RU96121206A - Способ интенсификации работы двс и устройство для его осуществления - Google Patents

Claims (17)

1. Способ интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания путем подготовки топливовоздушной смеси, ее впрыска, воспламенения и сжигания, отличающийся тем, что вводят в камеры сгорания электрическое поле через электроизолированные от корпуса электроды, выполненные в виде электросвечей зажигания с одними центральными электродами, и поршни двигателя, на все время работы двигателя от запуска до его отключения, причем обрабатывают топливовоздушную смесь непосредственно в камерах сгорания этим полем с напряженностью не ниже 1 кВ/см на всех тактах работы камер сгорания двигателя, а именно озонируют воздух и электростатически распыляют топливо в камеры на такте впуска и сжатия смеси, воспламеняют готовую смесь путем электрического пробоя промежутка между торцом поршня и концом центрального электрода и образования электрической искры, достаточной для воспламенения смеси в момент подхода поршня соответствующей камеры к верхней "мертвой" точке, сжигают в электрическом поле горящую смесь в рабочем такте, дожигают несгоревшие остатки топлива в электрическом поле на выпускном такте, причем регулируют параметры поля (напряженность и частоту) в зависимости от режима работы двигателя и вида топлива по заданному критерию, например, по минимуму токсичности выхлопных газов, либо по критериям минимального расхода топлива, максимальной выходной мощности, крутящего момента.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что повышают эффективность преобразования тепловой энергии расширения газов горящей смеси в энергию поступательного механического движения поршней при одновременном снижении динамических ударных нагрузок на поршни путем ориентации вектора электрического поля вдоль осей цилиндров всех камер сгорания посредством размещения электросвечей зажигания, выполненных с одним электроизолированным центральным электродом, напротив соответствующих поршней камер сгорания, выполненных с электроизоляцией внутренней поверхности рабочего объема камер сгорания и клапанов от корпуса двигателя, путем электростатического напыления керамики, (а в двигателях с впрыском топлива через форсунки непосредственно в камеры) путем дополнительного осуществления режима многоточечного впрыска топлива в течение всего рабочего такта движения поршня под действием давления расширяющихся газов при горении смеси.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно повышают интенсивность и надежность работы поршней и электросвечей зажигания в режиме электроискрового пробоя с центрального электрода на поршень соответствующей камеры сгорания при подходе поршня к верхней "мертвой" точке, путем наплавки на рабочую торцевую поверхность поршней конических выступов с формой и размерами, обеспечивающими предотвращение эффекта калильного зажигания смеси, и одновременно устойчивый электрический пробой высоковольтных потенциалов от бортового источника электрополя в указанном промежутке, а также путем напыления на рабочие торцы поршней иной формы и центральные электроды электросвечей термостойкого и износостойкого покрытия, например, на основе сплава вольфрама и платины, либо корундового покрытия.

4. Способ интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания путем подготовки топливовоздушной смеси, ее впрыска, воспламенения и сжигания, отличающийся тем, что в двигателях с непосредственным впрыском топлива через форсунки в камеры, вводят электрическое поле внутрь камер сгорания через электроизолированные от корпуса двигателя центральные части форсунок, электрически соединенные между собой, и используют их в качестве электросвечей зажигания, причем подают второй потенциал электрического поля непосредственно на корпус двигателя.

5. Способ интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания путем подготовки топливовоздушной смеси, ее впрыска, воспламенения и сжигания, отличающийся тем, что вводят электрическое поле во впускной коллектор и камеры сгорания на все время работы двигателя, причем во впускной коллектор его вводят через электроизолированные от корпуса топливные форсунки, а в камеры сгорания это поле вводят через изолированные от корпуса центральные электроды электросвечей зажигания, а второй потенциал электрического поля подают непосредственно на корпус двигателя, причем настраивают параметры поля, конструктивные размеры электросвечей и форсунок из условия надежного искрообразования от центрального электрода электросвечей на соответствующий поршень в его верхней "мертвой" точке и воспламенения сжатой смеси в соответствующих камерах, и одновременно, предотвращения электропробоя с форсунок на корпус впускного коллектора, и с центрального электрода свечей зажигания смеси на впускной и выпускной клапаны камер сгорания, путем выполнения поверхностей клапанов электроизолированными от корпуса двигателя, либо путем предварительного разделения фаз впуска топливной смеси, и выпуска отработавших выхлопных газов из соответствующих камер сгорания во времени, например, путем пространственного разворота соответствующих эксцентриковых кулачков распределительного вала двигателя, а эффективность преобразования тепловой энергии расширения газов горящей смеси в энергию поступательного механического движения поршней при одновременном снижении динамических ударных нагрузок на поршни обеспечивают путем дополнительного осуществления режима многоточечного впрыска топлива в течение всего рабочего такта движения поршня под действием давления расширяющихся газов при горении смеси.

6. Способ интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания путем подготовки топливовоздушной смеси, ее впрыска, воспламенения и сжигания, отличающийся тем, что в карбюраторном двигателе вводят электрическое поле внутрь впускного коллектора и внутрь камер сгорания через упомянутые выше центральные электроизолированные электроды электросвечей зажигания, подают второй потенциал электрического поля непосредственно на корпус двигателя, предварительно регулируют фазы газораспределения, путем пространственного разворота эксцентриковых кулачков распределительного вала, для разделения фаз впуска смеси и выпуска выхлопных газов во времени, либо вводят электрическое поле от бортового высоковольтного преобразователя автогенераторного типа, в камеры сгорания, только на время рабочих тактов через существующий трамблер с ротором, дополненным механическим "флажком", присоединенным электрически к опорной пластине ротора, удлиняющим время подачи высокого напряжения в камеры в течение всего рабочего такта поршней двигателя.

7. Способ интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания путем подготовки топливовоздушной смеси, ее впрыска, воспламенения и сжигания, отличающийся тем, что в дизельном двигателе вводят электрическое поле внутрь камер сгорания через электроизолированные топливные форсунки, причем второй потенциал электрического поля подают непосредственно на корпус двигателя.

8. Способ по пп. 1, 4, 6, 7, отличающийся тем, что осуществляют первичную настройку параметров электрического поля и конструктивных параметров центральных электроизолированных электродов внутри камер сгорания без подачи топлива при положении поршней соответствующих камер сгорания в верхней "мертвой" точке, в функции первичного тока бортового высоковольтного преобразователя напряжения, присоединенного по электропитанию к бортовой аккумуляторной батарее, и добиваются соответствия момента максимального первичного тока в режиме электрического пробоя между поршнем и концом электроизолированного от корпуса центрального электрода модернизированной электросвечи зажигания в соответствующей камере сгорания и момента подхода соответствующего поршня к верхней "мертвой" точке в данном цилиндре двигателя, после чего подают топливо во впускной коллектор и осуществляют подстройку параметров электрополя до достижения максимальных оборотов двигателя в режиме его холостого хода.

9. Способ по пп. 1 - 8, отличающийся тем, что параметры электрического поля в камерах сгорания и во впускном коллекторе двигателя изменяют от бортового высоковольтного автогенераторного преобразователя напряжения в частотном диапазоне от 0 до 50 кГц, а по амплитуде от 0 до 100 киловольт, по установленной мощности высоковольтного преобразователя от нескольких ватт до киловатта исходя из примерного соотношения величин тепловой мощности горящей в камерах топливной смеси и установленной электрической мощности высоковольтного преобразователя напряжения 1000:1, параметры электрического поля регулируют в зависимости от типа и мощности двигателя внутреннего сгорания, вида топлива, режима работы, причем для получения в камерах сгорания электрического поля нулевой частоты используют высоковольтный выпрямитель или умножитель напряжения, а регулирование параметров выходного напряжения осуществляют по низкой стороне путем регулирования частоты и скважности индуктивного автогенератора.

10. Способ по пп. 1 - 9, отличающийся тем, что автоматически отключают цепь электропитания высоковольтного преобразователя напряжения при электропробое проходных электроизоляторов, устанавливаемых в месте крепления двигателя между корпусом двигателя и шасси транспортного средства.

11. Устройство для интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания, содержащее двигатель внутреннего сгорания с камерами сгорания, поршнями, впускными и выпускными клапанами, включающий систему подготовки, распределения и впрыска топливовоздушной смеси 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, регулятору угла опережения зажигания смеси, а по входу к выходам указанных датчиков, отличающееся тем, что высоковольтный преобразователь напряжения выполнен в виде повышающего индуктивного автогенератора напряжения непрерывного действия, (регулируемого источника электрического поля), инвариантного к внешним коротким замыканиям, в виде электрической дуги, с каналами управления по скважности и частоте с диапазоном регулирования частоты (от 0 до 50 кГц) и амплитуды выходного напряжения (от 0 до 100 кВ), снабженного встроенным высоковольтным выпрямителем, с установленной мощностью примерно в тысячу раз меньше установленной мощности двигателя, в качестве электрических свечей электроискрового зажигания смеси используют электросвечи зажигания с единственным удлиненным электроизолированным от корпуса центральным электродом, электрически присоединенные к одному из выходов высоковольтного бортового преобразователя напряжения, второй выход которого присоединен к корпусу двигателя, регулятор опережения угла зажигания выполнен в виде регулятора напряженности электрического поля и присоединен по входным каналам управления к выходам упомянутых датчиков через логически-функциональный оптимизатор режима работы двигателя, а выходом присоединен к системе управления высоковольтного преобразователя напряжения, система управления преобразователем снабжена дополнительно датчиком первичного тока, размещенного в цепи электропитания преобразователя от бортовой аккумуляторной батареи, релейным сравнивающим элементом с регулируемой установкой по току, равному току потребления преобразователем в режиме электрической дуги с выхода соответствующего центрального электрода электросвечи зажигания на соответствующий поршень, причем выход датчика первичного тока присоединен через данный релейный сравнивающий элемент к каналу регулирования выходных параметров электрического поля либо через упомянутый оптимизатор или непосредственно в зависимости от режима настройки источника электрического поля внутри камер сгорания.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что электросвечи зажигания с единственным электроизолированным центральным электродом размещены в камерах сгорания соосно с цилиндрами камер сгорания непосредственно над поршнями, внутренняя рабочая поверхность камер сгорания и клапаны покрыты слоем электроизолятора, а рабочие поверхности торцов поршней и центральных электродов электросвечей покрыты слоем термостойкого и коррозионно-стойкого металла, сплава, корунда или вольфрама, система газораспределения отрегулирована из условия разнесения во времени фаз впуска смеси и выпуска выхлопных газов из камер сгорания, посредством пространственного поворота эксцентриковых кулачков распределительного вала двигателя, система электроискрового воспламенения топливной смеси отрегулирована из условия возникновения электрической дуги между торцом центрального электрода электросвечи и соответствующим поршнем, находящимся в верхней "мертвой" точке соответствующей камеры сгорания, а также по условию предотвращения калильного зажигания с рабочих поверхностей центрального электрода электросвечей и торцов поршней, посредством установки взаимозависимых параметров электрического поля и конструктивных параметров электросвечей зажигания (длина и толщина рабочей части центрального электрода, форма торцевой рабочей поверхности поршней, с коническим центральным выступом в сторону центрального электрода).

13. Устройство для интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания, содержащее двигатель внутреннего сгорания с камерами сгорания, поршнями, впускными и выпускными клапанами, включающий систему подготовки, распределения и впрыска топливовоздушной смеси 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, регулятору угла опережения зажигания смеси, а по входу к выходам указанных датчиков, отличающееся тем, что в двигателе с впрыском топлива через топливные форсунки непосредственно в камеры сгорания, форсунки выполнены электроизолированными от корпуса двигателя, электрически соединены между собой и присоединены к одному их выходов высоковольтного преобразователя напряжения, другой выход которого присоединен непосредственно к корпусу двигателя, причем топливопровод, питающий топливные форсунки, также электроизолирован от форсунок, и выполнен из электроизоляционного материала, из химически стойкой пластмассы.

14. Устройство для интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания, содержащее двигатель внутреннего сгорания с камерами сгорания, поршнями, впускными и выпускными клапанами, включающий систему подготовки, распределения и впрыска топливовоздушной смеси 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, регулятору угла опережения зажигания смеси, а по входу к выходам указанных датчиков, отличающееся тем, что топливные форсунки выполнены электроизолированными от корпуса, ввернуты во впускном коллекторе, электрически соединены между собой и подключены к одному из выходов высоковольтного преобразователя напряжения, все центральные электроизолированные от корпуса двигателя электроды электросвечей также электрически соединены между собой и присоединены к тому же выходу преобразователя, второй выход которого электрически присоединен к корпусу двигателя, причем топливопровод, питающий топливные форсунки, выполнен из электроизоляционного материала, из химически стойкой пластмассы, причем длину рабочей электроизолированной части топливных форсунок и величину напряженности электрического поля во впускном коллекторе выбирают из условия предотвращения электрического пробоя источника на впускной коллектор.

15. Устройство для интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания, содержащее двигатель внутреннего сгорания с камерами сгорания, поршнями, впускными и выпускными клапанами, включающий систему подготовки, распределения и впрыска топливовоздушной смеси 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, регулятору угла опережения зажигания смеси, а по входу к выходам указанных датчиков, отличающееся тем, что в двигателе карбюраторного типа использованы в качестве электросвечей зажигания электросвечи зажигания с электроизолированными от корпуса центральными электродами, которые электрически соединены между собой и присоединены к одному из выходов высоковольтного преобразователя напряжения, второй выход которого электрически присоединен к корпусу двигателя, дополнительно выходы высоковольтного преобразователя присоединены к аналогичным центральным электроизолированным от корпуса электродам электросвечей, ввернутых во впускной коллектор двигателя.

16. Устройство для интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания, содержащее двигатель внутреннего сгорания с камерами сгорания, поршнями, впускными и выпускными клапанами, включающий систему подготовки, распределения и впрыска топливовоздушной смеси в камеры сгорания с регуляторами подачи топлива и окислителя, систему электроискрового воспламенения топливовоздушной смеси, cостоящую 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, регулятору угла опережения зажигания смеси, а по входу к выходам указанных датчиков, отличающееся тем, что в дизельном двигателе для реализации предложенного способа топливные форсунки выполнены электроизолированными от корпуса двигателя и от топливопровода, электрически соединены между собой и присоединены к одному из выходов высоковольтного преобразователя напряжения, второй выход которого электрически присоединен к корпусу двигателя.

17. Устройство для интенсификации работы двигателя внутреннего сгорания, содержащее двигатель внутреннего сгорания с камерами сгорания, поршнями, впускными и выпускными клапанами, включающий систему подготовки, распределения и впрыска топливовоздушной смеси 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, регулятору угла опережения зажигания смеси, а по входу к выходам указанных датчиков, отличающееся тем, что снабжено устройством электрозащиты транспортного средства с двигателями, использующими в качестве катализаторов сжигания топливной смеси электрические поля внутри камер сгорания, содержащих электроизоляторы, между корпусом двигателя и шасси транспортного средства, датчик высокого напряжения с электрической развязкой, например оптическую пару из светодиода и фотодиода, размещенную на шасси транспортного средства, исполнительный релейный орган в виде полупроводникового реле, присоединенный по цепи управления к выходу упомянутого оптического датчика электрического поля, а по выходу последовательно в цепь электропитания высоковольтного преобразователя напряжения.