Двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: в машиностроении, в частности в двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр сжатия и цилиндр расширения с установленными в них поршнями, соединенными с общим коленчатым валом, механизм газораспределения и внешнюю камеру сгорания, соединенную входом с цилиндром сжатия, а выходом - с цилиндром расширения и снабженную топливной форсункой, в нем объем внешней камеры сгорания превышает два объема сжатия рабочего тела при положении одного поршня в верхней мертвой точке четырехтактного двигателя, при этом цилиндры сжатия и расширения и их поршни выполнены заодно, а двигатель снабжен также клапаном или золотником, регулирующим подачу рабочего тела в цилиндр расширения в период до или после сгорания топлива и максимальное давление рабочего цикла. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателю внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, изложенный в изобретении по заявке Великобритании N 183730 F 02 B 33/06, 1987, который содержит цилиндр сжатия и цилиндр расширения с установленными в них поршнями, соединенными с одним коленчатым валом, механизм газораспределения, внешнюю камеру сгорания, соединенную входом с цилиндром сжатия, а выходом с цилиндром расширения и снабженную топливной форсункой, который может быть предложен в виде наиболее близкого аналога по предлагаемому изобретению.

Цилиндры расположены смежно и после сжатия воздух из одного цилиндра вытесняется во внешнюю камеру сгорания, с одновременной подачей топлива, и открытием впускного клапана соседнего цилиндра. Равномерное перемешивание топлива с воздухом обеспечивает его более полное сгорание. Оба цилиндра участвуют в выполнении одного рабочего цикла, и объем внешней камеры сгорания равен объему внутренней камеры сгорания обычного двигателя. Это определяется также и малым расстоянием между цилиндрами. Время, отводимое на сгорание топлива, составляет не более 0,01-0,02 сек. Этого недостаточно для получения качественного сгорания при больших частотах вращения коленчатого вала; с увеличением частоты более 2 000-3 000 мин^-1 расход топлива значительно ухудшается. Получить частоту более 4 000 мин^-1 не представляется возможным. Одновременно с увеличением подачи топлива и воздуха значительно возрастает максимальное давление цикла, что приводит к увеличению массы движущихся деталей и необходимости снижения оборотов частоты вращения вала.

Технической задачей настоящего изобретения является улучшение сгорания топлива в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала с обеспечением заданной характеристики максимального давления в рабочем цикле в зависимости от частоты и мощности двигателя.

Поставленная задача достигается за счет того, что объем камеры сгорания увеличен более чем в два раза в сравнении с объемом вытесненного в нее воздуха из цилиндра сжатия при положении поршня вблизи верхней мертвой точки и применен двигатель, у которого цилиндры сжатия и расширения, а также их поршни выполнены заодно с образованием поршня двойного действия. Ось цилиндров параллельна оси вала. Рабочие объемы сжатия и расширения находятся на противоположных торцах цилиндра, в связи с чем появилась возможность иметь внешнюю камеру сгорания увеличенного объема с длиной, практически, от одного торца до другого торца цилиндра.

Применен впускной клапан цилиндра расширения, регулирующий подачу порции рабочего тела в зависимости от мощности и максимального давления рабочего цикла, величина которого определяется заданной характеристикой.

Схема работы предлагаемого двигателя представлена на фиг. 1.

Такты цикла впуск и сжатие-вытеснение заряда воздуха обеспечиваются рабочим объемом сжатия 1, заключенным между днищем правой части поршня двойного действия 2 и крышкой цилиндра 3 с клапаном всасывания 4 и выпуска 5. Сжатый воздух вытесняется во внешнюю камеру сгорания 6, которая имеет объем, в 2-5 раз превышающий объем вытесненного заряда воздуха. Одновременно с выходом воздуха в камеру сгорания подается топливо через форсунку 7. И так как камера сгорания имеет вид трубы с постоянно и последовательно движущимся потоком, то новая порция сгорающего топлива проходит от торца 8 до торца 9 только после 2-5 полных циклов двигателя, что по времени больше в 10-30 раз, чем в обычном двигателе. С торца 9 рабочее тело поступает через клапан 10 в рабочий объем расширения 11 в количестве, необходимом для выполнения заданной работы, затем, расширяясь, перемещает поршень вправо и через шатун 12 вращает вал 13. Отработавшие газы удаляются из цилиндра через клапан 14 при ходе поршня влево к верхней мертвой точке. Рабочий цикл выполнен полностью.

Одну камеру сгорания можно использовать для нескольких цилиндров.

Диаграмма рабочего цикла предлагаемого двигателя в координаторах P (давление) и V (объем) за полный двойной ход (S) поршня приведена на фиг. 2. Впуск воздуха и выпуск отработавших газов характеризуется линией 1; сжатие и вытеснение заряда воздуха из цилиндра сжатия характеризуется линиями 2 и 3; впуск рабочего тела в цилиндр расширения линии 3 и 4; расширение линия 5. Полная полезная работа цикла определяется площадью 6.

При большем периоде открытия впускного клапана цилиндра расширения мощность увеличивается, что соответствует увеличению длины линии 4 с соответствующим перемещением вверх линии 5. Если клапан открыть больше, чем это соответствует заданному режиму, то давление в камере сгорания, а следовательно, в обоих рабочих объемах уменьшится за счет большего расхода рабочего тела. При уменьшении периода открытия впускного клапана все происходит в обратной последовательности.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр сжатия и цилиндр расширения с установленными в них поршнями, соединенными с общим коленчатым валом, механизм газораспределения и внешнюю камеру сгорания, соединенную входом с цилиндром сжатия, а выходом с цилиндром расширения и снабженную топливной форсункой, отличающийся тем, что объем внешней камеры сгорания превышает два объема сжатия рабочего тела при положении одного поршня в верхней мертвой точке четырехтактного двигателя.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что цилиндры сжатия и расширения и их поршни выполнены заодно соответственно с образованием поршня двойного действия.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен клапаном или золотником, регулирующим подачу рабочего тела в цилиндр расширения в период или после сгорания топлива и максимальное давление рабочего цикла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2