Способ охлаждения двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к тепловым машинам и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: в двигателе внутреннего сгорания с раздельной подачей топлива, преимущественно двухтактном, с воспламенением от сжатия, один или несколько рабочих циклов с подачей в цилиндр топлива и воздуха чередуют с одним или несколькими охлаждающими циклами, когда в цилиндр подается только воздух без топлива, причем как минимум часть тепловоспринимающих поверхностей, ограничивающих объем камеры сгорания, выполнена теплоизолированной от остальных частей двигателя.

Изобретение относится к тепловым машинам и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания.

Известен способ воздушного охлаждения двигателей внутреннего сгорания путем подвода к нему охлаждающего воздуха на наружные части (оребрение) цилиндров и головок цилиндров (Мотоцикл. Теория, конструкция, расчет. М. Машиностроение, 1971, с. 248). При этом способе охлаждаются не тепловоспринимающие поверхности, а их наружные теплоотводящие поверхности.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ воздушного охлаждения двигателя, при котором воздух подается к внутренней стенке нагретой головки поршня, охлаждая таким образом двигатель (а. с. СССР N 724787 F 01 P 1/04).

Общим недостатком известных способов является безвозвратный характер потерь тепла охлаждения двигателя, а также высокие тепловые напряжения как между сопрягающимися деталями, так и между отдельными слоями материала деталей вследствие того, что охлаждаются не сами тепловоспринимающие поверхности, а их тыльные части.

Изобретение направлено на устранение указанных недостатков.

Это достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с раздельной подачей топлива, преимущественно двухтактном, преимущественно с воспламенением от сжатия, один или несколько рабочих циклов сподачей в цилиндр топлива и воздуха чередуют с одним или несколькими охлаждающими циклами, когда в цилиндр подается только воздух без топлива, причем как минимум часть тепловоспринимающих поверхностей, ограничивающих объем камеры ограничения, выполнена теплоизолированной от остальных частей двигателя.

Способ охлаждения двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем.

В цилиндр двигателя после окончания рабочего цикла производят впуск воздуха и повторяют всю совокупность процесса рабочего цикла, кроме подачи топлива и сгорания смеси. Во время впуска холодного воздуха в камеру сгорания, нагретую предшествовавшим рабочим циклом, происходит процесс теплообмена между нагретыми тепловоспринимающими поверхностями стенок камеры сгорания и рабочим телом (воздухом). Тепловой поток в основном определяется конвекцией и направлен от нагретых стенок деталей к воздуху. При этом основная часть теплообмена происходит при сжатом рабочем теле, когда оно обладает большей плотностью по сравнению с плотностью во время впуска, причем температура нагретых теплоизолированных поверхностей камеры сгорания превышает температуру сжатого рабочего тела (воздуха). В процессе этого теплообмена, происходящего во время охлаждающего цикла, камера сгорания охлаждается. При этом, во время охлаждающего цикла, дополнительно к охлаждению тепловоспринимающих поверхностей камеры сгорания появляется избыточная энергия цикла, равная разнице работ полученной в процессе расширения нагретого рабочего тела (воздуха) и затраченной в процессе сжатия холодного воздуха (по типу двигателя Стирлинга), что приводит к дополнительной полезной работе двигателя без использования топлива в цикле.

Чередование в цилиндре рабочих циклов (с подачей топлива и воздуха) и охлаждающих циклов (с подачей только воздуха) может быть либо постоянным для данного двигателя, либо изменяться в процессе его работы.

Например, охлаждающие циклы могут вообще отсутствовать при пуске двигателя и его прогреве и включаться в чередование с рабочими циклами уже на прогретом двигателе, причем это чередование также может быть изменено в дальнейшей работе двигателя в зависимости от его температурного режима и быть с ручным приводом или осуществляться автоматически.

Заявленный способ охлаждения, отводя тепло непосредственно от внутренних, тепловоспринимающих поверхностей камеры сгорания, приводит к экономии топлива за счет использования камеры сгорания с теплоизолированными от остальных частей двигателя тепловоспринимающими поверхностями в качестве теплового аккумулятора, отдающего во время охлаждающего цикла рабочему телу (воздуху) тепло, накопленное во время рабочего цикла, что и обеспечивает без использования топлива в цикле получение дополнительной полезной работы.

При охлаждении двигателя внутреннего сгорания заявленным способом, помимо приращения мощности за счет утилизации тепла охлаждения, улучшается также и качество очистки цилиндров от остаточных газов, а также понижаются тепловые напряжения в деталях, что снижает коробление и опасность трещинообразования в корпусе двигателя, особенно работающего в условиях частых пусков-остановов или в неустановившемся режиме.

Формула изобретения

Способ охлаждения двигателя внутреннего сгорания путем подвода к нему охлаждающего воздуха, отличающийся тем, что подачу топлива и воздуха за один или несколько рабочих циклов чередуют с одним или несколькими охлаждающими циклами, в которых подача воздуха производится в камеру сгорания, как минимум часть тепловоспринимающих поверхностей которой выполнена теплоизолированной от остальных частей двигателя.