Способ работы комбинированного двигателя и двигатель внутреннего сгорания с наддувом

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРКТКНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Рессяйскей Федерации пе патентам я теаарным .щакам (21) 5006486/08 (22) 06.0993 (46) ЗОБО.И Бюл. Мя 39-40 (76) 8ладимиров Порфирий Сергеевич (84) СПОСОБ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО

ДВИГАТВЗЯ И ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ (р) RU (») 2ОО2082 С1 (5Ц 5 F 62 B 43 Об (S7) Сущность изобретения закпючается в том, что двигатель имеет дополнительные цилиндры предварительного сжатия и продолженного расширения, действие которых отстает по фазе от процесса расширения в цилиндрах двигателя 2 с и 4 зпфпы, б ил.

2002082

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, конкретно к способам действия и устройству комбинированных двухтактных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), например к дизелям.

Известен автомобильный. комбинированный двухтактный двигатель, способ работы которого характеризуется операциями предварительного сжатия воздуха в турбокомпрессоре и в роторном объемном нагнетателе, продувки сжатым воздухом рабочих камер цилиндров ДВС. сжатия в последних воздушного заряда, впрыака топлива, его воспламенения, расширения продуктов сгорания, перепуска их в турбокомпрессор, где реализуется продолженное расширение продуктов сгорания, и выпуска отработавших газов в выхлопной тракт.

Известный способ отличается относительно низкой экономичностью, обусловленной неэффективным использованием энергии газов е фазе свободного выпуска перед продувкой, малоэффективным (порядка 0.5) КПД турбокомпрессора, неполным использованием тепловой энергии выпускных газов.

Известна поршневая машина, содержа° щая цилиндры с расположенными В них оппозитными поршнями, шарнирно соединенными с кронштейнами втулок, установленных посредством подшипников на косых кривошипах силового вала, причем кронштейн шарнирно связан с коромыслом, установленным на цапфах в корпусе. Эта машина является основой конструкции для реализации предлагаемого способа, т.е. она является прототипом изобретения в части устройства.

Целью изобретения является повышение экономичности и экологичности.

Цель достигается реализацией операций предварительного сжатия и и родолженного расширения в дополнительных цилиндрах, действующих с отставанием от фазы действия s основных цилиндрах ДВС, кроме того, выпускные газы направляются в нагреватель двигателя внешнего сгорания, создающего на валу двигателя дополнительную мощность, На фиг. 1 изображен двигатель, осевой разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — нагреватель с турбокомпрессором; на фиг. 4- холодильник двигателя внешнего сгорания; на фиг. 5 — разрез Б-Б на фиг. 2, вариант двигателя.

Двигатель содержит блок цилиндров 1, 2, 3, 4, расположенных вокруг силового вала

5 и неподвижно закрепленных в корпусе(на фигурах не показан), Цилиндры 1; 3 являются основными рабочими цилиндрами, в которых реализуется рабочий процесс ДВС.

Они содержат сдвоенные поршни 6, 7, разделяющие полости цилиндров на рабочие камеры 8, 9 с ".oïëèeíûìè форсунками 10, 11, впускными окнами 12, 13 и выпускными окнами 14, 15 (одна из двух концевых камер

9 на фигурах не показана). Поршни посредством гидростатических опор — ползунов 16 и сферических вкладышей 17 шарнирно сопряжены с кронштейнами 18, которые выполнены за одно целое, с втулками 19, установленными посредством подшипников 20 на косых кривошипах силового вала

15 5, Кронштейны 18с возможностью поворота в подшипниках 21 сопряжены с коромыспами 22, которые посредством роликоподшипвыпускной 41, соединенный с входом 42 холодильника, нагнетательный 43, соединенный с входом 44 нагревателя 45, и наполнительный 46. соединенный с выходом 47 нагревателя. Клапаны.38; 41, 43, 46 имеют привод, обеспечивающий газообмен в камерах цилиндра 34 с четырехтактным циклом. Конструкция привода широко известна, подобна приводу клапанов в четырехтактных ДВС, т.е. она содержит кулачковый

40 вал, толкатели, коромысла и т.п. Теплоносителем в нагревателе 45 являются выпускные

45 газы турбины турбокомпрессора 48, хладагентом в холодильнике 40 может быть наружный воздух или вода, В качестве рабочего тела в камерах цилиндра 34 могут использоваться сжатый воздух, азот, углекислый гаэ, гелий, водород, сжиженные газы и др, Совокупность элементов е цилиндре 34 с нагревателем и холодильником образует двигатель внешнего сгорания. утилизирующий тепло выхлопных газов.

55 Поршни 33 разделяют полости цилиндров

49 на две камеры 50, 51, которые патрубками 52, 53 соединены с выпускными окнами

14, 15 и через клапаны 54, 55 — с входом 56 газовой турбины турбокомпрессора 48, выход 57 компрессора соединен с впускными ников 23 установлены на цапфах 24, закрепленных в проушинах 25, которые за20 фиксированы в корпусе, Цапфы 24 выполне.ны в виде пустотелых колец. в осевых отверстиях которых с зазором пропущены кронштейны 26, шарнирно соединенные посредством полэунов 27 и сферических вкла25 дышей 28 со штоками 29, 30, на концах которых жестко закреплены поршни 31, 32, 33 (четвертый поршень, идентичный поршню 33, на фигурах не показан). Поршни 31, 32 разделяют полость цилиндра 34 на три

30 камеры 35. 36, 37, в каждой из которых установлены четь ре клапана: впускной 38, соединенный с выходом 39 холодильника 40, 2002082

2. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий блок цилиндров с окнами 12, 12, причем выпускные окна 14, 15 соединены с теми камерами цилиндров

49, которые остаются по фазе действия от фазы работы соответствующего цилиндра

ДВС. В частности, поршень 7 в камере 9 на фиг. 1 находится в положении нижней "мертвой" точки, т.е, опережает (при указанном стрелками направлении движения) по фазе действия 33 в камере 51 на 90О, поэтому патрубки 53 соединены с выпускными окнами 15, а камера 50 через клапаны 54 соединена с входом 56 турбины.

На фиг, 5 изображен вариант. допускающий исполнение без турбокомпрессора и клапанов в цилиндре предложенного расширения. Вариант содержит цилиндры 58

ДВС. в которых кроме впускных 12, 13 и выпускных 14 окон выполнены дополнительные окна с впускными патрубками 59, 60 и выпускными патрубками 61, на поршнях имеются перепускные каналы — выемки

62. 63,64. концевые камеры снабжены выпускными клапанами 65. Дополнительные цилиндры содержат цилиндр 66 предварительного сжатия, цилиндр 49 продолженного расширения и цилиндры двигателя внешнего сгорания (на фигурах не показаны). Полость цилиндра 66 разделена поршнями 67, 68 на камеру 69, соединенную патрубками 70 с впускными окнами 12, и на две камеры 71, 72, соединенные патрубками 73, 74 с впускными окнами 13 двух концевых камер 9 и с впускными окнами центральной камеры другого цилиндра 3

ДВС. Патрубок 70 соединен также с впускными окнами концевых камер цилиндра 3.

Камера 50 соединена патрубками 75 с выпускными клапанами 65 и с выпускными окнами центральной камеры цилиндра 3, камера

51 соединена патрубками 76 с выпускными окнами 14 и с выпускными клапанами концевых камер цилиндра 3.

Устройство двигателя внешнего сгорания может быть иным по сравнению с описанным выше, оно может соответствовать двухтактному двигателю, при этом число клапанов этого двигателя может быть сокращено вдвое или они все могут быть исключены из конструкции, Реализация способа и действие двигателя происходят следующим образом.

Формула изобретения

1. Способ работы комбинированного двигателя путем предварительного сжатия свежего заряда. впуска, сжатия, последующего сгорания, расширения, продолженного расширения и выпуска отработанных газов, отличающийся тем, что, с целью по5

После продувки рабочих камер 8, 9 сжатым воздухом происходит процесс сжатия, впрыск топлива форсунками 10, 11, сгорание смеси, расширение продуктов сгорания примерно до фазы, 100 после BMT до давления порядка 10 бар, перепуск газов в полости цилиндров 49 продолженного расширения, которые отстают по фазе от камеры цилиндра ДВС на 90О, т.е, в начале перепуска находятся в фазе 10 от ВМТ, когда их обьем пренебоежимо мал. После продолженного расширения газы через клапаны 54 или 55 выпускаются в турбину турбокомпрессора 48 и затем в нагреватель 45.

Сжатый воздух от турбокомпрессора подается в ресивер впускных окон 12, 13, и цикл

ДВС повторяется, В цилиндре 34 двигателя внешнего сгорания рабочее тело поршнями 31, 32 сжимается и через нагнетательные клапаны 43 вытесняется на вход 44 нагревателя, где температура и давление его повышаются, Через выход 47 и наполнительные клапаны

46 рабочее тело подается в камеры цилиндра 34, где расширяется, совершает работу на вал двигателя, и выпускается через клапаны 41 на вход 42 холодильника, откуда через выход 39 и клапан 38 снова заполняет камеры цилиндра 34.

Вариант двигателя, соответствующий фиг. 5, действует подобным образом, отличие заключается в том; что предварительное сжатие осуществляется в цилиндрах 66, а коммутация газовых потоков в цилиндрах 66 и 49 осуществляется через патрубки 70, 73, 75,.76, клапаны 65, перепускные каналы 62, 63, 64, впускные патрубки 59, 60 и выпускные патрубки 61. Возможна реализация изобретения в двигателях других конструкций, в частности в конструкциях со звездообразным расположением цилиндров. с

Ч-образным расположением, с рядной компоновкой и разворотом кривошипов вала на угол, соответствующий фазе отставания действия дополнительных цилиндров от фазы основных цилиндров ДВС. (56) Алексеев А.В. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. M.:

Машиностроение. 1990. с.220-224. вышения топливной экономичности, отработавшие газы после выпуска направляют в нагреватель, а предварительное сжатие и продолженное расширение осуществляют с отставанием по фазе от расширения

il 1 ° б °

° ° .

13 Ф

I 2I

° . 1

1 2 б

1 6 1

В 3 1 °

I Э

Э ° °

I ° Ф

° °

° 2 Ф I

° I

° 6

3 °

6.

1 °

3 ° ° ° 1 б 6 4 ° °

1 I 6

3 ° °

3 В °

° °

1 ° . ° В

° ° Ф е

Ф I В Э 1

I ° ° 3 ° 6

° 1

1 ° °

3 ° ° ° Э

° I Р I

° 6

I ° В

° В

I 4

3 В 6

Э ° 3

1 3 3 В

В В

I °

3 ° В - ° 1 Э °

° ° I

° 3 В

6I6 ° » 62 °

1 ° ° °

l I ° В

° 1

В

° ° В ° ° 6

° .1

В 6 В б

° °

I В

Э

ФЗ Эе

У

Щ: Р фЩ, j,. р ®

М файф

УМ@ фФ

М

Ф у

У

S и

/ е

Ф ф у юб в Я ° ° ю. ° ° ° ° °:.

° °

9 ° ° gf

lg<49gl "." bAAJ