SU931933A1 - Method and apparatus for treatment of combustible mixture - Google Patents

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к способам обработки горючей смеси непосредственно в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания и к устройствам для его осуществления.The invention relates to engine building, and in particular to methods for processing a combustible mixture directly in the combustion chamber of an internal combustion engine and to devices for its implementation.

Известен способ обработки горючей смеси двигателя внутреннего сгорания путем подачи на электроды, установленные во впускном тракте двигателя высокого напряжения£Q.A known method of processing a combustible mixture of an internal combustion engine by applying to the electrodes installed in the intake duct of a high voltage engine £ Q.

Устройство для осуществления известного способа содержит источник высокого напряжения до 4 кВ и ионизатор, установленный во впускном тракте двигателя. Ионизатор выполнен в виде концентрично расположенных и изолированных друг от друга воздушным зазором труб. Причем на внешней поверхности внутренней трубы прикреплены металлические иглы так, что зазор между остриями и внутренней поверхностью наружной трубы составляет 12,5 мм. При рабо2 те системы на внутреннюю трубу подают высокое напряжение, чем обеспечивается предварительная ионизация горючей смеси до ее поступления в цилиндры двигателя[l] .A device for implementing the known method comprises a high voltage source of up to 4 kV and an ionizer installed in the intake duct of the engine. The ionizer is made in the form of tubes concentrically arranged and isolated from each other by an air gap. Moreover, metal needles are attached to the outer surface of the inner pipe so that the gap between the tips and the inner surface of the outer pipe is 12.5 mm. During operation of the system, a high voltage is applied to the inner tube, which ensures the preliminary ionization of the combustible mixture before it enters the engine cylinders [l].

Однако при движении предварительно ионизированной смеси по выпускному тракту двигателя и при нахождении в цилиндре в течение тактов всасывания и сжатия эта смесь соприкасается с металлическими поверхностями указанных узлов, вследствие чего она теряет большую часть заряженных частиц. Поэтому известный способ и устройство для его осуществ ления имеют такие недостатки, как неполное сгорание топлива, конструктивная сложность и требуют автономного источника высокого напряжения.However, when the pre-ionized mixture moves along the engine exhaust tract and is in the cylinder during suction and compression cycles, this mixture comes into contact with the metal surfaces of these nodes, as a result of which it loses most of the charged particles. Therefore, the known method and device for its implementation have such disadvantages as incomplete combustion of fuel, structural complexity and require an autonomous high voltage source.

Известен также способ обработки горючей смеси преимущественно двигателя внутреннего сгорания путем подауи во время рабочего'цикла через искровые зазоры высокочастотных импульсов высокого напряжения на свечу, в которой напряженности электрических полей между центральным и боковым электродами и центральным электродом и внутренней кромкой тор- 5 ца юбочки свечи выполнены равными между собой [2].There is also a known method of processing a combustible mixture of a predominantly internal combustion engine by feeding during a working cycle through spark gaps of high-frequency high-voltage pulses to a candle, in which the electric field between the central and side electrodes and the central electrode and the inner edge of the end of the candle skirt are made equal among themselves [2].

Данный способ осуществяется устройством, содержащим распределитель высокого напряжения с ротором, снаб- ю женным токоразностным электродом в ₍ виде сёктора, образующим искровые зазоры с токоприемными электродами крышки распределителя, соединенными со свечами, в которых размеры зазо- 15 'ров между центральным и боковым электродами и центральным электродом и внутренней кромкой торца юбочки свечи выполнены равными между собой[У] .The method osuschestvyaetsya device comprising a high voltage distributor with a rotor-adjoint tokoraznostnym snab- th electrode _(a soktora forming the spark gap with the current-collecting electrode of the distributor cap, connected with candles, in which the dimensions zazo- 15 'trench between the central and side electrodes and the central electrode and the inner edge of the end of the candle skirt are made equal to each other [Y].

Недостатком указанных способов и ₂₀ устройств является то, что они не обеспечивают достаточно полного сгорания топлива в двигателе.'The disadvantage of these methods and ₂₀ devices is that they do not provide enough complete combustion of fuel in the engine. '

Цель изобретения - повышение эффективности процесса сгорания и сни- ₂₅ жение токсичности выхлопных газов.The purpose of the invention - improving the efficiency of the combustion process and reduces voltage ₂₅ emissions.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обработки горючей смеси путем подачи во время рабоче- ₃₀ го цикла высокочастотных импульсов высокого напряжения через искровые зазоры на свечу, напряжение в течение рабочего цикла регулируют путем изменения искровых зазоров,’ причем на тактах всасывания и сжатия зазоры ³⁵ устанавливают одинаковыми между собой и большими, чем на тактах выпуска и рабочего хода, а также.тем, что зазоры на тактах выпуска и рабочего хода устанавливают различными между собой.This goal is achieved by the fact that in the method for processing a combustible mixture by applying high-frequency high-voltage pulses through spark gaps to a candle during the _30th working cycle, the voltage during the working cycle is controlled by changing the spark gaps, 'and the gaps ³⁵ on the suction and compression strokes set equal to each other and larger than on the exhaust and stroke strokes, as well as the fact that the gaps on the exhaust and stroke strokes are set different from each other.

В устройстве для обработки горючей смеси регулирование искровых зазоров обеспечено тем, что токораз- ⁴⁵ ностный электрод распределителя выполнен в виде диска с тремя секторами трех различных радиусов, причем центральный угол первого сектора равен, углу поворота ротора на тактах ⁵⁰ всасывания и сжатия, центральный угол второго сектора - углу поворота ротора на такте рабочего хода, центральный угол третьего сектора углу поворота ротора на такте выпус- ‘^Jка, причем радиус сектора, соответствующего такту рабочего хода, выполнен максимальным, а радиус секто ра, соответствующего тактам всасывания й сжатия, - минимальным.In an apparatus for treating a combustible mixture of a spark gap adjustment is provided by the fact that tokoraz- nostny electrode ⁴⁵ configured as a distributor disk with three sectors of three different radii, wherein the first sector central angle equal to the angle of rotation of the rotor bars ⁵⁰ on the suction and compression, the central angle of the second sectors - the angle of rotation of the rotor at the stroke of the stroke, the central angle of the third sector of the angle of rotation of the rotor at the cycle of release is' ^J ka, and the radius of the sector corresponding to the stroke of the stroke is maximum the radius of the sector corresponding to the absorption and compression strokes is minimal.

На чертеже представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа.The drawing shows a diagram of a device for implementing the proposed method.

Устройство для обработки горючей смеси содержит механический распределитель импульсов высокого напряжения с ротором 1, снабженным токоразностным электродом 2 в виде диска с тремя секторами 3,4 и 5 различных радиусов, и крышку 6 распределителя с токоприемными электродами в виде секторов, соединенными с электродами свечей 7“10 зажигания, в которых размеры зазоров между центральным и боковыми электродами и центральным электродом и внутренней кромкой торца юбочки выполнены равными между собой. Электроды свечей 710 посредством токоприемных электродов крышки 6 и секторов 3,4 й 5 токоразносного электрода 2 соединены с выходом блока 12, выполненного в виде высокочастотного высоковольтного преобразователя напряжения, вход которого посредством замка 13 зажигания контактов 14 и. 15, взаимодействующих с кулачком 16 прерывателя, соединен с источником 17 питания постоянного тока. Центральные углы секторов токоприемных электродов Крышки 6 выполняют равными 6-10, а зазор между сектором 3 токоразностного электрода 2 и сектором токоприемного электрода крышки 6 равны 0,3-0,8 мм. Частоту генерации высокочастотных импульсов высокого напряжения блоком выбирают, в диапазоне от 2,5 до 40 кГц. Зазоры между токоприемным электродом крышки 6 и сектором 3 выбираются равными 0,3 мм, сектором 4 - 0,9 мм, сектором 5 - 3,6 мм, а частоту генерации высокочастотных импульсов высокого напряжения блоком 12 - в диапазоне 6 кГц.The device for processing the combustible mixture contains a mechanical high-voltage pulse distributor with a rotor 1, equipped with a current-difference electrode 2 in the form of a disk with three sectors of 3.4 and 5 different radii, and a cover 6 of the distributor with current-receiving electrodes in the form of sectors connected to the electrodes of 7 "candles 10 ignition, in which the dimensions of the gaps between the Central and side electrodes and the Central electrode and the inner edge of the end of the skirt are made equal to each other. The electrodes of the candles 710 by means of the current-collecting electrodes of the cover 6 and sectors 3.4 and 5 of the current-carrying electrode 2 are connected to the output of the block 12, made in the form of a high-frequency high-voltage voltage converter, the input of which is through the ignition lock 13 of the contacts 14 and. 15, interacting with the cam 16 of the chopper, is connected to a DC power source 17. The Central angles of the sectors of the current-receiving electrodes of the Cover 6 are 6-10, and the gap between the sector 3 of the current-sensing electrode 2 and the sector of the current-collecting electrode of the cover 6 is 0.3-0.8 mm. The frequency of the generation of high-frequency high-voltage pulses by the block is selected in the range from 2.5 to 40 kHz. The gaps between the current-collecting electrode of the cover 6 and sector 3 are selected equal to 0.3 mm, sector 4 - 0.9 mm, sector 5 - 3.6 mm, and the frequency of generation of high-frequency high-voltage pulses by block 12 is in the range of 6 kHz.

Угол дуги сектора 4 соответствует углу поворота вала двигателя на тактах всасывания и сжатия, угол дуги сектора 3 соответствует углу поворота вала на такте рабочего хода, а угол дуги сектора 5 -углу поворота вала на такте выпуска.The arc angle of sector 4 corresponds to the angle of rotation of the motor shaft at the suction and compression strokes, the angle of the arc of sector 3 corresponds to the angle of rotation of the shaft at the stroke, and the arc angle of sector 5 corresponds to the angle of rotation of the shaft at the exhaust stroke.

Устройство для обработки горючей смеси работает следующим образом.A device for processing a combustible mixture works as follows.

При включении замка '13 зажигания 44 вращения кулачка 16, кинематически связанного с коленчатым валом двигателя, происходит попеременное раз5 931933 6 мыкание и замыкание контактов 14 и 15.When the lock '13 of the ignition 44 of the rotation of the cam 16, kinematically connected with the crankshaft of the engine, is switched on, alternating disconnection of contacts 14 and 15 occurs5 931933 6.

При замыкании контактов-14 и 15 блок 12 преобразователя напряжения возбуждается в течение поворота коленчатого вала на 160° от начала 5 момента зажигания, на выход 11 блока 12 поступают высокочастотные импульсы высокого напряжения частотой 6 кГц. Импульсы этого напряжения от выхода 11 посредством вводного 10 электродов_?крышки 6 и секторов 3,4 и 5 одновременно поступают на электроды свечей 7~10. Причем в связи с разностью сопротивлений в воздушных зазорах.между секторами 3,4 15 и 5 и токоприемными электродами крышки 6 от сектора 3 на свечу 10 цилиндра с тактом рабочего хода поступают высокочастотные импульсы высокого напряжения номинальной вели- 20 чины, в результате чего в одном из направлений межэлектродных пространств свечи 10 с зазорами 4,5 мм возникают высокочастотные электроискровые разряды в виде снопов, ,имею- 25 щих множество каналов' и ответвле.ний, придающих снопам геометрически развитую форму. От сектора 4 на свечи 7 и 9 соответственно цилиндров с тактами всасывания и сжатия по- зо ступают высокочастотные импульсы высокого напряжения, уровень которых ниже'уровня напряжения номинальной величины, но не превышает уровня напряжения тлеющего разряда, а от ₃₅ сектора 5 на свечу 8 цилиндра с тактом выхлопа поступают высокочастотные импульсы высокого напряжения на уровне несколько ниже номинальной величины, но не ниже уровня напряжения коронного разряда. За один · оборот токоразностного электрода 2 выше перечисленные процессы последовательно осуществляются при каждом такте рабочего цикла двигателя и ₄₅ в каждом цилиндре согласно установленному порядку зажигания. При размыкании контактов 14 и 15 в течение угла поворота выступающей стороны профиля кулачка 16 генерация импульсов прекращается, а при замыкании контактов 14 и 15 указанные процессы повторяются и т.д.When contacts-14 and 15 are closed, the voltage converter block 12 is excited during a crankshaft rotation of 160 ° from the beginning of the 5th moment of ignition, high-frequency high-frequency pulses of 6 kHz are sent to the output of block 12. The pulses of this voltage from output 11 through the input 10 electrodes _? covers 6 and sectors 3,4 and 5 simultaneously arrive at the electrodes of candles 7 ~ 10. Moreover, due to the difference in resistance in the air gaps between sectors 3.4 15 and 5 and the current-collecting electrodes of cover 6 from sector 3, high-frequency high-voltage impulses of a nominal value of 20 are supplied to the candle 10 of the cylinder with a stroke of stroke, resulting in one From the directions of the interelectrode spaces of the candle 10 with gaps of 4.5 mm, high-frequency electric spark discharges appear in the form of sheaves, having 25 channels and branches, which give the sheaves a geometrically developed shape. From sector 4, candles 7 and 9, respectively, of cylinders with suction and compression cycles, receive high-frequency high-voltage pulses, the level of which is lower than the voltage level of the nominal value, but does not exceed the level of glow discharge voltage, and from ₃₅ sector 5 to the candle 8 of the cylinder with the exhaust stroke, high-frequency high-voltage pulses arrive at a level slightly lower than the nominal value, but not lower than the corona discharge voltage level. For one · revolution of the current-difference electrode 2, the above processes are sequentially carried out at each cycle of the engine duty cycle and ₄₅ in each cylinder according to the established ignition order. When the contacts 14 and 15 are opened during the rotation angle of the protruding side of the cam profile 16, the pulse generation ceases, and when the contacts 14 and 15 are closed, these processes are repeated, etc.

При таком способе обработки горючей смеси двигателя внутреннего ⁵⁵ сгорания в каждом цилиндре последовательно достигается в течение тактов всасывания и сжатия высокая сте пень концентрации ионизированных частиц в объеме рабочей смеси и ее обогащение озоном, чем повышается скорость ввода в реакцию взаимодействующих веществ. В течение такта рабочего хода достигается непосредственное каталитическое воздействие электроискровыми разрядами и сопровождающими их явлениями ( высокочастотными и высоковольтными электромагнитными полями, дополнительным теплом, выделяемым в каналах искровых разрядов, и прохождением тока через пламя) на процессы воспламенения и сжатия горючей смеси. При этом обеспечивается дожигание несго-. ревших частичек топлива, чем повышается скорость и полнота реакции сгорания, предопределяя этим рациональное расходование топлива и снижение токсичности выхлопных газов. ·With this method of processing the combustible mixture of the internal combustion engine ⁵⁵ in each cylinder, a high degree of concentration of ionized particles in the volume of the working mixture and its enrichment with ozone are successively achieved during suction and compression cycles, which increases the rate of introduction of interacting substances into the reaction. During the stroke of the working stroke, a direct catalytic effect is achieved by electric spark discharges and the accompanying phenomena (high-frequency and high-voltage electromagnetic fields, additional heat generated in the channels of the spark discharges, and the passage of current through the flame) on the processes of ignition and compression of the combustible mixture. At the same time, afterburning is not ensured. particles of fuel, which increases the speed and completeness of the combustion reaction, thereby determining the rational consumption of fuel and reducing the toxicity of exhaust gases. ·

В течение такта выпуска происходит обезвреживание выхлопных газов за счет дожигания несгоревших частиц топлива, а также за счет их дополнительной ионизации, что приводит к снижению в отработавших газах количества токсичных веществ, а также к ионизации остаточных газов.During the exhaust stroke, the exhaust gases are neutralized due to afterburning of unburned fuel particles, as well as due to their additional ionization, which leads to a decrease in the amount of toxic substances in the exhaust gases, as well as to the ionization of residual gases.

При возможности - увеличения степени сжатия до 10-12 для данной конструкции карбюраторного двигателя предлагаемый способ обработки горючей смеси двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления по сравнению с известными способами, и устройствами позволяет повысить эффективность процесса горения и снизить токсичность выхлопных газов.If possible, increase the compression ratio to 10-12 for a given carburetor engine design, the proposed method for processing a combustible mixture of an internal combustion engine and a device for its implementation in comparison with known methods and devices can increase the efficiency of the combustion process and reduce the toxicity of exhaust gases.

При этом обеспечиваются возможность применения бедных и обедненных горючих смесей, а также более тяжелых сортов топлива, чем бензин, полное сгорание топлива, обезврежи- _ν вание продуктов сгорания и снижение” количества токсичных веществ, выбрасываемых в атмосферу воздуха. Кроме того, ускоряется процесс запуска как холодного, так и прогретого двигателя, и снижается величина необходимого пробивного напряжения при данной степени сжатия.This provides the possibility of using poor and lean fuel mixtures, and heavier grades of fuel than gasoline complete fuel combustion, made harmless _ν vanie combustion and reduced "amount of toxic substances emitted to the outside atmosphere. In addition, the starting process of both cold and warm engine is accelerated, and the required breakdown voltage at a given compression ratio is reduced.

Claims (3)

1. Способ обработки горючей смеси преимущественно двигател  внутпень концентрации ионизированных частиц а объеме рабочей смеси и ее обогащение озоном, чем повышаетс  скорость ввода в реакцию взаимодействующих BeuiecTB. В течение такта рабочего хода достигаетс  непосредственное каталитическое воздействие электроискровыми разр дами и сопровождающими их  влени ми ( высокочастотными и высоковольтными электромагнитными пол ми, дополнительным теплом, выдел емым в каналах искровых разр дов, и прохождением тока через плам  на процессы воспламенени  и сжати  горючей смеси. При этом обеспечиваетс  дожигание несго-ревших частичек топлива, чем повышаетс  скорость и полнота реакции сгорани , предопредел   этим рациональное расходование топлива и снижение токсичности выхлопных газов. В течение такта выпуска происходит обезвреживание выхлопных газов за счет дожигани  несгоревших частиц топлива, а также за счет их дополнительной ионизации, что приводит к снижению в отработавших газах количества токсичных веществ, а также к ионизации остаточных газов. При возможности- увеличени  степени сжати  до 10-12 дл  данной кон ,струкции карбюраторного двигател  предлагаемый способ обработки горючей смеси двигател  внутреннего сгорани  и устройство дл  его осуществлени  по сравнению с известными способами , и устройствами позвол ет повысить эффективность процесса горени  и снизить токсичность выхлопных газов. При этом обеспечиваютс  возможность применени  бедных и обедненных горючих смесей, а также более т желых сортов топлива, чем бензин, полное сгорание топлива, обезвреживание продуктов сгорани  и снижение количества токсичных веществ, выбрасываемых в атмосферу воздуха. Кроме того, ускор етс  процесс запуска как холодного, так и прогретого двигател , и снижаетс  величина необходимого пробивного напр жени  при данной степени сжати . реннего сгорани  путем подачи во врем  рабочего цикла через искровые зазоры высокочастотных импульсов вы сокого напр жени  на свечу, в которой напр женности электрических полей между центральным и боковым эле родами и центральным электродом и внутренней кромкой торца юбочки све чи равны между собой, отличаю щийс  тем, что, с целью повышени  эффективности процесса горени  и снижени  токсичности выхлоп ных газов, напр жение высокочастотных импульсов в течение рабочего цикла регулируют путем изменени  искровых зазоров, причем на тактах всасывани  и сжати  зазоры устанавливают одинаковыми между собой и большими, чем на тактах выпуска и рабочего хода. 2.Способ поп.1,отличающ и и с   тем, что зазоры на тактах выпуска и рабочего хода устанав ливают различными между собой. 3.Устройство дл  обработки горючей смеси, содержащее распределитель высокого напр жени  с ротором, снабженным токоразностным электродо в виде сектора, образующим искровые зазоры с токоприемными электродами крышки распределител , соединенными со свечами, в которых размеры зазо38 ров между центральным и боковым электродами и центральным электродом и внутренней кромкой торца юбочки свечи выполнены равными между собой, отличающеес  тем, что, с целью обеспечени  регулировани  искровых зазоров, токоразностный электрод распределител  выполнен в виде диска с трем  секторами трех различных радиусов, причем центральный угол первого сектора равен углу поворота ротора на тактах всасывани  и сжати , центральный угол второго сектора - углу поворота ротора на такте рабочего хода, центральный угол третьего сектора углу поворота ротора на такте выпуска , причем радиус сектора, соответствующего такту рабочего хода, выполнен максимальным, а радиус сектора, соответствующего тактам всасывани  и сжати ,- минимальным. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Мещер ков Г.И. и др. Невидимое воздействие. - Изобретатель и рационализатор , 1967, W 11. 1. A method of treating a combustible mixture of a predominantly engine within the concentration of ionized particles in the volume of the working mixture and its enrichment with ozone, which increases the rate of input into the reaction of interacting BeuiecTB. During the stroke of the working stroke, a direct catalytic effect is achieved by electrospark discharges and their accompanying phenomena (high-frequency and high-voltage electromagnetic fields, additional heat released in the channels of spark discharges, and the passage of current through the flame on the processes of ignition and compression of the combustible mixture. this ensures the afterburning of unheated fuel particles, which increases the speed and completeness of the combustion reaction, thereby predetermining rational consumption of fuel and reducing exhaust emissions. During the exhaust stroke, exhaust gases are neutralized due to the afterburning of unburned fuel particles, as well as their additional ionization, which leads to a decrease in the amount of toxic substances in the exhaust gases, as well as to ionization of residual gases. compression ratio up to 10-12 for a given engine, a carburetor engine structure, a proposed method for treating a combustible mixture of an internal combustion engine and a device for its implementation as compared to the known By means of methods and devices it allows to increase the efficiency of the combustion process and reduce the toxicity of exhaust gases. This provides the possibility of using poor and depleted combustible mixtures, as well as heavier fuels than gasoline, complete combustion of fuel, neutralization of combustion products and a decrease in the amount of toxic substances emitted into the atmosphere. In addition, the start-up process for both cold and warm-up engines is accelerated, and the required breakdown voltage for a given degree of compression is reduced. early combustion by supplying high-frequency high-voltage pulses to a candle through the spark gaps, in which the intensity of the electric fields between the central and lateral electrons and the central electrode and the inner edge of the skirt skirt are equal to each other, that, in order to increase the efficiency of the combustion process and reduce the toxicity of exhaust gases, the voltage of high-frequency pulses during the working cycle is controlled by changing the spark gaps, suction and compression of the gaps is set identical to each other and larger than the exhaust stroke and working stroke. 2. Method pop.1, which is also distinguished by the fact that the gaps in the cycles of release and working stroke are set different among themselves. 3. A device for treating a combustible mixture containing a high voltage distributor with a rotor equipped with a current-difference electrode as a sector forming spark gaps with the current-collecting electrodes of the distributor cap connected to candles, in which the dimensions of the gaps between the central and side electrodes and the central electrode and the inner edge of the end of the skirt of the candle is made equal to each other, characterized in that, in order to control the spark gaps, the current difference electrode of the distributor flap in the form of a disk with three sectors of three different radii, with the central angle of the first sector equal to the rotation angle of the rotor at the suction and compression cycles, the central angle of the second sector — the angle of rotation of the rotor at the stroke of the working stroke, the central angle of the third sector moreover, the radius of the sector corresponding to the stroke of the working stroke is made maximum, and the radius of the sector corresponding to the suction and compression strokes is minimal. Sources of information taken into account in the examination 1. Meshcherkov G.I. and others. Invisible impact. - Inventor and Innovator, 1967, W 11. 2.ABTOpcKoie свидетельство СССР по за вке. N 25 0370/25-06, кл. F 02 Р 15/00, 1977. 2.ABTOpcKoie USSR certificate of application. N 25 0370 / 25-06, class F 02 R 15/00, 1977. 3.Авторское свидетельство СССР № 7588Т1, кл. F 02 Р З/О, 1977.3. USSR author's certificate number 7588T1, cl. F 02 R C / O, 1977.