Патент двигателя внутреннего сгорания

Гидродвигатель внутреннего сгорания (патент)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(21), (22) Заявка: 2007105638/06

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2007.02.14

(45) Опубликовано: 2008.07.27

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске:

RU 2198308 C1, 10.02.2003. RU 2042844 C1,
27.08.1995. US 4326380 А, 27.04.1982. FR 2346551

A1, 28.10.1977. GB 1380739 A1, 15.01.1975.

DE 2612961 А, 06.11.1977. JP 54-39524, 28.11.1979.

Адрес для переписки:
660001, Красноярский край, г.Красноярск, ул. Корнеева, 48А, кв.84, А. Паку

Гордиенко
Андрей Викторович (RU)

Пак Александр (RU)

ГИДРОДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к гидродвигателям внутреннего сгорания, и предназначено для использования в энергетике и транспортном машиностроении. Гидродвигатель содержит не менее одной пары рабочих цилиндров, объединенных энергообразующей магистралью, выполненной из двух трубопроводов, объединенных посредством гидравлического привода выходного вала, соединенных с преобразователем, снабжен дозаторами подачи топлива — кислородно-водородной смеси и кислорода. Изобретение обеспечивает повышение КПД гидродвигателя внутреннего сгорания. 3 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с гидравлическим приводом выходного вала, и может быть использовано в энергетике для выработки электроэнергии и тепла, а также в транспортном машиностроении.

Известны ДВС с гидравлическим приводом выходного вала, содержащие, по меньшей мере, два или три рабочих цилиндра, частично заполненных жидкостью, систему питания, зажигания и газообмена, в которых гидравлический привод выходного вала выполнен в виде кривошипно-шатунного механизма или в виде гидротурбины (см., например, патент Великобритании 1380739, МКИ F02В 75/32, 1975 г., патент РФ 2006622, МКИ F02В 71/04,1994 г., патент РФ 2198308, МКИ F02В 71/04, 2001 г.).

Известные ДВС имеют следующие недостатки:
— невысокий КПД (35-68%), обусловленный потерями на преодоление трения, потерями тепла на охлаждения воды и с выхлопными газами;
— высокие затраты на эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт;
— органическую экономичность (КПД), обусловленную неполным сгоранием топлива;
— низкий моторесурс.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному решению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий не менее трех рабочих цилиндров, заполненных жидкостью, нижняя часть которых сообщена с гидравлическим приводом выходного вала в виде гидротурбины и маховиком, где каждый цилиндр снабжен компрессионной камерой и соединен двумя различными магистралями — энергообразующей и сливной — с пополнительной емкостью, размещенной после гидротурбины; компрессионные камеры в нижней части соединены с рабочими цилиндрами по типу сообщающихся сосудов и с пополнительной емкостью через магистраль сжатия, в которой смонтирован гидронасос на выходном валу гидротурбины и установлен насос со стартером, а в верхней части компрессионные камеры дополнительно соединены с рабочими цилиндрами, патрубками подачи горючей смеси, причем система питания с нагнетателем воздуха — вентилятором присоединена к верхней части компрессионных камер; рабочие цилиндры и компрессионные камеры теплоизолированы изнутри и оборудованы поплавками с теплоизолированной поверхностью, установленными на штоках с зазорами (RU 2198308 C1, F02B 71/04, 2003.02.10).

Недостатком известного решения являются невысокий КПД (59-68%), обусловленный потерями тепла с выхлопными газами и недостаточно эффективной теплоизоляцией стенок цилиндров.

Задачей настоящего изобретения является повышение КПД гидродвигателя внутреннего сгорания.

Технический результат достигается за счет снижения тепловых потерь при работе гидродвигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в гидродвигателе внутреннего сгорания, снабженном системой подачи и забора жидкости, содержащем теплоизолированные рабочие цилиндры, заполненные жидкостью, нижние части которых соединены энергообразующей магистралью и сообщены с гидравлическим приводом выходного вала и маховиком, а верхние снабжены системой зажигания, выполнена, по крайней мере, одна пара рабочих цилиндров, соединенных между собой энергообразующей магистралью, выполненной в виде системы, состоящей из двух трубопроводов, объединенных посредством гидравлического привода выходного вала, соединенных с преобразователем и снабженных перепускными клапанами, причем один из трубопроводов дополнительно снабжен автоматическими запускными клапанами, каждый рабочий цилиндр выполнен состоящим из двух соосно расположенных на одном основании цилиндров, внутреннего и внешнего, выполненных в верхней части в виде полусфер, с выполнением внутреннего цилиндра меньшей высоты и диаметра, чем внешний, полость, образованная между внутренним и внешним цилиндром, заполнена жидкостью и сообщена с полостью внутреннего цилиндра, внешний цилиндр снабжен дозатором топлива — кислородно-водородной смеси и дозатором кислорода, гидродвигатель снабжен системой охлаждения жидкости.

Отличительными от прототипа признаками являются:
— выполнение в гидродвигателе, по крайней мере, одной пары рабочих цилиндров — обеспечивает двухтактный ход работы гидродвигателя;
— соединение рабочих цилиндров энергообразующей магистралью, выполненной в виде системы, состоящей из двух трубопроводов, объединенных посредством гидравлического привода выходного вала, соединенных с преобразователем и снабженных перепускными клапанами, причем один из трубопроводов дополнительно снабжен автоматическими запускными клапанами — обеспечивает запуск гидродвигателя и поочередную работу цилиндров с вращением выходного вала в одном направлении;
— выполнение рабочих цилиндров, состоящими из двух соосно расположенных на одном основании цилиндров, внутреннего и внешнего, с теплоизолирующей полостью, образованной между наружной стенкой внутреннего цилиндра и внутренней стенкой наружного цилиндра, заполненной жидкостью и сообщенной с полостью внутреннего цилиндра — обеспечивает улучшение теплоизоляции цилиндров и снижение теплопотерь;
— выполнение внутреннего цилиндра, имеющим меньшую высоту и диаметр, чем внешний, и выполненными в верхней части в виде полусфер — позволяет улучшить изолированность внутренней поверхности внешнего цилиндра и уменьшить потери тепла.
— наличие дозаторов топлива и кислорода на внешнем цилиндре — обеспечивает безопасность применения горючей кислородно-водородной смеси вследствие ее барботажа через слой жидкости;
— наличие системы охлаждения жидкости позволяет исключить выхлоп за счет конденсации остаточных паров.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где
на фиг.1 — схематично представлен общий вид одной пары гидродвигателя внутреннего сгорания;
на фиг.2 — преобразователь роторного типа;
на фиг.3 — схема компоновки гидродвигателя, состоящего из двух пар рабочих цилиндров.
Элементы конструкции двигателя внутреннего сгорания обозначены на фигурах следующими позициями:
1, 2 — рабочие цилиндры;
3 — внутренний цилиндр;
4 — внешний цилиндр;
5 — основание рабочих цилиндров;
6 — теплоизолирующая полость;
7 — дозаторы топлива;
8 — дозаторы кислорода;
9 — системы зажигания;
10 — система равномерного распыления охлажденной жидкости с форсунками;
11 — трубопровод подачи охлажденной жидкости;
12, 13 — клапаны перетока охлажденной жидкости;
14 — теплообменник;
15 — дозатор подачи и удаления жидкости из системы двигателя;
16 — трубопровод подачи холодной жидкости в теплообменник;
17 — трубопровод удаления нагретой жидкости из теплообменника;
18 — система сброса избыточного давления;
19 — выводящий трубопровод;
20 — преобразователь;
21, 22 — энергообразующие магистрали;
23, 24 — автоматические запускные клапаны энергообразующих магистралей;
25, 26, 27, 28 — перепускные клапаны энергообразующих магистралей;
29 — корпус преобразователя;
30 — ротор;
31 — прорези;
32 — подвижные пластины;
33 — впускная полость преобразователя;
34 — выпускная полость преобразователя;
35 — изолированная камера;
36 — общий выходной вал;
37 — направляющий цилиндр;
38 — сцепная муфта;
39 — генератор электроэнергии;
40 — маховик;
41, 42 — трубопроводы подачи и забора жидкости к дозатору от энергообразующих магистралей;
43, 44 — трубопроводы подачи и забора жидкости к теплообменнику от энергообразующих магистралей;
45, 46 — клапаны перетока жидкости;
47 — патрубок подачи воды в гидродвигатель;
48 — патрубок слива воды из гидродвигателя.

Заявленный гидродвигатель внутреннего сгорания состоит из не менее одной пары рабочих цилиндров. В паре рабочих цилиндров каждый из рабочих цилиндров 1, 2, включает внутренний цилиндр 3, изготовленный из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, и внешний цилиндр 4, изготовленный из материала с низким коэффициентом теплопроводности. Внутренний 3 и внешний 4 цилиндры выполнены в верхней части в виде полусфер, имеют общее основание 5. Стенки внутреннего и внешнего цилиндров образуют теплоизолирующую полость 6. Внешний цилиндр 4 в нижней части соединен с дозатором топлива 7 и дозатором кислорода 8. В верхней части каждый рабочий цилиндр снабжен системой зажигания 9, форсунками системы равномерного распыления охлажденной жидкости 10, соединенной трубопроводом подачи охлажденной жидкости 11, снабженным клапанами перетока охлажденной жидкости 12, 13 с теплообменником 14, имеющим трубопроводы подачи холодной жидкости 16 и удаления нагретой жидкости 17. Каждый рабочий цилиндр снабжен системой сброса избыточного давления 18, соединенной с выводящим трубопроводом 19. Полости внутренних цилиндров 3 в каждой паре рабочих цилиндров соединены энергообразующими магистралями 21 и 22, снабженными автоматическими запускными клапанами рабочих цилиндров 23, 24 и перепускными клапанами 25, 26, 27, 28. Энергообразующие магистрали 21 и 22 соединены между собой преобразователем 20. Преобразователь 20 содержит: корпус 29; эксцентрично расположенный в направляющем цилиндре 37 ротор 30 с прорезями 31 и подвижными пластинами 32; впускную полость 33; выпускную полость 34; изолированные камеры 35. На оси ротора 30 преобразователя 20 расположен выходной вал 36, на котором установлен электрогенератор 39 и маховик 40. Пары рабочих цилиндров в гидродвигателе соединены между собой через преобразователь 20 выходным валом 36, части которого соединены друг с другом муфтой 38.

Энергообразующая магистраль 21 соединена с дозатором подачи и удаления жидкости из системы гидродвигателя 15 трубопроводами подачи и забора жидкости 41 и 42 и с теплообменником 14 трубопроводами 43 и 44 через клапаны перетока жидкости 45 и 46. Внешние цилиндры 4, энергообразующие магистрали 21, 22, трубопроводы 41, 42, 43, 44 и преобразователь 20 теплоизолированы снаружи материалом с низким коэффициентом теплопроводности.

Для подачи воды в гидродвигатель и слива воды дозатор подачи и удаления жидкости из системы гидродвигателя 15 соединен с патрубками подачи воды 47 и слива воды 48.

Полости рабочих цилиндров, не заполненные жидкостью на отметке уровня «max», являются камерами сгорания.

Полости, не заполненные жидкостью на отметке уровня «min», рабочих цилиндров являются рабочими камерами (конденсации).
Работа гидродвигателя внутреннего сгорания включает стадии:
— запуск гидродвигателя внутреннего сгорания:
«первый этап»;
«второй этап»,
— двухтактный ход гидродвигателя:
«рабочий ход — конденсация — А»;
«рабочий ход — конденсация — Б».
Запуск гидродвигателя внутреннего сгорания осуществляют в два этапа.

«Первый этап» — рабочие цилиндры гидродвигателя полностью заполняют жидкостью с помощью дозатора подачи и забора жидкости 15, чтобы удалить воздух из системы гидродвигателя, при этом клапаны системы сброса избыточного давления 18 рабочих цилиндров, автоматические запускные клапаны 23, 24, перепускные клапаны 25, 26 энергообразующей магистрали 21 и перепускные клапаны 27, 28 энергообразующей магистрали 22 открыты.

«Второй этап» — в межцилиндровую полость 6, заполненную жидкостью, через дозатор кислорода 8 подают кислород во внутреннюю полость рабочих цилиндров, при этом клапаны системы сброса избыточного давления 18 закрыты. В рабочий цилиндр 1 подают объем кислорода, равный объему камеры сгорания (отметка «max»), а в рабочий цилиндр 2 подается объем кислорода, равный объему камеры конденсации (отметка «min»). Соответствующие объемы жидкости, вытесняемые кислородом из рабочих цилиндров, удаляются из системы двигателя через дозатор подачи и забора жидкости 15. С помощью системы сброса избыточного давления газов 18 удаляют избыточное давление газов, если таковое присутствует, из рабочих цилиндров. В результате этого соблюдается конечное давление, возникающее в рабочих цилиндрах, соответствующее номинальному режиму работы гидродвигателя.

В результате этих действий система гидродвигателя переходит к рабочему циклу.

Рабочий ход гидродвигателя происходит в два такта.

«Рабочий ход — конденсация — А» (фиг.1). В теплоизолирующуюю полость 6 равномерно подается через дозатор топлива 7 кислородо-водородная смесь, которая барботирует через слой жидкости и воспламеняется с помощью системы зажигания 9 и горит, создавая давление в камере сгорания рабочего цилиндра 1. В это время клапан системы сброса избыточного давления 18 рабочего цилиндра 1, перепускные клапаны 26, 27, клапан перетока жидкости 46 и клапан перетока охлажденной жидкости 12 закрыты, а клапан системы сброса избыточного давления 18 рабочего цилиндра 2, автоматические запускные клапаны 23, 24, перепускные клапаны 25, 28, клапан перетока жидкости 45 и клапан перетока охлажденной жидкости 13 открыты. Под давлением жидкость переходит из полости внутреннего цилиндра 3 рабочего цилиндра 1 в полость внутреннего цилиндра 3 рабочего цилиндра 2 через энергообразующие магистрали 21, 22 и преобразователь 20.

Из дозатора дискретной подачи и удаления жидкости 15 по окончании «рабочего хода — конденсация — А» избыток жидкости из энергообразующей магистрали 21 удаляется с помощью соответствующих трубопроводов 41, 42 в количестве, которое образуется при сгорании определенного объема кислорода и водорода, введенного в систему гидродвигателя в качестве горючей смеси.

При прохождении жидкости через впускную полость 33, камеру 35 и выпускную полость 34 преобразователя 20 ее поток давит на располагаемые в прорезях 31 подвижные пластины 32, которые прижимаются к внутренней поверхности камеры 35 и направляющего цилиндра 37. (Прижим пластин 32 к внутренней поверхности камер 35 и направляющего цилиндра 37 преобразователя 20 осуществляется за счет центробежного ускорения, которое возникает на пластинах 32, при движении их вокруг центральной оси вращающегося ротора 30.) Противоположно расположенные пластины 32 имеют две стороны и, выступающие над диаметром ротора 30, разные площади, которые воспринимают с противоположных сторон разные давления, присутствующие во впускной 33 и выпускной 34 полостях преобразователя 20. В результате этих условий происходит движение пластины 32 из зоны высокого давления в зону низкого давления, там где пластина 32 наиболее выступает над диаметром ротора 30 и имеет наибольшую площадь, воспринимающую разные давления с противоположных сторон. Камеры 35, расположенные в верхней и нижней части преобразователя 20, выполняют роль барьера, разделяющего области высокого и низкого давления. Движение пластины 32, расположенной в прорези 31, приводит во вращение ротор 30 и соединенный с ним выходной вал 36, в результате которого жидкость, отдав энергию на пластины 32, корпус 29 и ротор 30, уходит в выпускную полость 34 из камеры 35.

Часть жидкости под давлением попадает по трубопроводам 11 и 43 из энергообразующей магистрали 21 через теплообменник 14 и клапаны 13 и 45 в форсунку рабочего цилиндра 2 системы равномерного распыления охлажденной жидкости 10 и распыляется на протяжении всего рабочего хода в полости внутреннего цилиндра 3 и полости 6 рабочего цилиндра 2. По окончании распыления охлажденной жидкости в камере конденсации рабочего цилиндра 2 в работу вступает система сброса избыточного давления газов 18, которая удаляет избыточное давление газов, если таковое присутствует, из камеры конденсации по сигналу датчика давления и датчика уровня жидкости (не показаны). Когда жидкость заполнит до отметки «max» полость внутреннего цилиндра 3 рабочего цилиндра 2, клапаны сброса избыточного давления 18 каждого рабочего цилиндра, перепускные клапаны 25, 28, клапан перетока охлажденной жидкости 13 и 45 закрывают, а клапаны 12, 26, 27, 46 открывают.

«Рабочий ход — конденсация — Б» — происходит в том же порядке как и «Рабочий ход — конденсация — А», в котором подача топлива и кислорода производится в рабочий цилиндр 2, а конденсация осуществляется в рабочем цилиндре 1. После окончания работы, которую совершила система сброса избыточного давления газов 18 рабочего цилиндра 2, когда топливо начинает подаваться в систему двигателя и уровень жидкости во внутреннем цилиндре достиг отметки «max», через заполненную жидкостью полость 6, образованную внутренним 3 и внешним 4 цилиндрами рабочего цилиндра 2, дозатор дискретной подачи кислорода 8 подает кислород в камеру сгорания малыми порциями, которые необходимы для поддержания начального постоянного объема кислорода, находящегося в камере сгорания и соответствующего определенному условию горения топлива, при котором возможно более полно использовать водород при его сгорании с кислородом. Объем кислорода, который необходимо ввести в систему для поддержания необходимого режима работы двигателя, соответствует его количеству растворенного в определенном объеме жидкости, удаляемого дозатором подачи и удаления жидкости из системы двигателя за один «рабочий ход — конденсация А».

По завершении такта «рабочий ход — конденсация — Б» вновь начинается такт «рабочий ход — конденсация А» и т.д., в которых клапан сброса избыточного давления 18 рабочих цилиндров закрыт. Клапан 18 служит для поддержания постоянного объема и давления кислорода в камере сгорания, которое соответствует номинальному режиму гидродвигателя.

Подача и удаление кислорода из камер сгорания с помощью дозаторов и систем сброса лишнего давления газов осуществляется по заданному алгоритму, находящемуся в зависимости от номинального режима работы гидродвигателя.

Работой клапанов и других рабочих органов управляет автоматизированная система по заданному алгоритму.

Использование заявленного гидродвигателя внутреннего сгорания позволит:
— повысить КПД до 80-85% за счет: более полного использования остаточного давления сгораемых газов, которое воздействует на пластины преобразователя (10%); использования пониженного давления (ниже атмосферного), образующегося в результате конденсации остаточных паров и охлаждения газов, образованных при сгорании топлива (5%); применения теплоизолирующей полости, заполненной жидкостью и сферической формы в верхней части внутреннего и внешнего цилиндров, которая уменьшает площадь рабочего цилиндра, на которую воздействуют раскаленные газы, образованные в результате сгорания топлива (2%); более полного использования сгорания водорода, содержащегося в топливе, при его сгорании в камере сгорания, где постоянно присутствует один из компонентов реакции, который смещает константу равновесия реакции горения — смеси водорода и кислорода вправо 2Н2+O 2 2Н2О;
— безопасно использовать совместную подачу кислорода и водорода в камеру сгорания;
— использовать теплоту, удаленную из системы гидродвигателя с помощью теплообменника для отопления, что приводит к более рациональному использованию тепла, образованного при сгорании топлива в камере сгорания гидродвигателя;
— снизить материалоемкость изготовления гидродвигателя;
— повысить экологичность гидродвигателя за счет применения в качестве горючей смеси кислорода и водорода;
— сохранение кислорода окружающей среды.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Гидродвигатель внутреннего сгорания, снабженный системой подачи и забора жидкости, содержащий теплоизолированные рабочие цилиндры, заполненные жидкостью, нижние части которых соединены энергообразующей магистралью и сообщены с гидравлическим приводом выходного вала и маховиком, а верхние снабжены системой зажигания, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, одну пару рабочих цилиндров, соединенных между собой энергообразующей магистралью, выполненной в виде системы, состоящей из двух трубопроводов, объединенных посредством гидравлического привода выходного вала, соединенных с преобразователем и снабженных перепускными клапанами, причем один из трубопроводов дополнительно снабжен автоматическими запускными клапанами, каждый рабочий цилиндр выполнен состоящим из двух соосно расположенных на одном основании цилиндров, внутреннего и внешнего, выполненными в верхней части в виде полусфер и выполнением внутреннего цилиндра меньшей высоты и диаметра, чем внешний, полость, образованная между внутренним и внешним цилиндром, заполнена жидкостью и сообщена с полостью внутреннего цилиндра, внешний цилиндр снабжен дозатором топлива — кислородно-водородной смеси, и дозатором кислорода, гидродвигатель снабжен системой охлаждения жидкости.

двигатель внутреннего сгорания (варианты)

Использование: в устройствах с простыми кривошипно-камерными нагнетателями для продувки двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, кривошипную камеру с впускным каналом, в котором установлен обратный клапан с упругим элементом, выпускные окна и систему впрыска или карбюратор, снабжен охладителем нагнетаемого воздуха, выполненным в виде диффузорного воздуховода, автоматическим впускным тарельчатым клапаном, установленным в головке цилиндра, снабженным амортизирующе-буферным устройством, ограничивающим перемещение и скорость удара в конце хода клапана, при этом система впрыска топлива или карбюратор установлена перед впускным каналов в головке цилиндра. Рассмотрены другие варианты. Изобретение обеспечивает улучшение топливо-экономических и экологических качеств двигателя, снижение расхода масла и повышение долговечности. 3 с.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2094627

Изобретение относится к устройствам с простыми кривошипно-камерными нагнетателями для продувки двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и подачи смазки с использованием давления в кривошипной камере, клапанным механизмам газораспределения и может быть использовано в автомобильных, тракторных, мотоциклетных, судовых и других промышленных ДВС.

Известны двухтактные ДВС с кривошипно-камерной продувкой, в которых для продувки используются впускные и выпускные окна, а также двигатели, содержащие автоматические впускные пластинчатые и тарельчатые клапаны в головке поршня вместо выпускных окон.

С целью улучшения топливно-экономических и экологических качеств двигателя, снижения расхода масла и повышения долговечности, в отличие от известного двигателя (авт.св. СССР N 1315631, кл. F 02 В 33/04, 1987), в первом варианте предлагаемого ДВС воздушный заряд из кривошипной камеры после предварительного сжатия подается в цилиндр через охладитель нагнетаемого воздуха диффузорный воздуховод и автоматический впускной тарельчатый клапан в головке цилиндра для осуществления прямоточной продувки цилиндра. При этом перед впускным клапаном головки цилиндра с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушный заряд. Автоматический впускной клапан в головке цилиндра снабжен амортизирующе-буферным устройством для ограничения величины перемещения и скорости удара в конце хода клапана. Впуск очищенного воздуха в кривошипную камеру производится через обратный клапан. Во втором варианте обратный клапан впуска в кривошипную камеру имеет грибковую форму, снабжен амортизирующе-буферным устройством для ограничения величины перемещения и скорости удара в конце хода клапана и размещен на опоре, ребра жесткости которой являются крыльчаткой. Конец стержня обратного клапана впуска изготавливается коническим, а перед конусом на цилиндрической части стержня выполняется выточка (канавка) для дозирования порции масла.

В третьем варианте предлагаемого ДВС воздушный заряд из кривошипной камеры после предварительного сжатия подается в цилиндр разделенным на два потока: один через автоматический клапан в поршне для петлевой продувки, а другой после охлаждения и ускоренного прохождения в диффузорном воздуховоде через автоматический впускной тарельчатый клапан в головке цилиндра для прямоточной продувки цилиндра, при этом для двигателей с искровым зажиганием с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушный заряд.

На фиг. 1 приведена схема рабочих органов ДВС первого и второго вариантов с кривошипно-камерной продувкой и грибковым клапаном впуска в кривошипную камеру; на фиг. 2 третий вариант схемы рабочих органов ДВС с кривошипно-камерной продувкой. Направление потоков заряда и отработавших газов условно показано на фигурах стрелками.

Двигатель содержит картер с кривошипной камерой 1, цилиндр 2, коленчатый вал с шатуном 29, поршень 3, выпускные окна-щели 4 в нижней части цилиндра, головку цилиндра 5, свечу зажигания 6, автоматический впускной клапан 7 в головке цилиндра, втулку 8 клапана, амортизирующе-буферное упругое кольцо 9 круглого сечения, нажимную втулку 10 с обратным конусом, гайку 11 и чашку 12, пружину клапана 13, карбюратор 14 или короткий диффузор с системой впрыска 14 во впускной канал, охладитель нагнетаемого воздуха диффузорный воздуховод 15, резервуар 16 с маслом, канал 17 масляный, трубку 18 подпитки избыточного давления воздуха в резервуаре, обратный клапан 19 подпитки, канал 20 воздушный, корпус 21, грибковый обратный клапан 22 впуска воздуха в кривошипную камеру, диффузорное седло 23 клапана, два нажимных кольца 24 с обратными конусами, упругое элластичное кольцо 25 круглого сечения, пружину 26 клапана впуска, опору 27 клапана, ребра жесткости 28 опоры и корпуса в виде крыльчатки.

Третий вариант ДВС содержит картер с кривошипной камерой 1, цилиндр 2, коленчатый вал и шатун 29, поршень 3, автоматический впускной клапан 30 в поршне, выпускные окна-щели 4 в нижней части цилиндра, головку цилиндра 5, свечу зажигания 6 или топливную форсунку 6, дополнительный автоматический впускной клапан 7 в головке цилиндра, втулку 8 клапана, амортизирующе-буферное упругое кольцо 9 круглого сечения, нажимную втулку 10 с обратным конусом, гайку 11 и чашку 12, пружину клапана 13, карбюратор 14 или короткий диффузор с системой впрыска 14 во впускной канал для двигателей с искровым зажиганием, охладитель нагнетаемого воздуха диффузорный воздуховод 15, всасывающий обратный клапан 22 в кривошипную камеру.

Полный цикл работы двигателя осуществляется за два такта хода поршня. Нагнетание заряда в цилиндр 2 осуществляется через кривошипную камеру 1 за счет создающегося давления от движущегося сверху вниз поршня 3 в кривошипной камере и диффузорном воздуховоде, где с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушная часть заряда. При движении поршня 3 из нижней мертвой точки (НМТ) вверх после перекрытия выпускных окон 4 и закрытия клапана 7 происходит досжатие топливно-воздушного заряда в цилиндре 2, при этом одновременно происходит и впуск свежей порции воздуха в кривошипную камеру, т. к. обратный клапан впуска 22 автоматически открывается. При подходе поршня к его верхней мертвой точке (ВМТ) с некоторым опережением подается искра на свечу 6 зажигания горючей смеси. За счет давления расширяющихся газов сгоревшего топлива осуществляется рабочий ход поршня вниз. В начале рабочего хода поршня при уравнивании величин давления во впускной системе и кривошипной камере обратный клапан 22 впуска воздуха в кривошипную камеру автоматически закроется, и очередная порция свежего заряда воздуха будет сжиматься. В конце рабочего хода при открытии кромки выпускных окон 4 отработавшие газы из цилиндра устремляются в выпускной тракт. При снижении давления газов в цилиндре ниже величины давления воздуха в кривошипной камере, охладителе нагнетаемого воздуха диффузорном воздуховоде и впускном канале головки цилиндра впускной клапан 7 автоматически откроется. При дальнейшем движении поршня вниз до НМТ происходит одновременный выпуск отработавших газов и прямоточная продувка цилиндра воздухом. С некоторым запаздыванием при появлении разрежения в коротком диффузоре производится приготовление топливно-воздушной части заряда с помощью карбюратора 14 или системы впрыска 14. При перекрытии выпускных окон происходит некоторое дозаполнение цилиндра топливно-воздушной частью заряда за счет давления предварительного сжатия заряда в кривошипной камере и диффузорном воздуховоде, а также кинетической энергии воздушного потока, проходящего через этот воздуховод. При уравнивании давлений в цилиндре и впускном канале головки цилиндра клапан 7 автоматически закрывается под действием обратного потока заряда и пружины 13 клапана. Далее цикл работы двигателя повторяется.

Во втором варианте ДВС дозированная подача масла в кривошипную камеру из резервуара 16 происходит по дросселированному каналу 17 путем заполнения дозированной выточки на стержне клапана 22 впуска. При разрежении в кривошипной камере и открытии клапана впуска его выточка выходит за пределы торца опоры, сообщаясь с вакуумом кривошипной камеры и проходящим потоком впускаемого турбулентного заряда воздуха. Мелкие капли масла увлекаются потоком к острому концу клапана, с которого они разбрызгиваются по всей кривошипной камере, в том числе и к трущимся поверхностям. При появлении избыточного давления в кривошипной камере и закрытии клапана впуска его выточка возвращается в замкнутое пространство опоры клапана. За счет избыточного давления в кривошипной камере при движении поршня вниз к ВМТ воздух по каналу 20 открывает обратный клапан 19 подпитки и через трубку 18 попадает в резервуар с маслом, создавая в нем постоянное избыточное давление для очередной дозированной подачи масла. Ввиду удлиненного пути прохождения воздушного заряда через диффузорный воздуховод и изменения направленности его движения унос масла из кривошипной камеры в камеру сгорания будет значительно меньше по сравнению с аналогами.

Полный цикл работы третьего варианта ДВС осуществляется за два такта — хода поршня. Нагнетание воздушного заряда в цилиндр 2 осуществляется через кривошипную камеру 1 за счет создающегося давления от движущегося сверху вниз поршня в кривошипной камере и диффузорном воздуховоде, где с некоторым запаздыванием приготавливается топливно-воздушная часть заряда для двигателей с искровым зажиганием. При движении поршня 3 из нижний мертвой точки (НМТ) вверх после перекрытия выпускных окон 4 происходит досжатие воздушного или топливно-воздушного заряда в цилиндре 2, при этом одновременно происходит и впуск свежей порции воздуха в кривошипную камеру, т.к. обратный клапан 22 впуска автоматически открывается. При подходе поршня 3 к его верхней мертвой точке (ВМТ) с некоторым опережением осуществляется впрыск топлива из форсунки 6 для дизелей или подается искра на свечу 6 зажигания горючей смеси для двигателей с искровым зажиганием. За счет давления расширяющихся газов сгоревшего топлива осуществляется рабочий ход поршня вниз. В начале рабочего хода поршня при уравнивании величин давления во впускной системе и кривошипной камере обратный клапан 22 впуска воздуха в кривошипную камеру автоматически закроется, и очередная порция свежего заряда воздуха будет сжиматься. В конце рабочего хода при открытии кромки выпускных окон 4 отработавшие газы из цилиндра устремляются в выпускной тракт. При снижении давления газов в цилиндре ниже величины давления воздуха в кривошипной камере сначала впускной клапан 30 в поршне, а затем и дополнительный впускной клапан 7 в головке цилиндра автоматически откроются. При дальнейшем движении поршня вниз до НМТ происходит одновременный выпуск отработавших газов и смешанная петлевая и прямоточная продувка цилиндра воздухом. Для двигателей с искровым зажиганием при открытии впускного клапана 7 с некоторым запаздыванием производится приготовление топливно-воздушного охлажденного заряда с помощью карбюратора 14 или системы впрыска 14 и подача приготовленной части заряда в цилиндр. Для дизелей через клапан 7 в цилиндр подается часть охлажденного воздушного заряда. При движении поршня из НМТ вверх клапан 30 в поршне закроется под давлением потока заряда, движущегося с верхней части цилиндра в нижнюю и инерционно-гравитационных сил, действующих на клапан 30. При перекрытии выпускных окон происходит некоторое дозаполнение цилиндра свежим зарядом за счет давления предварительного сжатия заряда в кривошипной камере и охладительном диффузорном воздуховоде, а также кинетической энергии воздушного потока, проходящего через этот воздуховод. При уравнивании давлений в цилиндре и впускном канале головки цилиндра клапан 7 автоматически закрываются под действием обратного потока заряда и пружины 13 клапана. Далее цикл работы двигателя повторяется.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, кривошипную камеру с впускным каналом, в котором установлен обратный клапан с упругим элементом, выпускные окна и систему впрыска топлива или карбюратор, отличающийся тем, что он снабжен охладителем нагнетаемого воздуха, выполненным в виде диффузорного воздуховода, автоматическим впускным тарельчатым клапаном, установленным в головке цилиндра, снабженным амортизирующе-буферным устройством, ограничивающим перемещение и скорость удара в конце хода клапана, при этом система впрыска топлива или карбюратор установлены перед впускным каналом в головке цилиндра.

2. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, кривошипную камеру с впускным каналом, в котором установлен обратный клапан с упругим элементом, выпускные окна и систему впрыска топлива или карбюратор, отличающийся тем, что обратный клапан впускного канала выполнен грибовидной формы, размещен на опоре, ребра жесткости которой выполнены в виде крыльчатки, а на стержне клапана выполнена выточка, дозирующая подачу масла вместе с воздушным зарядом из масляного резервуара, снабженного дополнительным обратным клапаном.

3. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, кривошипную камеру с впускным каналом, в котором установлен обратный клапан с упругим элементом, выпускные окна, систему впрыска топлива или карбюратор, отличающийся тем, что поршень снабжен автоматическим впускным тарельчатым клапаном, а в головке цилиндра установлен дополнительный автоматический впускной тарельчатый клапан, который соединен с кривошипной камерой при помощи диффузорного воздуховода.

Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, размещенный в нем поршень 2. В поршне 2 выполнена камера сгорания 5 в виде выемки, в центре которой выполнен конический выступ 7. В головке 3 цилиндра 7 выполнен вытеснитель 4 соосно выступу 7 и установлены две форсунки 8 и 9. Форсунка 8 установлена по оси вытеснителя 4, а форсунка 9 — под углом к оси цилиндра. Каждая из форсунок имеет по меньшей мере одно сопло, направленное на выступ 7. Форсунка 9 предназначена для подачи запальной дозы топлива, обработанного полем переменного тока высокой частоты и электрическим полем постоянного тока. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2063523

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с поршнем, головку цилиндра с вытеснителем, установленным в ней соосно с поршнем и выполненным с внутренней поверхностью в виде части сферы, открытой со стороны днища поршня, и камеру сгорания, ограниченную головкой с вытеснителем и выемкой в днище поршня (а.с. N 1454999, кл. F02B 23/06, 1989). Недостатком этих работ является малая экономичность двигателя.

Известен двигатель содержащий цилиндр, размещенный в нем поршень, в днище которого вывполнена выемка, и головку цилиндра с установленной в ней форсункой, причем в центре выемки выполнен конический выступ, а в головке цилиндра соосно выступу конический вытеснитель, форсунка установлена по оси вытеснителя и имеет по меньшей мере одно сопло, направленное на выступ выемки (а.с. N 266454 F02B 23/06 опубл. 1970-прототип). Однако известное устройство имеет низкую экономичность.

Задача изобретения повышение экономичности.

Поставленная задача решается тем, что двигатель снабжен дополнительной форсункой для подачи запальной дозы топлива, обработанного полем переменного тока высокой частоты и электростатическим полем постоянного тока, дополнительная форсунка установлена в головке цилиндра под углом к оси цилиндра и снабжена по меньшей мере одним соплом, направленным на выступ выемки.

На чертеже представлен двигатель, продольный разрез.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1 с поршнем 2, головку 3 цилиндра с вытеснителем 4, конической формы расположенным вдоль оси цилиндра 1, и камеру сгорания 5. Выемка 6 выполнена плавно сопряженной сферической поверхности с поверхностью конического выступа 7, сделанного вдоль оси цилиндра 1. На конце вытеснителя 4 размещена основная форсунка 8. Под углом к центральной оси поршня расположена дополнительная форсунка 9, подающая топливо на выступ 7 выемки. Форсунка 8 имеет хотя бы одно сопло направленное на выступ 7 поршня 2. Воздух и топливо подаваемое в дополнительную форсунку 9 обрабатывается полем переменного тока высокой частоты и электростатическим полем постоянного тока (например как в способе, предложенным в авторском свидетельстве N 1043338 М.Кл. F02M 27/04. опубл. 1983). Возможна обработка топлива и воздуха другими устройствами.

Двигатель работает следующим образом. При сжатии воздуха в надпоршневом пространстве, воздух обтекая вытеснитель 4 перетекает в камеру сгорания 5, образуя вращение. И это вращение воздуха усиливается при приближении поршня 2 к верхней мертвой точке. При подходе поршня 2 к верхней мертвой точке впрыскивается запальная доза топлива из форсунки 9. Топливо с диссоциированными молекулами, попадая на выступ 7, растекается по дну выемки, испаряется и полностью сгорает, поджигая топливо, подаваемое с запозданием форсункой 8.

Использование изобретения позволяет улучшить смесеобразование в камере сгорания, понизить качество топлива, используемого в двигателе, и тем самым повысить экономичность двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, размещенный в нем поршень, в днище которого выполнена выемка, и головку цилиндра с установленной в ней форсункой, причем в центре выемки выполнен конический выступ, а в головке цилиндра соосно выступу конический вытеснитель, форсунка установлена на оси вытеснителя и имеет по меньшей мере одно сопло, направленное на выступ выемки, отличающийся тем, что двигатель снабжен дополнительной форсункой для подачи запальной дозы топлива, обработанного полем переменного тока высокой частоты и электростатическим полем постоянного тока, дополнительная форсунка установлена в головке цилиндра под углом к оси цилиндра и снабжена по меньшей мере одним соплом, направленным на выступ выемки.

двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению и может быть осуществлено при производстве и эксплуатации двигателей с системой впрыска топливовоздушной смеси в рабочий цилиндр двигателя. Рабочий цилиндр с поршнем, форкамера со свечой зажигания и камера сгорания соединены с нагнетателем топливовоздушной смеси в виде компрессорного цилиндра с поршнем. Каналы подачи топлива и воздуха расположены вверху компрессорного цилиндра выше верхней мертвой точки его поршня и снабжены обратными клапанами. Каналы подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания и в форкамеру выполнены в виде трубки, разделенной вдоль ее оси перегородкой, или в виде двух трубок, установленных параллельно друг другу, расположены в полости с охлаждающей жидкостью и снабжены нагревателем. В зоне расположения этих каналов установлен датчик температуры, соединенный с блоком питания нагревателя. Канал подачи топливовоздушной смеси в форкамеру снабжен регулировочным механизмом с приводом, связанным с датчиком числа оборотов коленчатого вала двигателя или с устройством для подачи топлива. Камера сгорания имеет цилиндрическую форму. Проекции осей участков каналов, входящих в камеру сгорания и в форкамеру, на плоскость продольного сечения рабочего цилиндра перпендикулярны его оси. Изобретение обеспечивает повышение стабильности работы двигателя и его мощности, уменьшение расхода топлива путем гомогенизации топливовоздушной смеси. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2278985

Изобретение относится к двигателестроению и может быть осуществлено при производстве и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания с системой впрыска топливовоздушной смеси в рабочий цилиндр двигателя.

Известен двигатель внутреннего сгорания (патент РФ №22290029 от 25.11.2002 г., МКИ F 02 B 33/22). Этот двигатель содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем, кинематически связанным с валом двигателя, и изготовленный в едином блоке с рабочим цилиндром компрессорный цилиндр. В компрессорном цилиндре размещена гильза с впускными окнами, сообщенными с впускным каналом. Компрессорный цилиндр сообщен с рабочим цилиндром соединительным каналом через клапан отсечки, размещенный над гильзой соосно компрессорному цилиндру и выполненный в виде стакана с пружиной и седлом, которое образовано верхним торцом гильзы. Внутри гильзы установлен компрессорный поршень, кинематически связанный с рабочим поршнем. Клапан отсечки обращен дном к компрессорному поршню. Кинематическая связь рабочего и компрессорного поршней осуществлена с помощью механизмов, на штоках которых закреплены рабочий и компрессорный поршни. Компрессорный поршень установлен относительно рабочего поршня с возможностью опережения по фазе на 40. 80° поворота вала двигателя. Объем полости гильзы внутри компрессорного цилиндра составляет 5. 30% рабочего объема рабочего цилиндра. Внутри компрессорного цилиндра, в его средней части, выполнена кольцевая выточка, соединенная с впускным каналом. Окна в гильзе расположены по ее окружности против выточки в компрессорном цилиндре. На впускном канале установлено сообщающееся с ним устройство для подачи жидкого или газообразного топлива. В качестве механизмов, с помощью которых осуществлена кинематическая связь рабочего поршня с валом двигателя и с компрессорным поршнем, применены кривошипно-ползунные или бесшатунные механизмы. Свеча установлена соосно рабочему цилиндру. Соединительный канал расположен в верхней части компрессорного цилиндра. Проекция оси соединительного канала на плоскость продольного сечения рабочего и компрессорного цилиндров расположена под углом 20. 60° по отношению к продольной оси рабочего цилиндра. Вершина этого угла направлена в сторону головки рабочего цилиндра. Проекция оси соединительного канала на плоскость поперечного сечения цилиндров расположена под углом 15. 40° к оси поперечного сечения рабочего цилиндра, пресекающейся с продольной осью компрессорного цилиндра.

Под рабочим поршнем в рабочем цилиндре установлена диафрагма, снабженная в центральной части уплотнением, через которое пропущен шток механизма, с помощью которого осуществлена кинематическая связь рабочего поршня с валом двигателя. Наружный контур поверхности диафрагмы выполнен соответствующим внутреннему контуру поверхности рабочего поршня, а выпускной канал расположен выше диафрагмы. Надпоршневое пространство соединено продувочными каналами с подпоршневым пространством. Устройство для подачи жидкого или газообразного топлива выполнено в виде форсунки.

Такая конструкция двигателя позволяет повысить мощность и устойчивость его работы. Однако при работе этого двигателя топливовоздушная смесь, проходя от компрессорного цилиндра через соединительные каналы в камеру сгорания, охлаждается, что может привести к возникновению в составе топливовоздушной смеси капельной фазы. Это нарушит гомогенность смеси и приведет к обеднению паровой фазы, что уменьшит мощность, ухудшит стабильность работы двигателя и повысит расход топлива.

Известен также двигатель внутреннего сгорания, защищенный патентом РФ №2230202 от 08.01. 2003 г., МКИ 7 F 02 B 19/10, который принят за прототип. Двигатель содержит цилиндр с поршнем, нагнетатель топливовоздушной смеси и головку цилиндра, в которой расположена сферическая или коническая камера сгорания и цилиндрическая форкамера. Камера сгорания и форкамера соединены с нагнетателем смеси одним или несколькими каналами. Проекции участков осей каналов, входящих в камеру сгорания и в форкамеру, на плоскость продольного сечения рабочего цилиндра расположены под углами соответственно 90. 20 и 90. 140° по отношению к оси рабочего цилиндра. Входы каналов расположены тангенциально к поверхностям камер. Каналы камеры сгорания направлены навстречу каналам форкамеры. Это позволяет повысить мощность двигателя и снизить токсичность отработанных газов за счет применения бедной топливовоздушной смеси.

Однако при работе двигателя по прототипу топливовоздушная смесь, проходя по каналам от нагнетателя до форкамеры и камеры сгорания, также может охлаждаться, что приведет к образованию в составе топливовоздушной смеси жидкой капельной фазы, обедняя смесь топливом сверх допустимого предела. Кроме того, часть топливовоздушной смеси, скользя по стенкам камеры сгорания под действием вертикальной составляющей центробежных сил, может преждевременно выбрасываться в надпоршневое пространство, обедняя остающуюся в камере сгорания смесь. В результате нарушится стабильность работы двигателя, снизится его мощность и повысится расход топлива.

Технический результат изобретения: повышение стабильности работы двигателя и его мощности и уменьшение расхода топлива путем гомогенизации топливовоздушной смеси.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый двигатель содержит рабочий цилиндр с поршнем, кинематически связанным с коленчатым валом, головку цилиндра, в которой расположены камера сгорания и снабженная свечой зажигания форкамера. Камера сгорания и форкамера соединены с нагнетателем топливовоздушной смеси, который выполнен в виде компрессорного цилиндра с поршнем и снабжен устройством для подачи топлива и каналами подачи топлива и воздуха. В отличие от прототипа канал подачи топлива и установленное в нем устройство для подачи топлива, а также канал подачи воздуха расположены в верхней части компрессорного цилиндра выше верхней мертвой точки компрессорного поршня. На выходе каналов подачи воздуха и топлива в компрессорный цилиндр установлены обратные клапаны. Каналы подачи топливовоздушной смеси в рабочий цилиндр выполнены в виде трубки, разделенной вдоль ее оси перегородкой или в виде двух трубок, установленных параллельно друг другу, расположены под крышкой, закрывающей рабочий и компрессорный цилиндры в полости, заполненной охлаждающей жидкостью, и снабжены нагревателем с блоком его питания. В зоне расположения каналов подачи топливовоздушной смеси установлен датчик температуры охлаждающей жидкости, соединенный с блоком питания нагревателя. Камера сгорания имеет цилиндрическую форму. Проекции осей участков каналов, входящих в камеру сгорания и в форкамеру, на плоскость продольного сечения рабочего цилиндра перпендикулярны оси рабочего цилиндра.

Канал подачи топливовоздушной смеси в форкамеру снабжен регулировочным механизмом. Привод этого механизма связан с датчиком числа оборотов коленчатого вала двигателя или с устройством для подачи топлива.

Такая совокупность признаков двигателя в отличие от прототипа обеспечивает возможность подачи топлива в компрессорный цилиндр в пределах от 0 до 360° хода компрессорного поршня, что расширяет возможности регулирования мощность двигателя. Подготовленная в компрессорном цилиндре и нагретая при сжатии топливовоздушная смесь, проходя по каналу в камеру сгорания и форкамеру рабочего цилиндра, не охлаждается. Это исключает образование жидкой фазы в составе топливовоздушной смеси, что повышает устойчивость работы двигателя. Предлагаемая форма камеры сгорания и расположение каналов, входящих в камеру сгорания и в форкамеру, предотвращают возможность преждевременного срыва потока топливовоздушной смеси в надпоршневое пространство рабочего цилиндра, что также повышает устойчивость работы двигателя и уменьшает расход топлива.

Наличие регулировочного механизма в канале подачи топливовоздушной смеси в форкамеру и его связь с датчиком числа оборотов или с устройством для подачи топлива позволяет изменять количество смеси, подаваемой в форкамеру в зависимости от количества топлива в топливовоздушной смеси. Это при увеличении мощности двигателя позволит уменьшать количество богатой топливовоздушной смеси в форкамере и предупредит возможность избытка топлива в зоне электродов свечи зажигания. В результате повысится устойчивость работы двигателя при большой его мощности.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана конструктивная схема предлагаемого двигателя, на фиг.2 — разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 — разрез по В-В на фиг.2, а на фиг 4 — разрез по С-С на фиг 1.

Предлагаемый двигатель содержит рабочий цилиндр 1 с рабочим поршнем 2, который через шток 3 кинематически связан с коленчатым валом. В головке 4 рабочего цилиндра 1 расположены камера сгорания 5, имеющая цилиндрическую форму, и форкамера 6, снабженная свечой зажигания 7. Камера сгорания 5 и форкамера 6 соединены с нагнетателем топливовоздушной смеси каналами 9, 10, 22, а также каналами 39 и 38, расположенными в трубке 26, разделенной перегородкой 25, через обратные клапаны 23, установленные в корпусе 24. Каналы 39 и 38 могут быть выполнены также в виде отдельных трубок, установленных параллельно друг другу. Такое выполнение каналов 39 и 38 может оказаться целесообразным при изготовлении двигателя небольшой мощности, когда перегородку 25 трудно выполнить в трубке малого диаметра.

Нагнетатель топливовоздушной смеси выполнен в виде компрессорного цилиндра 17 с поршнем 19 и штоком 32, кинематически связанным со штоком 3 рабочего цилиндра 1. В крышке 33 компрессорного цилиндра 17 установлен клапан отсечки 21 с пружиной 20, прижатой к крышке 33 пластиной 18. Кроме того, в крышке 33 выполнен канал 14 для подачи топлива и один или несколько каналов 15 для подачи воздуха, которые через каналы 13 и 11, выполненные соответственно в корпусе 17 компрессорного цилиндра и в корпусе двигателя 16, соединены с атмосферой. На входе канала 14 установлено устройство 12 для подачи топлива, в качестве которого может быть использована форсунка.

Размещение каналов 14 и 15 в крышке 33 предопределяет выход этих каналов в полость 8 компрессорного цилиндра 17 выше верхней мертвой точки компрессорного поршня 19. На выходах каналов 15 в полость 8 компрессорного цилиндра 17 установлены обратные клапаны 34, которые могут быть, например, лепестковыми и могут крепиться к торцу компрессорного цилиндра 17 винтами 35.

Трубка 26, содержащая каналы 39 и 38 подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания 5 и форкамеру 6, расположена в полости, заполненной охлаждающей жидкостью под крышкой 31, закрывающей рабочий 1 и компрессорный 17 цилиндры и закрепленной на корпусе 16 двигателя. Трубка 26 снабжена нагревателем 27 (например, электрическим), который соединен с блоком 30 его питания проводами 29. В зоне расположения трубки 26 с каналами 39 и 38 установлен датчик 28 температуры охлаждающей жидкости, соединенный с блоком 30 питания нагревателя 27.

Проекции участков осей каналов 9 и 10, входящих соответственно в форкамеру 6 и в камеру сгорания 5, на плоскость продольного сечения рабочего цилиндра 1 расположены перпендикулярно оси рабочего цилиндра 1 (углы а=b=90°).

Канал 38 подачи топливовоздушной смеси в форкамеру 6 снабжен регулировочным механизмом 36. Привод 37 механизма 36 связан с датчиком числа оборотов коленчатого вала двигателя или с устройством 12 для подачи топлива.

Размещение канала 14 с устройством 12 для подачи топлива и каналов 15 для подачи воздуха в крышке 33 предопределяет выход этих каналов в полость 8 компрессорного цилиндра 17 в верхней части этой полости выше верхней мертвой точки (ВМТ) компрессорного поршня 19. Это в отличие от прототипа увеличивает время, в течение которого возможна подача топлива в полость 8 компрессорного цилиндра 17. Подача топлива может быть осуществлена в любой фазе движения поршня 19 компрессорного цилиндра 17 от 0 до 360°. Это исключает возможность преждевременного прекращения подачи топлива при открытом устройстве 12 (например, форсунке) вследствие перекрытия канала 14 поршнем 19 при его движении к ВМТ, как это могло происходить в двигателе по прототипу, что ограничивало возможность увеличения мощности двигателя. В предлагаемом двигателе расположение канала 14 выше ВМТ компрессорного поршня 19 позволяет производить впрыск топлива в полость 8 компрессорного цилиндра 17 при любом положении поршня 19. В результате расширяется возможность увеличения мощности двигателя.

Расположение каналов 15 подачи воздуха в крышке 33 компрессорного цилиндра 17 увеличивает наполнение полости 8 компрессорного цилиндра 17 воздухом, поскольку при этом подача воздуха обеспечивается в течение всего времени движения компрессорного поршня от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ). При обратном ходе поршня 19 от НМТ к ВМТ выходы каналов 15 перекрываются клапанами 34, происходит сжатие топливовоздушной смеси. При ходе поршня 19 от ВМТ к НМТ над поршнем 19 создается разрежение, клапаны 34 открываются и через каналы 15, 13 и 11 из атмосферы в полость 8 засасывается чистый воздух в течение времени, соответствующего 180° хода поршня 19. Одновременно с началом подачи воздуха в полость 8 компрессорного цилиндра 17 через канал 14 с помощью устройства 12 начинает впрыскиваться топливо. Это обеспечивает более полное перемешивание топлива с воздухом, которое начинается до начала сжатия топливовоздушной смеси. В результате обеспечивается повышение качества топливовоздушной смеси, которая становится более однородной. Повышается стабильность работы двигателя, снижается непроизводительный расход топлива и увеличивается мощность двигателя вследствие более полного последующего сгорания топливовоздушной смеси в рабочем цилиндре 1 предлагаемого двигателя.

При ходе компрессорного поршня 19 от НМТ к ВМТ топливо воздушная смесь сжимается, вследствие чего она нагревается до 300. 400°. Топливо испаряется, что обеспечивает однофазный газовый состав всей топливовоздушной смеси. Однако в двигателе по прототипу при выходе из компрессорного цилиндра 17 сжатая топливовоздушная смесь, поступая через каналы 39 и 38 в камеру сгорания 5 и форкамеру 6, охлаждается и ее температура снижается. Кроме того, впрыск топливовоздушной смеси в камеру сгорания 5 и в форкамеру 6 должен производиться при давлении в рабочем цилиндре 1, равном или меньшем давления в компрессорном цилиндре 17. В последнем случае в каналах 38, 39, 22, 9, 10, в камере сгорания 5 и в форкамере 6 произойдет расширение топливовоздушной смеси, что также приведет к уменьшению ее температуры. В результате часть топлива в составе топливовоздушной смеси конденсируется, выделившись в виде жидкой капельной фазы. Это резко нарушит стабильность работы двигателя, понизит его мощность и увеличит расход топлива — станут возможными пропуски поджигания топливовоздушной смеси. Этот недостаток в предлагаемой конструкции двигателя устранен тем, что каналы 39 и 38 выполнены в виде трубки 26, разделенной перегородкой 25. Трубка 26 снабжена нагревателем 27 и расположена в полости, заполненной охлаждающей жидкостью под крышкой 31, закрывающей рабочий 1 и компрессорный 17 цилиндры. Топливовоздушная смесь, проходя через каналы 39 и 38, нагревается с помощью нагревателя 27 до температуры, несколько превышающей температуру испарения топлива. Это предупреждает конденсацию топлива в камере сгорания 5 и в форкамере 6. Одновременно с топливовоздушной смесью от нагревателя 27 нагревается окружающая трубку 26 охлаждающая жидкость. Поэтому датчик 28, измеряющий температуру охлаждающей жидкости, установлен в зоне расположения трубки 26 с каналами 39 и 38. Датчик 28 подает команду на блок питания 30 нагревателя 27, который в соответствии с этой командой регулирует мощность, подаваемую на нагреватель 27. В начале работы двигателя, когда охлаждающая жидкость еще не нагрелась от выделяемого двигателем тепла, мощность, отдаваемая блоком питания 30 нагревателю 27, максимальна, затем, по мере нагрева охлаждающей жидкости, мощность уменьшается. В результате в камеру сгорания 5 и в форкамеру 6 в течение всего времени работы двигателя поступает топливовоздушная смесь, температура которой несколько выше температуры испарения топлива. Это исключает возможность конденсации топлива в составе топливовоздушной смеси, что также повысит стабильность работы двигателя, увеличит его мощность и снизит расход топлива. При этом уменьшится токсичность отработанных газов: в их составе не будет частиц несгоревшего топлива.

Придание камере сгорания 5 цилиндрической формы позволяет полнее удерживать в пределах ее объема закрученный поток топливовоздушной смеси, поступающий из тангенциально расположенного канала 10. При сферической или конической форме камеры сгорания 6, предусмотренной прототипом, возникает вертикальная составляющая центробежной силы, действующей на тангенциально закрученный поток топливовоздушной смеси. Вертикальная составляющая стремится выбросить часть потока топливовоздушной смеси из камеры сгорания 5 в рабочий цилиндр 1. Это приводит к чрезмерному обеднению топливовоздушной смеси, что вызывает пропуски ее поджигания. Снижается стабильность работы двигателя, уменьшается его мощность, увеличивается расход топлива. Принятая в предлагаемом двигателе цилиндрическая форма камеры сгорания 5 устраняет этот недостаток, поскольку в этом случае вертикальная составляющая центробежной силы практически отсутствует.

Расположение проекций осей участков каналов 9 и 10, входящих соответственно в форкамеру 6 и в камеру сгорания 5, на плоскость продольного сечения рабочего цилиндра 1 перпендикулярно оси рабочего цилиндра 1 также способствует уменьшению возможности срыва потока топливовоздушной смеси из форкамеры 6 и камеры сгорания 5 в рабочий цилиндр 1. При любом другом значении величины углов а и b, отличном от 90°, возникнут искажения формы закрученных потоков топливовоздушной смеси, что приведет к увеличению вертикальных составляющих центробежных сил, повысит вероятность срыва потока топливовоздушной смеси и, следовательно, понизит стабильность работы двигателя и его мощность, увеличит непроизводительный расход топлива. Расположение каналов 9 и 10, при котором а=b=90°, устраняет этот недостаток.

Наличие регулировочного механизма 36 с приводом 37 позволяет изменять величину проходного сечения канала 38 подачи топливовоздушной смеси в форкамеру 6. Связь привода 37 механизма 36с датчиком числа оборотов коленчатого вала двигателя или с устройством 12 для подачи топлива позволяет уменьшать или увеличивать проходное сечение канала 38 в зависимости от длительности импульса подачи топлива устройством 12 или от числа оборотов коленчатого вала двигателя. Это позволит регулировать количество топливовоздушной смеси, подаваемой через канал 38 в форкамеру 6. При необходимости увеличить мощность двигателя увеличивают длительность импульса подачи топлива устройством 12. Топливовоздушная смесь становится богаче. Подача богатой смеси в форкамеру 6 может вызвать избыток топлива в зоне электродов свечи зажигания 7. Это приведет к нарушению стабильности работы двигателя: чрезмерно богатая смесь в ядре вихря может не загораться, на электродах свечи 7 может осаживаться жидкое топливо.

Уменьшение проходного сечения канала 38 с помощью механизма 36 уменьшит количество топливовоздушной смеси в форкамере 6, что обеднит ее в объеме форкамеры. Это исключит возможность пропусков поджигания топливовоздушной смеси и повысит стабильность работы двигателя.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом.

После начала движения компрессорного поршня 19 от ВМТ через устройство 12 и канал 14 в полость 8 компрессорного цилиндра 17 подают топливо. При движении поршня 19 вниз над ним создастся разряжение, клапаны 34 под действием разности давлений откроются и в полость 8 поступит через каналы 11, 13 и 15 чистый воздух из атмосферы. Внутри полости 8 образуется топливовоздушная смесь, которая в результате движения поршня 19 к НМТ интенсивно перемешивается. После достижения НМТ компрессорный поршень 19 начнет движение вверх к ВМТ, поскольку через штоки 32 и 3 он кинематически связан с рабочим поршнем 2. Начнется сжатие топливовоздушной смеси. При достижении в полости 8 компрессорного цилиндра 17 давления, на которое тарирована пружина 20, клапан отсечки 21 поднимется вверх и откроет вход в каналы 38 и 39. Топливовоздушная смесь, проходя через каналы 38 и 39, расположенные внутри трубки 26, подогревается нагревателем 27. Температура подогрева контролируется датчиком 28, который измеряет температуру охлаждающей двигатель жидкости в зоне расположения трубки 26 и подает команду на блок питания 30, который регулирует мощность, потребляемую нагревателем 27. Это обеспечивает возможность поддержания температуры топливовоздушной смеси несколько большей, чем температура испарения топлива, компенсируя дополнительным нагревом охлаждение топливовоздушной смеси.

Через каналы 38 и 39, лепестковые обратные клапаны 23, каналы 22, 9 и 10 топливовоздушная смесь впрыскивается в форкамеру 6 и в камеру сгорания 5 рабочего цилиндра 1. Каналы 9 и 10 расположены тангенциально внутренней цилиндрической поверхности соответственно форкамеры 6 и камеры сгорания 5. Вследствие этого струя топливовоздушной смеси в форкамере 6 завихряется и пары топлива концентрируются в середине верхней части форкамеры 6, в зоне электродов свечи зажигания 7. Происходит расслоение смеси, смесь в этой зоне становится богатой. Топливовоздушная смесь, поступающая из канала 10 в камеру сгорания 5, завихряясь, создает завесу, препятствующую рассредоточению топливовоздушной смеси, впрыснутой в камеру сгорания 6.

Поскольку каналы 9 и 10 расположены так, что проекции их осей на плоскость продольного сечения рабочего цилиндра 1 перпендикулярны его оси, а камера сгорания выполнена цилиндрической, возможность срыва потока топливовоздушной смеси в рабочий цилиндр 1 минимальна.

После подачи напряжения на электрод свечи 7 богатое топливом ядро топливовоздушной смеси в форкамере 6 воспламенится и подожжет относительно бедную смесь в камере сгорания 5. Начнется рабочий ход поршня 2. Топливовоздушная смесь при этом будет сгорать практически полностью. Это позволит стабилизировать работу двигателя, увеличить его мощность, а также сократить расход топлива и уменьшить токсичность выхлопных газов.

При необходимости повысить мощность двигателя увеличится длительность импульса подачи топлива устройством 12. Топливовоздушная смесь в полости 8 компрессорного цилиндра 17 обогатится. Сигнал об увеличении длительности импульса поступит на привод 37 регулировочного механизма 36, который уменьшит проходное сечение канала 38. Это уменьшит количество богатой топливовоздушной смеси, поступающей в форкамеру 6, что повысит стабильность работы двигателя, исключив возможность пропусков поджигания смеси в форкамере 6. При увеличении импульса подачи топлива и обогащении топливовоздушной смеси пропорционально увеличится число оборотов коленчатого вала двигателя. Поэтому с тем же результатом для осуществления обратной связи между длительностью импульса подачи топлива и количеством топливовоздушной смеси, поступающей в форкамеру 6, может быть использован сигнал от датчика числа оборотов коленчатого вала двигателя.

Все детали предлагаемого двигателя легко изготовить из известных и применяющихся в двигателестроении материалов с помощью известного литейного и металлорежущего оборудования. Трубку 26, содержащую каналы 38 и 39, разделенные перегородкой 25, можно изготовить из стальной, алюминиевой или медной трубы. В качестве нагревателя 27 можно использовать любой известный нагреватель, например, навить на трубку 26 спираль из нихрома, а в качестве блока питания 30 использовать источник электрического тока с реостатом, снабженным электромеханическим приводом, изменяющим в зависимости от сигнала датчика 28 напряжение, подаваемое на спираль нагревателя 27. Датчиком 28 может служить, например, термопара или тарированная на заданную температуру биметаллическая пластина с контактом.

Регулировочный механизм 26 может быть выполнен, например, в виде винта, как это показано на фиг.1, или штока. Входя в канал 38 через отверстие с уплотнителем, выполненное в стенке трубки 26, винт (или шток) будет изменять проходное сечение этого канала, которое будет зависеть от высоты поднятия этого винта или штока приводом 37. Привод 37 регулировочного механизма 36 может быть, например, электромеханическим, поворачивающим винт или электромагнитным, поднимающим шток механизма 36. Такие механизмы и приводы широко известны и применяются в технике.

Таким образом, предлагаемый двигатель обеспечивает технический эффект, заключающийся в повышении стабильности работы, увеличении мощности двигателя и уменьшении расхода топлива, а также снижении токсичности отработанных газов путем гомогенизации топливовоздушной смеси. Двигатель может быть изготовлен с помощью известных в технике средств и материалов. Следовательно, предлагаемый двигатель обладает промышленной применимостью.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий цилиндр с поршнем, кинематически связанным с коленчатым валом, головку цилиндра со снабженной свечой зажигания форкамерой и камерой сгорания, которые через обратные клапаны соединены каналами с нагнетателем топливовоздушной смеси, выполненным в виде компрессорного цилиндра с поршнем и снабженного устройством для подачи топлива и каналами подачи топлива и воздуха, отличающийся тем, что канал подачи топлива и установленное в нем устройство для подачи топлива, а также каналы подачи воздуха расположены в верхней части компрессорного цилиндра выше верхней мертвой точки компрессорного поршня, а на выходе каналов подачи воздуха в компрессорный цилиндр установлены обратные клапаны.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что каналы подачи топливовоздушной смеси в рабочий цилиндр выполнены в виде трубки, разделенной вдоль ее оси перегородкой или в виде двух трубок, установленных параллельно друг другу, расположены в полости крышки, закрывающей рабочий и компрессорный цилиндры, заполненной охлаждающей жидкостью, и снабжены нагревателем и блоком его питания, а в зоне расположения каналов подачи топливовоздушной смеси установлен датчик температуры охлаждающей жидкости, который соединен с блоком питания нагревателя.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания имеет цилиндрическую форму, а проекции осей участков каналов, входящих в камеру сгорания и в форкамеру, на плоскость продольного сечения рабочего цилиндра перпендикулярны оси рабочего цилиндра.

4. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что канал подачи топливовоздушной смеси в форкамеру снабжен регулировочным механизмом с приводом, который связан с устройством для подачи топлива или с датчиком числа оборотов коленчатого вала двигателя.

Смотрите еще:

  • 537 приказу мэр Приказ Министерства экономического развития РФ от 31 марта 2015 г. N 189 "Об утверждении Порядка согласования применения закрытых способов определения поставщиков (подрядчиков, исполнителей) и Порядка согласования заключения контракта с […]
  • Разрешение doc DOC – Документ Microsoft Word (Microsoft Word Document) В Windows: Microsoft Word XP, Microsoft Word 2007, Microsoft Word 2011, Microsoft Word Viewer, Microsoft Works, Corel WordPerfect Office X5, OpenOffice.org, Nuance OmniPage 18, […]
  • Реестр спортивных федераций МИНИСТЕРСТВО ПО ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЕ И СПОРТУ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ Аккредитация спортивных федераций Государственная аккредитациярегиональных спортивных федераций по видам спорта Приказы министерства по физической культуре и спорту Амурской […]
  • Закон сохранение инерции Задачи по теме: «Момент инерции. Закон сохранения момента инерции и момента импульса» Главная > Документ Задачи по теме: «Момент инерции. Закон сохранения момента инерции и момента импульса». На барабан радиусом R=0,5 м и с […]
  • Приказ аттестация 07042014 Приказ аттестация 07042014 В соответствии с частью 4 статьи 49 Федерального закона от 29 декабря 2012 г. № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» (Собрание законодательства Российской Федерации, 2012, № 53, ст. 7598; 2013, № 19, […]
  • Приказ 1012 н минздравсоцразвития Приказ 1012-н минздравсоцразвития Медико-социальная экспертиза Утратил силу с 23.12.2014г. — в связи с вступлением в силу с 23.12.2014г. Приказа Минтруда России № 664н от 29.09.2014г. Зарегистрировано в Минюсте РФ 11 марта 2010 г. N […]
  • Бикин суды Обращения граждан Вы имеете право обратиться в судебный участок с запросом (предложение, заявление, жалоба), который будет зарегистрирован и рассмотрен в соответствии с порядком, установленным законодательством Российской Федерации. Архив […]
  • Заявление о уходе в декретный отпуск Оформление декретного отпуска Юридического понятия «Декретный отпуск» в российском законодательстве в 2018 году не существует. Под ним понимается отпуск по беременности и родам, и дальнейший отпуск по уходу за своим ребёнком. Право на […]