RU2344299C1 - Двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления - Google Patents
Двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2344299C1 RU2344299C1 RU2007124660/06A RU2007124660A RU2344299C1 RU 2344299 C1 RU2344299 C1 RU 2344299C1 RU 2007124660/06 A RU2007124660/06 A RU 2007124660/06A RU 2007124660 A RU2007124660 A RU 2007124660A RU 2344299 C1 RU2344299 C1 RU 2344299C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- fuel
- cylinder
- piston
- windows
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двухтактным бензиновым двигателям с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндр. Техническим результатом является повышение топливной экономичности и экологических показателей двигателя, надежности и долговечности работы форсунки. Двигатель содержит цилиндр, в стенке которого выполнены впускное и выпускное окна, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, поршень и головку цилиндра с камерой сгорания. Топливная форсунка установлена в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня в сторону НМТ под углом 10-15°. Распылитель форсунки расположен выше верхней кромки выпускного окна на 7-10 мм, а для создания закрученного воздушного потока профилированные, впускные окна расположены тангенциально к стенке цилиндра и с наклоном в сторону камеры сгорания. В распылителе форсунки могут быть выполнены, по крайней мере, три сопловых отверстия диаметром 0,15-0,25 мм, расположенных под разными углами к оси форсунки, два из которых направлены в сторону цилиндрической выемки в днище поршня, а одно - в околосвечную зону. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двухтактным бензиновым двигателям с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндр.
Современные одно- или двухцилиндровые бензиновые двигатели с карбюраторной системой смесеобразования получили широкое применение в качестве силовых установок мотоциклов, моторных лодок, бытовой и другой техники. Существенным недостатком такого типа ДВС является низкая топливная экономичность и высокая токсичность продуктов сгорания. Это связано с тем, что продувка цилиндра в них осуществляется топливо-воздушной смесью. Из-за того, что конструктивно выпускное окно закрывается значительно позже впускных окон, часть смеси выбрасывается в атмосферу, загрязняя ее топливом, окислами углерода и азота. Постоянное ужесточение экологических норм по содержанию СО, СН, а в последнее время и NOx в отработавших газах привело к законодательному запрещению лодочных двухтактных двигателей этого типа в водах курортных зон.
Известен двухтактный двигатель с ЭСУД и установкой форсунки в камере сгорания и образованием выемки в днище поршня [патент США 6338327, МПК F02B 23/10, опубл. 15.01.2002], содержащий головку блока, корпус, форсунку, шатун, поршень, впускные и выпускные окна, свечу зажигания. В этом двигателе осуществляется раздельная подача воздуха и топлива, впрыск топлива после закрытия выпускного окна в сферическую выемку в днище поршня.
Этими конструктивными мероприятиями достигается повышение экономичности за счет ликвидации выброса топлива при продувке и делается попытка повышения экономичности и экологии за счет послойного смесеобразования. Основным недостатком установки форсунки в камере сгорания является то, что она расположена в зоне высоких температур (до 3000°С) и давлений (до 7 МПа). Это снижает ее надежность и долговечность, что подтверждается опытом эксплуатации инжекторных четырехтактных ДВС. Организация охлаждения форсунки, расположенной в головке блока, усложнят конструкцию головки блока ДВС с жидкостным и тем более двухтактных ДВС с воздушным охлаждением. Установка форсунки в зоне высоких давлений предопределяет необходимость повышения давления топлива перед сопловыми отверстиями форсунки на 0,3-0,5 МПа больше максимального давления рабочего тела в камере сгорания. Это требует создания новой аккумуляторной системы питания двигателя высокого давления (Р=8,3…8,5 МПа) и узлов, рассчитанных на это давление, например двухступенчатого электробензонасоса.
Другим недостатком известного двигателя является необоснованность организации послойного объемно-пленочного смесеобразования путем впрыска топлива в сферическую выемку в днище поршня. Накопление топлива в выемке днища поршня с последующим забрасыванием его в направлении свечи за счет силы инерции Pj массы топлива - m, определяемой по уравнениям РJ=mrω2, где r - радиус кривошипа, ω - угловая скорость коленчатого вала, равная , где n - частота вращения коленчатого вала, 1/мин. В широком диапазоне изменения частоты вращения (n2) это приведет к забрасыванию свечи (на nMAX) или к "недолету" при nMIN. Кроме это, при таком способе продувки цилиндра не организовано пленочное смесеобразование.
Известно техническое решение, направленное на замену карбюраторной системы питания двухтактного двигателя инжекторной системой с электронным управлением [Двухтактные карбюраторные двигатель внутреннего сгорания. /В.М.Кондратов, Ю.С.Григорьев, В.В.Тупов и др. - М.: Машиностроение, 1990, с.47-48]. Двигатель содержит цилиндр, установленный в нем поршень, головку цилиндра с камерой сгорания, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, в которой выполнены впускное и выпускное продувочные окна. В этом двигателе вместо карбюратора во впускной тракт (окно) устанавливается форсунка, подача топлива через которую осуществляется электронным блоком управления ЭСУД перед перекрытием впускного окна золотником-поршнем. Такое решение снижает сопротивление впускного тракта (отсутствует диффузор, создающий сопротивление). Это ведет к повышению коэффициента наполнения, а значит и возможности повышения мощности, но не решает экономические и экологические проблемы, т.к. не исключает выброс топлива в выхлопное окно.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении топливной экономичности и экологических показателей двигателя, надежности и долговечности работы форсунки.
Указанная задача решается тем, что в двухтактном бензиновом двигателе с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндр и электронной системой управления, содержащем цилиндр, установленный в нем поршень, головку цилиндра с камерой сгорания, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, в которой выполнены впускное и выпускное продувочные окна, согласно изобретению топливная форсунка установлена в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня в сторону НМТ под углом 10-15°, при этом распылитель форсунки расположен выше верхней кромки выпускного окна на 7-10 мм, кроме того, профилированные, продувочные окна расположены тангенциально к стенке цилиндра с наклоном в сторону камеры сгорания.
В распылителе форсунки выполнены, по крайней мере, три сопловых отверстия диаметром 0,15-0,25 мм, расположенных под разными углами к оси форсунки, два из которых направлены в сторону цилиндрической выемки в днище поршня, а одно - в околосвечную зону.
Повышение топливной экономичности, надежности и долговечности форсунки обеспечивается: - раздельной подачей топлива и воздуха в цилиндр двигателя; - установкой форсунки в зоне низкой температуры и давления и впрыском топлива после закрытия выпускного окна; - профилированием впускных окон для организации завихрения воздушного потока при продувке; - организацией объемно-пленочного смесеобразования с α<0,9 в околосвечном объеме и α>>1 в зоне смешения паров топлива с воздухом.
В стенке гильзы, на 7-10 мм выше кромки выпускного окна и с наклоном под углом 10-15° в сторону НМТ, установлена форсунка, два сопловых отверстия которой направлены в цилиндрическую (высотой 1,5-2,5 мм) выемку в днище поршня, а одно сопловое отверстие - в околосвечный объем так, чтобы при впрыске топлива свеча зажигания оказалась в зоне топливного факела с коэффициентом избытка воздуха α, равной 0,9-0,95.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором дана общая схема двигателя с форсункой в гильзе цилиндра.
Двухтактный двигатель содержит корпус 1, расположенный в нем цилиндр 2, в котором выполнены профилированные тангенциальные наклонные впускные окна 3, создающие закрученный поток воздуха, выпускное окно 4 для очистки цилиндра от продуктов сгорания и форсунка 5, расположенная в стенке гильзы цилиндра 2, поршень 6, выполняющий функцию золотника с цилиндрической выемкой 7 в днище. Топливная форсунка 5 установлена в стенке цилиндра 2 в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня под углом α=10-15°, таким образом, чтобы распылитель форсунки 5 был расположен выше верхней кромки выпускного окна 4 на величину h=7-10 мм.
Двигатель работает следующим образом.
При перемещении поршня 6 от ВМТ к НМТ на такте расширения (рабочего хода) открывается выпускное окно 4 и продукты сгорания под давлением начинают выбрасываться в атмосферу. При понижении давления в цилиндре 2 до величины, меньшей величины давления во впускных окнах 3, через них под давлением продувочного насоса (или из картера) поступает воздух, который закручивается профилированными впускными окнами 3 по поверхности зеркала цилиндра в сторону головки блока 8, вытесняя продукты сгорания. Процесс продувки цилиндра двигателя «чистым» воздухом продолжается при движении поршня 6 от НМТ к ВМТ до перекрытия им сначала впускных окон 3, а затем и выпускных окон 4. Начинается процесс сжатия. Максимальная температура выхлопных газов при продувке в начале выхлопа в месте расположения форсунки 5 по расчетам не превышает 1000°С, а давление не более 0,25…0,3 МПа, что ниже силы затяжки пружины форсунки. Это предотвращает заброс газов в форсунку.
После перекрытия выпускных окон 4 по сигналу датчика положения коленчатого вала (не указан), а значит, и поршня, электронный блок управления (ЭБУ) включает подачу топлива форсункой. Цикловая подача топлива, определяемая ЭБУ в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов, задается временем «открытия» форсунки при заданной постоянной скорости истечения топлива через сопловые отверстия, т.е. длина и форма факела топлива, подаваемого через каждое из сопловых отверстий, не зависит от скоростного режима двигателя, что обеспечивает возможность ориентации факела 9 относительно свечи 10 так, чтобы обеспечить в этой зоне коэффициент избытка воздуха 0,9-0,95 без забрызгивания ее во всем скоростном режиме двигателя.
Топливо, подаваемое двумя сопловыми отверстиями форсунки 5 в цилиндрическую выемку 7 днища поршня, равномерно распределяется по поверхности выемки, образуя тонкую пленку одинаковой толщины со значительной поверхностью, с которой начинается интенсивное испарение ее в закрученный воздушный поток, обеспечивая значение коэффициента избытка воздуха в нем α>>1.
В момент впрыска топлива в зоне установки форсунки 5 температура и давление не велики и практически не зависят от режима работы двигателя после начала повышения давления на такте сжатия, т.к. поршень 6 перекрывает сопловые отверстия форсунки, защищая ее компрессионными кольцами от высокого давления и температуры при сгорании.
Такое конструктивное решение и организация послойного объемно-пленочного смесеобразования обеспечивает выполнение поставленной цели - повышение экономичности, улучшение экологии, а также и повышение надежности и долговечности форсунки.
Повышение экономичности достигается как за счет ликвидации выброса топлива при продувке цилиндра воздухом и впрыском топлива после продувки, так и увеличением коэффициента избытка воздуха до α=1,5-1,6, что позволяет запрограммировать ЭБУ на получение характеристики α=f(Neun)=onm.
Улучшение экологических показателей достигается: - снижением выброса топлива при продувке; - за счет реакции окисления окисла углерода СО до CO2 кислородом окислов азота NOx вида СО+NOx→СО2+N2 в зоне высоких температур около свечи при α<1; - за счет снижения температуры в закрученном топливно-воздушном потоке с α>>1, при которой инертный азот не окисляется.
Повышение надежности и долговечности форсунки, а также исключение необходимости создания аккумуляторной системы питания высокого давления достигается установкой форсунки в зоне низких температур и давления.
Claims (2)
1. Двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива в цилиндр и электронной системой управления, содержащий цилиндр, в стенке которого выполнены впускное и выпускное окна, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, поршень и головку цилиндра с камерой сгорания, отличающийся тем, что топливная форсунка установлена в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня в сторону НМТ под углом 10-15°, при этом распылитель форсунки расположен выше верхней кромки выпускного окна на 7-10 мм, кроме того, для создания закрученного воздушного потока профилированные, впускные окна расположены тангенциально к стенке цилиндра и с наклоном в сторону камеры сгорания.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в распылителе форсунки выполнены, по крайней мере, три сопловых отверстия диаметром 0,15-0,25 мм, расположенных под разными углами к оси форсунки, два из которых направлены в сторону цилиндрической выемки в днище поршня, а одно - в околосвечную зону.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007124660/06A RU2344299C1 (ru) | 2007-06-29 | 2007-06-29 | Двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007124660/06A RU2344299C1 (ru) | 2007-06-29 | 2007-06-29 | Двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2344299C1 true RU2344299C1 (ru) | 2009-01-20 |
Family
ID=40376057
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007124660/06A RU2344299C1 (ru) | 2007-06-29 | 2007-06-29 | Двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2344299C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558178C2 (ru) * | 2011-04-12 | 2015-07-27 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Двигатель внутреннего сгорания |
RU2626611C2 (ru) * | 2016-01-13 | 2017-07-31 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" | Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с наивысшими технико-экономическими и экологическими критериальными параметрами и электронным управлением аккумуляторной системой впрыска топлива широкого фракционного состава |
-
2007
- 2007-06-29 RU RU2007124660/06A patent/RU2344299C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ДВУХТАКТНЫЕ КАРБЮРАТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ / В.М. КОНДРАТОВ, Ю.С.ГРИГОРЬЕВ, В.В.ТУПОВ и др. - М.: МАШИНОСТРОЕНИЕ 1990, с.47-48. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558178C2 (ru) * | 2011-04-12 | 2015-07-27 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Двигатель внутреннего сгорания |
RU2626611C2 (ru) * | 2016-01-13 | 2017-07-31 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" | Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с наивысшими технико-экономическими и экологическими критериальными параметрами и электронным управлением аккумуляторной системой впрыска топлива широкого фракционного состава |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3991789B2 (ja) | 混合気を圧縮自着火させる内燃機関 | |
US8561581B2 (en) | Two-stroke uniflow turbo-compound internal combustion engine | |
JP4007310B2 (ja) | 2種類の燃料を用いる予混合圧縮自着火運転可能な内燃機関 | |
US8550042B2 (en) | Full expansion internal combustion engine | |
KR20220021441A (ko) | 암모니아 연료를 왕복 엔진 내로 분사하는 방법 | |
JP2001271688A (ja) | 筒内噴射エンジンの始動方法 | |
US7409933B2 (en) | Two cycle internal combustion engine with direct fuel injection combustion system | |
CN1871424A (zh) | 高压下将气态燃料喷入内燃机的方法 | |
CN104929767A (zh) | 一种电控直喷多燃料两冲程发动机 | |
US4977875A (en) | Two-stroke-cycle uniflow spark-ignition engine | |
CA2553409C (en) | Light-weight compact diesel engine | |
US8973539B2 (en) | Full expansion internal combustion engine | |
US6892693B2 (en) | Piston for spark-ignited direct fuel injection engine | |
CN204877672U (zh) | 一种电控直喷多燃料两冲程发动机 | |
JPH11141371A (ja) | 直接筒内噴射式2サイクルエンジン | |
RU2344299C1 (ru) | Двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления | |
JP4238682B2 (ja) | 混合気を圧縮自着火させる自着火運転が可能な2サイクル式内燃機関 | |
US20030230258A1 (en) | Two-stroke engines exhaust and scavenge control | |
Klett et al. | Internal combustion engines | |
JP2005147046A (ja) | ディーゼル機関のNOx低減方法 | |
RU2626611C2 (ru) | Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с наивысшими технико-экономическими и экологическими критериальными параметрами и электронным управлением аккумуляторной системой впрыска топлива широкого фракционного состава | |
JP2003293909A (ja) | 噴射反応性が高い内燃エンジン用の燃料噴射方法、およびこのような方法を用いているエンジン | |
CA2636485A1 (en) | Internal combustion engine | |
JP5167854B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP2009133278A (ja) | 内燃機関 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090630 |