Двухтактный дизельный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению. Двухтактный дизельный двигатель внутреннего сгорания включает картер, коленчатый вал, цилиндр с крышкой, поршень, соединенный с коленвалом крейцкопфным механизмом, впускные окна в цилиндре, сообщенные с компрессором, выпускные окна в цилиндре, форсунки, установленные в крышке цилиндра, одна из которых соединена с топливным насосом высокого давления, другая - с водяным насосом высокого давления. Он дополнительно снабжен термодатчиком, размещенным в крышке цилиндра, плунжерным переключателем с электромагнитами, соединенным трубопроводами с соответствующими насосами и емкостями для топлива и воды, электронным блоком управления, соединенным электропроводом с термодатчиком и электромагнитами, крышкой, разделяющей полости цилиндра и картера, каналом, соединяющим дополнительно окно в нижней части цилиндра с впускными окнами. Изобретение обеспечивает более полное сжигание топлива, и, соответственно, повышение КПД двигателя при снижении уровня токсичности отработанных газов и уменьшения отбора мощности с коленвала на систему охлаждения. 5 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при изготовлении двухтактных дизельных двигателей внутреннего сгорания о крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, который уменьшает потери тепла в системе охлаждения за счет утилизации рассеиваемого тепла, по патенту РФ №2062342, F 02 С 5/00, 1994г.

Недостатком известного двигателя является сложность и громоздкость конструкции системы охлаждения и использования энергии пара в дополнительном двигателе внешнего подвода тепла.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа двухтактный двигатель внутреннего сгорания по патенту СССР №1796037, F 02 В 47/02, 1993г., который снижает токсичность отработанных газов, повышает коэффициент полезного действия /КПД/.

Недостатком данного двигателя является невозможность использования высокотемпературного режима в камере сгорания, т.к. при высоких температурах происходит закоксование масла и залегание поршневых колец. Вследствие этого, а также из-за недостаточного совершенства процесса продувки не используется возможность более полного сжигания топлива и, соответственно, получения более высокого КПД, меньшего уровня токсичности отработанных газов.

Целью изобретения является повышение КПД, снижение уровня токсичности отработанных газов, улучшение экономичности при работе во всем диапазоне чисел оборотов коленвала и величин нагрузки.

Это достигается тем, что двухтактный дизельный двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, коленчатый вал, цилиндр, крышку цилиндра, поршень, соединенный с коленвалом крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом, впускные окна в цилиндре, сообщенные с компрессором, выпускные окна в цилиндре, форсунки, установленные в крышке цилиндра, одна из которых соединена с топливным насосом высокого давления, другая - с водяным насосом высокого давления, дополнительно снабжен элементом термометрическим /термодатчиком/, размещенным в крышке цилиндра, плунжерным переключателем с электромагнитами, соединенным трубопроводами с соответствующими насосами и емкостями для топлива и воды, электронным блоком управления, соединенным электропроводами с термодатчиком и электромагнитами плунжерного переключателя, крышкой, разделяющей полости цилиндра и картера, каналом, соединяющим дополнительное окно в нижней части цилиндра с впускными окнами.

На фиг.1, 2, 3 изображена предлагаемая конструкция двухтактного дизельного двигателя, на фиг.4, 5 - варианты принципиальной схемы топливной системы, где 1 - картер, 2 - коленчатый вал, 3 - цилиндр, 4 - поршень, 5 - крышка цилиндра, 6 - крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм, 7 - дополнительный канал продува, 8 - крышка, 9 - термодатчик, 10 - плунжерный переключатель, 11 - электромагнит, 12 - электромагнит, 13 - топливный насос высокого давления, 14 - водяной насос высокого давления, 15 - форсунка, 16 - форсунка, 17 - топливный бак, 18 - водяной бак, 19 - фильтр, 20 - фильтр, 21 - насос, 22 - насос, 23 - компрессор наддува, 24 - электронный блок управления, 25 - впускной патрубок, 26 - выпускной патрубок, 27 - впускные окна, 28 - выпускные окна.

Предлагаемый двухтактный дизельный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Цилиндр 3 отделен от картера 1 крышкой 8, поршень 4 работает без смазки в высокотемпературном режиме. Впускные и выпускные окна 27, 28 и дополнительный канал 7 открывается и закрываются поршнем при его движении в цилиндре. Очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим воздухом осуществляется путем вытеснения выпускных газов предварительно сжатым до определенного давления воздухом от компрессора 23 и за счет подачи свежего сжатого воздуха из нижней части цилиндра 3 по каналу 7. Продув цилиндров производится дополнительно и под поршнем с целью подачи воздуха в выхлопные газы в зону их самой высокой температуры для более полного сгорания топлива и, следовательно, уменьшения токсичности, а также с целью охлаждения штока крейцкопфа и улучшения продувки над поршнем через канал 7. Охлаждение осуществляется за счет впрыскивания воды через форсунку 16 по сигналу термодатчика 9, поступающему в электронный блок управления 24, который управляет переключателем 10.

Перед пуском двигателя положение плунжера переключателя 10 должно быть как указано на схеме фиг.4. В этом положении плунжера топливо из бака 17 через фильтры 19 насосом 21 подается в топливный насос высокого давленая 13. Вода из бака 18, подаваемая насосом 22 в переключатель 10, сливается обратно в бак.

Первый такт работы двигателя соответствует ходу поршня от верхней мертвой точки /В.М.Т./ к нижней мертвой точке /Н.М.Т./. В цилиндре произошло сгорание топлива, и начался процесс расширения газов и движение поршня вниз. При подходе днища поршня к выпускным окнам 28 продукты сгорания начинают выходить из цилиндра через выпускные окна в выпускной патрубок 26. Впускные окна 27 открываются поршнем позднее, когда давление в цилиндре над поршнем становится примерно равным давлению, создаваемому компрессором 23. Начинается очистка цилиндра от продуктов сгорания. С момента открытия окон 27 поршнем процесс очистки цилиндра усиливается за счет вытеснения запаса свежего воздуха из нижней части цилиндра через канал 7 с дополнительным давлением, что продолжается при дальнейшем ходе поршня вниз до Н.М.Т.

При ходе поршня от Н.М.Т. к В.М.Т. /второй такт/ процесс продувки продолжается до момента перекрытия впускных в выпускных окон 26, 27 поршнем. Давление в цилиндре к этому моменту выше атмосферного за счет наддува компрессором 23 и за счет потока воздуха с дополнительным давлением из нижней части цилиндра через канал 7.

После закрытия окон 26, 27 начинается процесс сжатия воздуха. С необходимым опережением до В.М.Т. в цилиндр через форсунку 15 впрыскивается топливо.

При дальнейшей работе двигателя происходит нагревание цилиндра 3, крышки цилиндра 5, днища поршня 4, и при достижении заданной температуры /максимальной/ электронный блок управления 24 по сигналу термодатчика 9 с помощью электромагнитов 11, 12 производит кратковременные с интервалом переключения, при которых вода, подаваемая насосом 22, поступает в насос высокого давления 14 и через форсунку 26 впрыскивается в камеру сгорания, где, испаряясь, создает рабочее давление на поршень, превращая энергию тепла в механическую, и одновременно осуществляет охлаждение.

В эти моменты переключения топливо, подаваемое насосом 21 в переключатель 10, сливается обратно в топливный бак 17.

После охлаждения до заданной температуры эти переключения прекращаются, плунжер переключателя 10 возвращается в первоначальное положение.

Система охлаждения с использованием термодатчика 9, плунжерного переключателя 10 с электромагнитами 11, 12, электронного блока управления 24 работает автоматически при всех режимах работы двигателя без отбора мощности с коленвала.

Подача чистого воздуха через канал 7 под дополнительным давлением при ходе поршня к Н.М.Т. увеличивает количество кислорода в цилиндре. Использование высокотемпературного режима способствует лучшему сжиганию топлива с меньшим образованием дыма, все это вместе создает большую мощность в цилиндре, увеличивает КПД и снижает токсичность выхлопных газов.

Формула изобретения

Двухтактный дизельный двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, коленчатый вал, цилиндр, крышку цилиндра, поршень, соединенный с коленвалом крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом, впускные окна в цилиндре, сообщенные с компрессором, выпускные окна в цилиндре, форсунки, установленные в крышке цилиндра, одна из них соединена с топливным насосом высокого давления, другая - с водяным насосом высокого давления, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен термодатчиком, размещенным в крышке цилиндра, плунжерным переключателем с электромагнитами, соединенным трубопроводами с соответствующими насосами и емкостями для топлива и воды, электронным блоком управления, соединенным электропроводами с термодатчиком и электромагнитами, крышкой, разделяющей полости цилиндра и картера, каналом, соединяющим дополнительное окно в нижней части цилиндра с впускными окнами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5