RU181683U1 - Multi-focal volumetric internal combustion engine - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к двигателестроению, и может быть использована при реализации двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с системой зажигания на основе СВЧ-излучения, применяемым в автомобилестроении, в авиации и в иных областях, в которых используются ДВС. Технический результат - обеспечение сжигания топлива по всему объему камеры сгорания, значительное снижение затрат энергии пробоя; увеличение скорости и полноты сгорания топлива, а также повышение экологичности. ДВС содержит, по меньшей мере, одну камеру сгорания, образованную цилиндром и рабочей поверхностью поршня, установленного в цилиндре с возможностью совершения возвратно-поступательных перемещений внутри цилиндра, с отверстиями для впускного и выпускного клапанов. Как минимум, одна камера сгорания снабжена генератором СВЧ-излучения и инициаторами, расположенными или выполненными, как минимум, на рабочей поверхности поршня. Инициаторы, находящиеся на рабочей поверхности поршня, выполнены в виде стержней, длина определена из условия соответствия половине длины волны СВЧ-излучения, возникающего при работе генератора СВЧ-излучения. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to engine building, and can be used in the implementation of an internal combustion engine (ICE) with an ignition system based on microwave radiation used in the automotive industry, in aviation and in other areas in which ICEs are used. The technical result is the provision of fuel combustion throughout the volume of the combustion chamber, a significant reduction in the cost of breakdown energy; increase in speed and completeness of fuel combustion, as well as increased environmental friendliness. ICE contains at least one combustion chamber formed by the cylinder and the working surface of the piston mounted in the cylinder with the possibility of reciprocating movements inside the cylinder, with openings for the intake and exhaust valves. At least one combustion chamber is equipped with a microwave radiation generator and initiators located or made at least on the working surface of the piston. The initiators located on the working surface of the piston are made in the form of rods, the length is determined from the condition of matching half the wavelength of microwave radiation arising from the operation of the microwave radiation generator. 5 cp f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к двигателестроению, и может быть использована при реализации двигателя внутреннего сгорания с системой зажигания на основе сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения, применяемым в автомобилестроении, в авиации (в том числе в беспилотных летательных аппаратах), а также в судостроении, железнодорожной технике и в иных областях, в которых используются двигатели внутреннего сгорания.The utility model relates to engine building, and can be used in the implementation of an internal combustion engine with an ignition system based on microwave radiation used in the automotive industry, in aviation (including unmanned aerial vehicles), as well as in shipbuilding, railway equipment and in other areas in which internal combustion engines are used.

Широко известны двигатели внутреннего сгорания, в том числе поршневые (см., например, RU 94036612 A1, Кл. F02P 3/01, F02P 15/10, опубл. 10.08.1996; RU 94025682 А1, Кл. F01L 1/26, F02F1/24, опубл. 27.05.1996; RU 94036862 А, Кл. А02В 19/00, F02B 19/16, опубл. 20.09.1996, и иных источниках), в которых для инициирования воспламенения топлива в камере сгорания устанавливают одну или несколько свечей зажигания.Internal combustion engines, including piston ones, are widely known (see, for example, RU 94036612 A1, Cl. F02P 3/01, F02P 15/10, publ. 08/10/1996; RU 94025682 A1, Cl. F01L 1/26, F02F1 / 24, publ. 05.27.1996; RU 94036862 A, CL A02B 19/00, F02B 19/16, publ. 09/20/1996, and other sources), in which one or more candles are installed in the combustion chamber to initiate ignition of the fuel ignition.

Недостатком такого двигателя является воспламенение топлива в зазоре свечи зажигания, т.е. не по всему объему камеры сгорания. Локальность такого поджигания ведет к образованию вредных выбросов, в числе которых оксиды и окислы азота (Nox), в высокотемпературных зонах и ограничению скорости горения, т.е. фактически частоты вращения двигателя.The disadvantage of this engine is the ignition of the fuel in the gap of the spark plug, i.e. not over the entire volume of the combustion chamber. The locality of such ignition leads to the formation of harmful emissions, including nitrogen oxides and oxides (Nox), in high-temperature zones and a limitation of the burning rate, i.e. actually engine speeds.

Известны варианты двигателей внутреннего сгорания с соответствующими устройствами воспламенения рабочей смеси (см. RU 2003128545 А, кл. F02P 1/00, опубл. 20.03.2005).Known options for internal combustion engines with appropriate ignition devices for the working mixture (see RU 2003128545 A, class F02P 1/00, publ. March 20, 2005).

По первому варианту, устройство воспламенения рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания, содержащем камеру сгорания рабочей смеси с установленным в ней воспламенителем рабочей смеси, схему формирования импульса энергии поджига рабочей смеси с длительностью τ и, вход которой подключен к электронному датчику момента зажигания, а выход соединен с воспламенителем рабочей смеси, дополнительно к электронному датчику момента зажигания подключены через линию задержки с временем задержки τ 3, взятым τ у≤τ3≤(2-3)τ и, вход схемы формирования импульса энергии поджига рабочей смеси и через выключатель - клемма запуска ждущего генератора импульса СВЧ-энергии с частотой сигнала не менее собственной резонансной частоты камеры сгорания рабочей смеси, а выход ждущего генератора импульса СВЧ-энергии длительностью τ с равной τ с=τ 3+(0-5)τ и и выход схемы формирования импульса энергии поджига рабочей смеси подключены к воспламенителю рабочей смеси через цепь СВЧ-развязки со схемой формирования импульса энергии поджига рабочей смеси, где τ 3 - время опережения переднего фронта импульса СВЧ-энергии момента зажигания, τ с - длительность импульса СВЧ-энергии, τ у - время установления импульса СВЧ-энергии в камере сгорания, τ и - длительности импульса энергии поджига рабочей смеси.According to the first embodiment, the device for ignition of the working mixture in internal combustion engines, containing the combustion chamber of the working mixture with a working mixture igniter, a pulse generation circuit for igniting the working mixture with a duration of τ and, the input of which is connected to an electronic sensor of the ignition moment, and the output is connected with the ignitor of the working mixture, in addition to the electronic sensor of the ignition moment, they are connected via a delay line with a delay time of τ 3 taken τ y≤τ3≤ (2-3) τ and, the input of the formation circuit pulse energy of ignition of the working mixture and through the switch - the start terminal of the waiting microwave pulse generator with a signal frequency of at least the natural resonant frequency of the combustion mixture of the working mixture, and the output of the waiting microwave pulse generator with a duration of τ equal to τ s = τ 3+ (0 -5) τ and the output of the pulse mixture ignition energy pulse generation circuit are connected to the mixture mixture ignitor through a microwave isolation circuit with the pulse mixture ignition energy pulse generation circuit, where τ 3 is the lead time of the leading edge of the pulse Microwave energy of the ignition moment, τ с - pulse duration of microwave energy, τ у - time to establish a pulse of microwave energy in the combustion chamber, τ and - pulse duration of the energy of ignition of the working mixture.

По второму варианту, устройство воспламенения рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания, содержащее камеру сгорания рабочей смеси с установленной в ней форсункой соединенной с системой подачи топлива, достигается тем, что в камере сгорания рабочей смеси установлен излучатель импульса СВЧ-энергии длительностью τ с равной τ с=τ 3+(0-5)τ и, который подсоединен к выходу ждущего генератора импульса СВЧ-энергии с частотой сигнала не менее собственной резонансной частоты камеры сгорания рабочей смеси, клемма запуска которого через выключатель подсоединена к электронному датчику момента зажигания связанного с системой подачи топлива в форсунку отрегулированного на опережение момента зажигания на величину τ 3 взятым τ у≤τ3≤(2-3)τ и, где τ 3 - время опережения переднего фронта импульса СВЧ-энергии момента зажигания, τ с длительность импульса СВЧ-энергии, τ у - время установления импульса СВЧ-энергии в камере сгорания, τ и - длительности импульса энергии поджига рабочей смеси.According to the second option, the device for igniting the working mixture in internal combustion engines, containing the combustion chamber of the working mixture with a nozzle installed in it and connected to the fuel supply system, is achieved by the fact that a microwave pulse emitter with a duration of τ equal to τ s is installed in the combustion chamber of the working mixture = τ 3+ (0-5) τ and, which is connected to the output of the waiting microwave pulse generator with a signal frequency of not less than the natural resonant frequency of the combustion mixture of the working mixture, the start terminal of which through the device is connected to an electronic sensor of the ignition moment associated with the fuel supply system to the nozzle of the ignition timing adjusted by the advance of the ignition by a value of τ 3 taken τ y≤τ3≤ (2-3) τ and, where τ 3 is the lead time of the leading edge of the microwave energy pulse of the moment ignition, τ with the pulse duration of the microwave energy, τ y - the time of establishment of the pulse of microwave energy in the combustion chamber, τ and - the pulse duration of the energy of ignition of the working mixture.

Основным недостатком обоих вариантов является большое количество энергии, необходимое для поджига рабочей смеси. Кроме того, несмотря на применение импульсов СВЧ-энергии. Такое поджигание все же является локальным, что ограничивает объемное (в полном объеме) сгорание топлива с высокой скоростью, и, как следствие, ограничивает частоту вращения двигателя и приводит к образованию вредных веществ (в числе которых оксиды и окислы азота (Nox)).The main disadvantage of both options is the large amount of energy required to ignite the working mixture. In addition, despite the use of pulses of microwave energy. Such ignition is still local, which limits the volume (in full) combustion of the fuel at a high speed, and, as a result, limits the engine speed and leads to the formation of harmful substances (including nitrogen oxides and oxides (Nox)).

Известен (см. RU 2011123536 А, кл. F02D 23/00, опубл. 20.12.2012) двигатель внутреннего сгорания с устройством воспламенения рабочей смеси, содержащим камеру сгорания рабочей смеси, устройство подачи топлива в камеру сгорания, систему подачи СВЧ-энергии в камеру сгорания и излучатель СВЧ-энергии. В систему подачи СВЧ-энергии дополнительно введен компаратор, система подачи СВЧ-энергии выполнена в виде волновода, а излучатель СВЧ-энергии выполнен в виде излучающего раструба, закрытого со стороны камеры сгорания огнеупорной радиопрозрачной заглушкой.Known (see RU 2011123536 A, class F02D 23/00, publ. 12/20/2012) an internal combustion engine with a device for ignition of a working mixture containing a combustion chamber of a working mixture, a device for supplying fuel to a combustion chamber, a system for supplying microwave energy to a chamber combustion and microwave energy emitter. A comparator is additionally introduced into the microwave energy supply system, the microwave energy supply system is made in the form of a waveguide, and the microwave energy emitter is made in the form of a radiating bell, closed from the side of the combustion chamber with a refractory radio-transparent plug.

Недостатки данного двигателя практически повторяют недостатки, указанные выше для вариантов двигателя согласно RU 2003128545 А.The disadvantages of this engine practically repeat the disadvantages indicated above for engine options according to RU 2003128545 A.

Техническим результатом настоящей полезной модели:The technical result of this utility model:

обеспечение сжигания топлива в камере сгорания по всему ее объему;ensuring the combustion of fuel in the combustion chamber throughout its volume;

значительное снижение затрат энергии пробоя;significant reduction in breakdown energy costs;

увеличение скорости сгорания топлива;increase in fuel combustion rate;

обеспечение полноты сгорания топлива;ensuring the completeness of fuel combustion;

повышение экологичности - снижение вредных веществ (в том числе оксидов и окислов азота (Nox)) в выбросах,environmental friendliness - reduction of harmful substances (including oxides and nitrogen oxides (Nox)) in emissions,

повышение КПД двигателя внутреннего сгорания, за счет синергетического эффекта - достижения указанных преимуществ в совокупности;increasing the efficiency of the internal combustion engine, due to the synergistic effect - the achievement of these advantages in the aggregate;

создание двигателя внутреннего сгорания с объемным многоочаговым зажиганием согласно предложенному техническому решению, охарактеризованному в формуле полезной модели;creation of an internal combustion engine with volumetric multifocal ignition according to the proposed technical solution, described in the formula of the utility model;

простота настройки и регулирования двигателя и - при необходимости - возможность управления им в процессе работы.ease of adjustment and regulation of the engine and, if necessary, the ability to control it during operation.

Достигаемый технический результат обеспечивается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с объемным многоочаговым зажиганием, содержащем, по меньшей мере, одну камеру сгорания, образованную цилиндром и рабочей поверхностью поршня, установленного в цилиндре с возможностью совершения возвратно-поступательных перемещений внутри цилиндра, с отверстиями для впускного и выпускного клапанов, как минимум, одна камера сгорания снабжена генератором СВЧ-излучения и инициаторами, расположенными или выполненными, как минимум, на рабочей поверхности поршня, причем инициаторы, находящиеся на рабочей поверхности поршня, выполнены в виде стержней, длина которых соответствует половине длины волны СВЧ-излучения, возникающего при работе генератора СВЧ-излучения.Achievable technical result is ensured by the fact that in an internal combustion engine with volumetric multifocal ignition containing at least one combustion chamber formed by a cylinder and a piston working surface mounted in the cylinder with the possibility of reciprocating movements inside the cylinder, with inlet openings and exhaust valves, at least one combustion chamber is equipped with a microwave generator and initiators located or made at least on the working surface NOSTA piston, wherein the initiators are on the working surface of the piston, made in the form of rods, the length of which corresponds to half the wavelength of the microwave radiation produced by the microwave generator.

В частных случаях выполнения двигателя:In special cases of engine performance:

Преимущественно, стержни имеют одинаковую длину и сечение.Mostly, the rods have the same length and cross section.

В некоторых частных случаях выполнения, по меньшей мере, один из стержней отличается от других, по крайней мере, сечением и/или длиной, причем условие соответствия длины стержня половине длины волны СВЧ-излучения не нарушается.In some particular cases of execution, at least one of the rods differs from the others by at least a cross-section and / or length, and the condition for the correspondence of the length of the rod to half the wavelength of the microwave radiation is not violated.

Инициаторы на рабочей поверхности поршня и/или генератор СВЧ-излучения размещены таким образом, чтобы, при работе двигателя, по меньшей мере, при подходе поршня к верхней мертвой точке (в момент воспламенения или поджигания топлива) они находились в фокусе СВЧ-излучения.The initiators on the piston working surface and / or the microwave radiation generator are placed in such a way that, when the engine is running, at least when the piston approaches the top dead center (at the moment of ignition or ignition of the fuel), they are in the focus of microwave radiation.

Двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит блок управления или контроллер, при этом впускной и выпускной клапаны, а также генератор СВЧ-излучения соединены с указанным блоком управления или контроллером двигателя внутреннего сгорания.The internal combustion engine further comprises a control unit or controller, wherein the intake and exhaust valves, as well as the microwave radiation generator, are connected to said control unit or controller of the internal combustion engine.

Генератор СВЧ-излучения выполнен с возможностью изменения параметров, формы и/или направления СВЧ-излучения, например, по заранее заданному алгоритму.The microwave radiation generator is configured to change the parameters, shape and / or direction of the microwave radiation, for example, according to a predetermined algorithm.

Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами (фиг. 1), на котором представлена принципиальная схема предложенного двигателя внутреннего сгорания с объемным многоочаговым зажиганием.The essence of the claimed utility model is illustrated by graphic materials (Fig. 1), which shows a schematic diagram of the proposed internal combustion engine with volumetric multifocal ignition.

Двигатель внутреннего сгорания содержит камеру сгорания, образованную цилиндром 1, в котором находится поршень 2, который выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения (перемещения) относительно цилиндра.The internal combustion engine comprises a combustion chamber formed by a cylinder 1, in which there is a piston 2, which is arranged to reciprocate (move) relative to the cylinder.

Поршень посредством кинематического соединения соединен с валом, в процессе работы двигателя приводя его во вращение. Цилиндр 1 (и, соответственно, камера сгорания) содержит отверстия для впускного клапана 3 и выпускного клапана 4, соответственно, соединенных с системами подачи топлива и отвода продуктов сгорания (не показаны). Впускной 3 и выпускной 4 клапаны установлены в соответствующих отверстиях, как показано на рис. 1. Возможны также частные случаи выполнения, при котором камера сгорания через указанные отверстия соединена с соответствующими клапанами 3 и 4 в случае их установки не в указанных отверстиях.The piston by means of a kinematic connection is connected to the shaft, during the operation of the engine, causing it to rotate. The cylinder 1 (and, accordingly, the combustion chamber) contains openings for the intake valve 3 and exhaust valve 4, respectively, connected to the fuel supply and exhaust systems (not shown). Inlet 3 and outlet 4 valves are installed in the corresponding holes, as shown in Fig. 1. There are also special cases of execution in which the combustion chamber through these openings is connected to the corresponding valves 3 and 4 if they are not installed in the indicated openings.

С одного из торцов цилиндра 1 (со стороны рабочей поверхности поршня 2) располагается генератор СВЧ-излучения 5. Генератор СВЧ-излучения 5 соединен с системой (узлом) подачи СВЧ-энергии или/или с источником СВЧ-энергии и/или узлом формирования СВЧ-сигнала, или может содержать соответствующие вышеуказанные узлы.From one of the ends of the cylinder 1 (from the side of the working surface of the piston 2) there is a microwave radiation generator 5. A microwave radiation generator 5 is connected to a microwave energy supply system (node) or / or to a microwave energy source and / or microwave generation unit -signal, or may contain the corresponding above nodes.

Как минимум, на верхней (рабочей) поверхности поршня 2 расположены - установлены (например, запрессованы) или выполнены инициаторы 6 в виде стержней. Стержни размещены на поверхности поршня 2 протяженной своей стороной, например, с определенным шагом друг от друга. В частных случаях возможно расположение стержней другом за другом или в клетчатом порядке.At least, on the upper (working) surface of the piston 2 are located - installed (for example, pressed in) or made initiators 6 in the form of rods. The rods are placed on the surface of the piston 2 with its extended side, for example, with a certain pitch from each other. In special cases, it is possible to arrange the rods one after another or in a checkered order.

Длина упомянутых стержней 6 определяется исходя из условия соответствия ее половине длины волны СВЧ-излучения, которое будет использовано при работе двигателя.The length of the said rods 6 is determined based on the condition that it corresponds to half the wavelength of the microwave radiation that will be used when the engine is running.

В идеальных условиях должно соблюдаться полное равенство длины стержней и половины длины волны СВЧ-излучения, т.е. тождество; однако на практике, в силу различных причин, сложно обеспечить выполнения этого равенства.Under ideal conditions, the full equality of the length of the rods and half the wavelength of microwave radiation should be observed, i.e. identity; however, in practice, for various reasons, it is difficult to ensure the fulfillment of this equality.

Таким образом, под условием соответствия длины стержней и половины длины волны СВЧ-излучения понимается как условие равенства (точного или полного соответствие указанных величин), так и условие приблизительного равенства упомянутых величин, с незначительным отклонением, вызванным, например, определенной долей погрешности или допущения, однако с максимально возможным приближением к точному соответствию. Указанное отклонение может быть вызвано, например, погрешностями или допущениями при изготовлении.Thus, under the condition of correspondence of the length of the rods and half the wavelength of the microwave radiation is understood both the condition of equality (exact or complete correspondence of the indicated values) and the condition of approximate equality of the said values, with a slight deviation caused, for example, by a certain share of error or assumption, however, as close as possible to an exact match. The indicated deviation may be caused, for example, by errors or manufacturing assumptions.

Таким образом, длина стержней должна быть равна или примерно равна половине длины волны применяемого СВЧ-излучения.Thus, the length of the rods should be equal to or approximately equal to half the wavelength of the applied microwave radiation.

Целесообразно, чтобы инициаторы (стержни) 6 на рабочей поверхности поршня 2 располагались таким образом, чтобы, при работе двигателя, по меньшей мере, при подходе поршня 2 к верхней мертвой точке (в момент воспламенения или поджигания топлива) они находились в фокусе СВЧ-излучения генератора 6.It is advisable that the initiators (rods) 6 on the working surface of the piston 2 are located so that, when the engine is running, at least when the piston 2 approaches the top dead center (at the moment of ignition or ignition of the fuel), they are in the focus of microwave radiation generator 6.

Очевидно, что стержни 6 должны быть выполнены из токопроводящего, жаростойкого и тугоплавкого материала с высокой твердостью. Характеристики такого материала могут быть аналогичны характеристикам материала, из которого изготовлен поршень 2.It is obvious that the rods 6 should be made of conductive, heat-resistant and refractory material with high hardness. The characteristics of such a material may be similar to the characteristics of the material of which the piston 2 is made.

Расположение инициаторов 6 в виде стержней по отношению к оси цилиндра может быть как ортогональным, так и с отклонением от ортогональности, таким образом, чтобы при взаимодействии с СВЧ-излучением от генератора 5 они образовывали полуволновой вибратор.The location of the initiators 6 in the form of rods with respect to the axis of the cylinder can be either orthogonal or deviating from orthogonality, so that when interacting with microwave radiation from the generator 5, they form a half-wave vibrator.

Необходимо отметить, что в дополнение к инициаторам 6, расположенным на рабочей поверхности поршня 2, камера сгорания может быть также снабжена дополнительными инициаторами, расположенными, например, на торцевой поверхности цилиндра или на его внутренней поверхности (не показаны).It should be noted that in addition to the initiators 6 located on the working surface of the piston 2, the combustion chamber can also be equipped with additional initiators located, for example, on the end surface of the cylinder or on its inner surface (not shown).

Двигатель внутреннего сгорания с объемным многоочаговым зажиганием работает следующим образом:An internal combustion engine with volumetric multifocal ignition operates as follows:

В камеру сгорания через впускной клапан 3 подается топливная смесь. В момент сжатия топливной смеси путем перемещения поршня 2 происходит поджиг горючей смеси.The fuel mixture is supplied to the combustion chamber through the intake valve 3. At the time of compression of the fuel mixture by moving the piston 2 is ignition of the combustible mixture.

Инициаторы 6 облучаются квазиоптическими пучками, которые генерируются излучением (преимущественно, импульсами, длительностью порядка 1 мкс) генератора 5. Инициаторы разряда 6 выступают в роли полуволнового вибратора, и в результате возникающего резонанса генерируется стримерный СВЧ разряд, который распространяется от инициаторов в направлении, противоположном направлению СВЧ-излучения, и, с учетом отражений, охватывает весь объем камеры сгорания.The initiators 6 are irradiated with quasi-optical beams, which are generated by the radiation (mainly pulses, of the order of 1 μs) of the generator 5. The initiators of discharge 6 act as a half-wave vibrator, and as a result of the resulting resonance, a streamer microwave discharge is generated, which propagates from the initiators in the opposite direction Microwave radiation, and, taking into account reflections, covers the entire volume of the combustion chamber.

Разряд, распространяясь по всему объему камеры сгорания, в свою очередь, возбуждает атомы кислорода, вследствие чего появляется жесткое ультрафиолетовое (УФ) излучение, осуществляющее дополнительную активацию топливной смеси, что содействует большей области горения и ускоряет сгорание топливной смеси при сравнимых значениях затраченной энергии.The discharge, spreading over the entire volume of the combustion chamber, in turn, excites oxygen atoms, as a result of which hard ultraviolet (UV) radiation appears, which additionally activates the fuel mixture, which contributes to a larger combustion area and accelerates the combustion of the fuel mixture at comparable energy expended.

Таким образом, стримерный разряд обеспечивает постоянное наличие "горячих" плазменных каналов во всем объеме камеры сгорания, и, тем самым, создаются условия для образования лавины электронов и большого количества промоторов горения. Все это приводит к существенному улучшению качества процесса сгорания топлива: увеличивается скорость и полнота сгорания топлива.Thus, the streamer discharge ensures the constant presence of “hot” plasma channels in the entire volume of the combustion chamber, and, thereby, conditions are created for the formation of an avalanche of electrons and a large number of combustion promoters. All this leads to a significant improvement in the quality of the fuel combustion process: the speed and completeness of fuel combustion increases.

Скорость распространения стримерного разряда в зависимости от скорости, температуры и полного давления рабочей смеси может достигать 10-15 км/с, то есть обеспечивает практически мгновенное объемное инициирование горения топлива в камере сгорания.Depending on the speed, temperature and total pressure of the working mixture, the streamer discharge propagation velocity can reach 10-15 km / s, that is, it provides almost instantaneous volumetric initiation of fuel combustion in the combustion chamber.

По сравнению с источниками, принятыми в качестве аналогов, при прочих равных условиях затрачивается значительно меньше энергии на разряд пробоя, причем обеспечиваются необходимые (настраиваемые или регулируемые) объем и форма инициирования объемного сгорания топливаCompared to sources accepted as analogues, ceteris paribus significantly less energy is spent on breakdown discharge, and the necessary (customizable or adjustable) volume and form of initiation of volumetric combustion of the fuel are provided

Величина разряда зависит от напряженности СВЧ-поля, которая, при необходимости, может быть заранее предустановленной, настраиваемой либо регулируемой в процессе работы.The magnitude of the discharge depends on the microwave field strength, which, if necessary, can be pre-installed, adjustable or adjustable during operation.

Продукты сгорания выводятся через выпускной клапан, соответственно, в систему отвода продуктов сгорания.The combustion products are discharged through the exhaust valve, respectively, into the exhaust system.

Верхнее значение длины волны СВЧ-излучения определяется исходя из размеров поршня двигателя. Таким образом, наиболее часто используемым будет СВЧ-излучение с длиной волны в диапазоне ориентировочно от 1 до 20 см. Тем не менее, возможно использование всего диапазона волн СВЧ-излучения.The upper value of the wavelength of microwave radiation is determined based on the size of the piston of the engine. Thus, microwave radiation with a wavelength in the range of approximately 1 to 20 cm will be most commonly used. Nevertheless, it is possible to use the entire wavelength range of microwave radiation.

Очевидно, что двигатель может содержать более одной камеры сгорания, например, при использовании большего количества цилиндров. По меньшей мере, часть из них могут быть оборудованы соответствующими генераторами СВЧ-излучения и инициаторами.Obviously, an engine may contain more than one combustion chamber, for example, when using more cylinders. At least some of them can be equipped with appropriate microwave generators and initiators.

В частных случаях выполнения технического решения:In special cases, the implementation of a technical solution:

В предпочтительных случаях выполнения стержни могут быть выполнены одинаковой длины и сечения.In preferred cases, the rods can be made of the same length and cross section.

Однако в некоторых случаях, по меньшей мере, один из стержней отличается от других, по крайней мере, сечением и/или незначительно отличается длиной, причем должно выполняться условие примерного равенства половине длины волны СВЧ-излучения.However, in some cases, at least one of the rods differs from the others, at least in cross-section and / or slightly different in length, and the condition of approximately equal to half the wavelength of microwave radiation should be fulfilled.

В некоторых случаях целесообразно, чтобы инициаторы на рабочей поверхности поршня и/или генератор СВЧ-излучения размещены (и предварительно настроены) таким образом, чтобы, по меньшей мере, при подходе поршня к верхней мертвой точке - в момент воспламенения (за счет сжатия) или поджигания топлива - они находились в фокусе СВЧ-излучения.In some cases, it is advisable that the initiators on the piston working surface and / or the microwave radiation generator are placed (and pre-configured) so that, at least when the piston approaches the top dead center, at the moment of ignition (due to compression) or ignition of fuel - they were in the focus of microwave radiation.

Двигатель внутреннего сгорания может также дополнительно содержать блок управления или контроллер (не показаны), при этом впускной 3 и выпускной 4 клапаны, а также генератор СВЧ-излучения 5 соединены с указанным блоком управления или контроллером двигателя внутреннего сгорания.The internal combustion engine may also further comprise a control unit or controller (not shown), wherein the inlet 3 and outlet 4 valves, as well as the microwave radiation generator 5 are connected to the specified control unit or controller of the internal combustion engine.

Генератор СВЧ-излучения 5 выполнен с возможностью изменения параметров (амплитуды, частоты в незначительных пределах), формы и/или направления СВЧ-излучения, например, по заранее заданному алгоритму.The microwave radiation generator 5 is configured to change parameters (amplitude, frequency within insignificant limits), the shape and / or direction of the microwave radiation, for example, according to a predetermined algorithm.

Однако в некоторых частных случаях выполнения осуществляется настройка двигателя перед его запуском, и в процессе работы двигателя изменение параметров, формы или направления СВЧ-излучения не осуществляется.However, in some special cases, the engine is tuned before it is started, and during the operation of the engine, the parameters, shapes or directions of the microwave radiation are not changed.

Указанные выше признаки позволят регулировать объем и форму области объемного инициирования горения топлива и обеспечить сжигание топлива в камере сгорания по всему ее объемуThe above signs will allow you to adjust the volume and shape of the area of the volumetric initiation of fuel combustion and ensure the combustion of fuel in the combustion chamber throughout its volume

За счет возникновения стримерного разряда и образования большого количества промоторов горения достигается значительное снижение затрат энергии пробоя (Расчеты и проведенные эксперименты показывают, что энергия пробоя может быть снижена на 2 порядка по сравнению с электроискровым зажиганием посредством свечей), а также значительное увеличение скорости сгорания смеси (в 2-3 раза по сравнению с электроискровым зажиганием посредством свечей), что обеспечивает полное сгорание по всему объему камеры сгорания на высоких оборотах двигателя внутреннего сгорания (что, в свою очередь, важно для спортивных автомобилей и мотоциклов).Due to the occurrence of a streamer discharge and the formation of a large number of combustion promoters, a significant reduction in the breakdown energy is achieved (calculations and experiments show that the breakdown energy can be reduced by 2 orders of magnitude compared to spark ignition by means of candles), as well as a significant increase in the rate of combustion of the mixture ( 2-3 times compared to spark ignition by means of spark plugs), which ensures complete combustion throughout the entire volume of the combustion chamber at high engine speeds Cored oil combustion (which, in turn, is important for the sports cars and motorcycles).

Увеличение полноты (качества) сгорания и скорости горения топлива за счет наличия промоторов горения приводит также к существенному снижению в выбросах оксидов и окислов азота (Nox),An increase in the completeness (quality) of combustion and the burning rate of the fuel due to the presence of combustion promoters also leads to a significant decrease in emissions of nitrogen oxides and oxides (Nox),

При выполнении технического решения может быть достигнута такая скорость сгорания топлива, которая позволяет поднять скорость вращения вала двигателя до 15-18 тыс. об/мин, что особенно важно для малогабаритных высокофорсированных двигателей внутреннего сгорания, используемых в беспилотных летательных аппаратах. Снижение вредных выбросов позволит применять такие двигатели для модернизации газовых двигателей городских автобусов и грузовиков.When implementing the technical solution, such a rate of fuel combustion can be achieved that allows you to increase the speed of rotation of the engine shaft to 15-18 thousand rpm, which is especially important for small-sized highly accelerated internal combustion engines used in unmanned aerial vehicles. Reducing harmful emissions will allow the use of such engines to modernize the gas engines of city buses and trucks.

В итоге, за счет кумулятивного эффекта также увеличивается КПД двигателя внутреннего сгорания.As a result, due to the cumulative effect, the efficiency of the internal combustion engine also increases.

Claims (6)

1. Двигатель внутреннего сгорания с объемным многоочаговым зажиганием, содержащий, по меньшей мере, одну камеру сгорания, образованную цилиндром и рабочей поверхностью поршня, установленного в цилиндре с возможностью совершения возвратно-поступательных перемещений внутри цилиндра, с отверстиями для впускного и выпускного клапанов, при этом, как минимум, одна камера сгорания снабжена генератором СВЧ-излучения и инициаторами, расположенными или выполненными, как минимум, на рабочей поверхности поршня, причем инициаторы, находящиеся на рабочей поверхности поршня, выполнены в виде стержней, длина которых выбрана из условия соответствия половине длины волны СВЧ-излучения, возникающего при работе генератора СВЧ-излучения.1. An internal combustion engine with volumetric multifocal ignition, comprising at least one combustion chamber formed by a cylinder and a piston working surface mounted in the cylinder with the possibility of reciprocating movements inside the cylinder, with openings for the intake and exhaust valves, at least one combustion chamber is equipped with a microwave radiation generator and initiators located or made at least on the working surface of the piston, and the initiators located on p bochey surface of the piston, made in the form of rods, the length of which is chosen from the condition corresponding to half the wavelength of the microwave radiation produced by the microwave generator. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что стержни выполнены одинаковой длины и сечения.2. The engine according to claim 1, characterized in that the rods are made of the same length and cross section. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из стержней отличается от других, по крайней мере, сечением и/или длиной.3. The engine according to claim 1, characterized in that at least one of the rods differs from the others by at least a section and / or length. 4. Двигатель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что инициаторы на рабочей поверхности поршня и/или генератор СВЧ-излучения размещены таким образом, чтобы при работе двигателя, по меньшей мере, при подходе поршня к верхней мертвой точке они находились в фокусе СВЧ-излучения.4. The engine according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the initiators on the piston working surface and / or the microwave radiation generator are placed so that when the engine is running, at least when the piston approaches the top dead center, they are in the focus of microwave radiation. 5. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит блок управления или контроллер, при этом впускной и выпускной клапаны, а также генератор СВЧ-излучения соединены с указанным блоком управления или контроллером двигателя внутреннего сгорания.5. The engine according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the internal combustion engine further comprises a control unit or controller, while the inlet and outlet valves, as well as the microwave radiation generator are connected to the specified control unit or controller of the internal combustion engine. 6. Двигатель по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что генератор СВЧ-излучения выполнен с возможностью изменения параметров, формы и/или направления СВЧ-излучения, например, по заранее заданному алгоритму.6. The engine according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the microwave radiation generator is configured to change the parameters, shape and / or direction of the microwave radiation, for example, according to a predetermined algorithm.

Images