low temperature, it is not necessary to significantly increase the power of the spark plug. This effect will be especially good on high power engines.
Форкамера 13 устанавливается на головке цилиндров 3 до ее сборки с цилиндром(ами) 1. Реализовать эти принципы в любых других форкамерах 13 невозможно, так как имея большие поперечные габариты нижней части 15 форкамеры 13 нельзя осуществить сборку ДВС.The
В итоге применение группы изобретений позволит:As a result, the use of a group of inventions will allow:
- при увеличении объема ее камеры воспламенения 16 уменьшить осевые габаритные размеры форкамеры за счет увеличения ее поперечных габаритов,- with an increase in the volume of its
- упростить конструкцию системы зажигания за счет уменьшения числа деталей при объединении свечи зажигания и форкамеры,- to simplify the design of the ignition system by reducing the number of parts when combining the spark plug and prechamber,
- повысить мощность воспламеняющего факела и тем самым улучшить воспламенение ТВС, при этом мощность воспламеняющего факела увеличивается в случае применения лазерной свечи зажигания и выполнения ее фокуса в точке пересечения осей выходных отверстий форкамеры,- increase the power of the igniting torch and thereby improve the ignition of the fuel assemblies, while the power of the igniting torch increases in the case of using a laser spark plug and performing its focus at the point of intersection of the axes of the outlet openings of the prechamber,
- улучшить зажигание при запуске непрогретого двигателя, особенно при отрицательных температурах, за счет подогрева центрального обтекателя,- to improve ignition when starting an unheated engine, especially at low temperatures, by heating the central fairing,
- уменьшить расход топлива за счет его более полного сгорания, обеспеченного воздействием на ТВС в камере сгорания ДВС более мощным электрическим полем, которое пронизывает весь объем камеры сгорания, закрутки ТВС и применения турбулизаторов потока.- reduce fuel consumption due to its more complete combustion, provided by the impact on the fuel assemblies in the combustion chamber of the internal combustion engine with a more powerful electric field, which penetrates the entire volume of the combustion chamber, the twist of the fuel assembly and the use of flow turbulators.
- снизить эмиссию вредных веществ вследствие полного сгорания топлива,- reduce emissions of harmful substances due to complete combustion of fuel,
- увеличить ресурс работы электрической свечи зажигания за счет исключения попадания обогащенной смеси в район ее электродов, а для свечи лазерного зажигания удалить фокусирующую линзу от камеры сгорания и исключить отложение на ней частиц углерода.- increase the service life of the electric spark plug by eliminating the enrichment of the mixture in the region of its electrodes, and for the laser spark plug, remove the focusing lens from the combustion chamber and exclude the deposition of carbon particles on it.
Claims (22)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2574197C1 true RU2574197C1 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1536675A (en) * | 1974-11-28 | 1978-12-20 | Daimler Benz Ag | Influencing combustion in internal combustion engines by electric fields |
RU2006654C1 (en) * | 1989-05-03 | 1994-01-30 | Александр Петрович Мураков | Air cleaner for internal combustion engine |
RU2117179C1 (en) * | 1996-02-20 | 1998-08-10 | Валерий Дмитриевич Дудышев | Method to reduce toxicity of exhaust gases in internal combustion engine |
RU2132471C1 (en) * | 1996-11-01 | 1999-06-27 | Дудышев Валерий Дмитриевич | Method of and device for decreasing toxicity of exhaust gases of internal combustion engines |
US6401702B1 (en) * | 1993-12-08 | 2002-06-11 | Koenig Kurt | Controlled two-stroke internal combustion engine |
JP2002295259A (en) * | 2001-03-28 | 2002-10-09 | Osaka Gas Co Ltd | Spark ignition internal combustion engine |
RU2333381C2 (en) * | 2005-11-03 | 2008-09-10 | Нек Лаб Холдинг Инк. | Method of initation ignition, intensifying combustion or reforming of fuel-air and fuel-oxygen mixes |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1536675A (en) * | 1974-11-28 | 1978-12-20 | Daimler Benz Ag | Influencing combustion in internal combustion engines by electric fields |
RU2006654C1 (en) * | 1989-05-03 | 1994-01-30 | Александр Петрович Мураков | Air cleaner for internal combustion engine |
US6401702B1 (en) * | 1993-12-08 | 2002-06-11 | Koenig Kurt | Controlled two-stroke internal combustion engine |
RU2117179C1 (en) * | 1996-02-20 | 1998-08-10 | Валерий Дмитриевич Дудышев | Method to reduce toxicity of exhaust gases in internal combustion engine |
RU2132471C1 (en) * | 1996-11-01 | 1999-06-27 | Дудышев Валерий Дмитриевич | Method of and device for decreasing toxicity of exhaust gases of internal combustion engines |
JP2002295259A (en) * | 2001-03-28 | 2002-10-09 | Osaka Gas Co Ltd | Spark ignition internal combustion engine |
RU2333381C2 (en) * | 2005-11-03 | 2008-09-10 | Нек Лаб Холдинг Инк. | Method of initation ignition, intensifying combustion or reforming of fuel-air and fuel-oxygen mixes |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
A S6581581 B1 24.06.2003. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2576099C1 (en) | Internal combustion engine | |
US8074620B2 (en) | Spark to flame conversion unit, such as employed with an existing spark plug or heat source supplied glow plug for accomplishing more efficient piston combustion | |
KR101932367B1 (en) | An ignition assembly and a method of igniting a combustible fuel mixture in a combustion chamber of an internal combustion piston engine | |
EP0522023A1 (en) | Miniature railgun engine ignitor. | |
KR20170050126A (en) | Ignition plugs for internal combustion engine | |
US10145292B1 (en) | Spark plug | |
WO2016075358A1 (en) | A prechamber assembly adaptable in a cylinder head of an internal combustion engine and a cylinder head | |
CN108104945B (en) | Two-stroke internal combustion engine electrode assembly | |
US10830201B2 (en) | Ignition system having a high-frequency plasma-enhanced ignition spark of a spark plug, including an antechamber, and a method associated therewith | |
KR20100066336A (en) | Internal combustion engine | |
RU2574197C1 (en) | Internal combustion engine and igniter | |
RU2553916C2 (en) | Method for laser ignition of fuel in diesel engine; device for laser ignition of fuel in diesel engine and igniter | |
US4516548A (en) | Ignition device for improving the efficiency of and to reduce _emissions of internal combustion engines | |
RU2612188C1 (en) | Diesel engine ignition system and laser sparking plug | |
US20100045157A1 (en) | Parabolic dish nozzle spark plug | |
RU2577514C1 (en) | Method for laser ignition of fuel in internal combustion engine and device therefor | |
RU2366053C1 (en) | Internal combustion engine spark plug | |
RU2645363C1 (en) | Laser igniter | |
RU2634972C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2645396C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2579337C1 (en) | Method of igniting air-fuel mixture and electrostatic ignition system | |
RU2652086C1 (en) | Laser spark plug | |
US11378042B1 (en) | Internal combustion engine ignition device | |
RU2649720C1 (en) | Laser spark plug | |
RU2717201C1 (en) | Internal combustion engine |