Способ пуска бинарного двс


 


Владельцы патента RU 2407901:

Плескачевский Юрий Григорьевич (RU)

Изобретение относится к поршневым ДВС, у которых рабочий объем цилиндра разделен на две камеры, т.е. к бинарным ДВС. Техническим результатом является обеспечение возможности пуска бинарного ДВС и выхода на контролируемый уровень мощности, а также улучшение рабочих показателей двигателя в процессе пуска. Сущность изобретения заключается в том, что с началом раскрутки вала производят выталкивание газа из камеры сгорания, например, путем открытия клапана выпуска на тактах сжатия, с последующим созданием разрежения в камере нагнетания, например, путем закрытия клапана выпуска на тактах расширения. Операцию повторяют до получения перепада давлений между камерами, обеспечивающего подачу воздуха из камеры нагнетания в камеру сгорания. А для пуска холодного двигателя газы из камер цилиндра первоначально направляют в аккумулирующие емкости, например, путем открытия на тактах сжатия клапанов, сообщающих емкости с цилиндром, и закрытия этих клапанов на тактах расширения при закрытом клапане выпуска. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к поршневым ДВС, у которых рабочий объем цилиндра разделен автономным поршнем на камеры нагнетания и сгорания, т.е. к бинарным ДВС, конструкция и принцип работы которых изложены в патенте РФ №2146007 от 27.02.2000 г.

В патенте №2203429 от 27.04.2003 г. описан способ работы бинарного ДВС с аккумулированием энергии в специальных аккумулирующих емкостях, которые могут сообщаться с рабочим объемом цилиндра при помощи клапанов.

Особенностью указанных способов является подача воздуха из камеры нагнетания в подготовленную топливную смесь, находящуюся в камере сгорания, путем сообщения этих камер. Сообщение камер производят после досжатия воздуха в камере нагнетания до давления, обеспечивающего создание перепада давлений между камерами до величины выше порога срабатывания автономного поршня.

Однако для этих способов не разработаны и не указаны операции и их последовательность, обеспечивающие пуск и выход на контролируемый уровень мощности.

Для ДВС, в частности для дизеля, известные способы пуска включают раскрутку вала двигателя от постороннего источника, например от электрического аккумулятора при помощи пускового электродвигателя (стартера), до достижения в цилиндре заданного давления и температуры воздуха с последующей периодической подачей в камеру сгорания топлива, появления вспышек и начала устойчивого процесса сгорания с выходом на контролируемый уровень мощности. Такие способы описаны, например, в [1] и [2].

Известные способы пуска вызывают повышенный износ деталей цилиндропоршневой группы и резкое ухудшение экономических и экологических показателей двигателей. Кроме того, у таких двигателей степень сжатия не меняется, что создает трудности и ухудшает условия пуска. К тому же следует отметить, что для бинарного ДВС такие способы полностью применить не представляется возможным и поэтому необходимо разрабатывать новые технические решения, обеспечивающие пуск и выход на контролируемый уровень мощности.

Целью изобретения является обеспечение возможности пуска бинарного ДВС и выхода на контролируемый уровень мощности, а также улучшение рабочих показателей двигателя в процессе пуска.

Указанная цель достигается тем, что с началом раскрутки вала на тактах сжатия производят выталкивание газа из камеры сгорания в аккумулирующие емкости и(или) в магистраль выпуска, например, путем открытия клапанов на аккумулирующие емкости и(или) на магистраль выпуска, а на тактах расширения создают в камере нагнетания разрежение, например, путем закрытия клапанов на аккумулирующие емкости и на магистраль выпуска, повторяя такую операцию до достижения перепада давлений между камерами, обеспечивающего подачу необходимого количества воздуха из камеры нагнетания в камеру сгорания и увеличения давления в камере сгорания до значения, достаточного для воспламенения и устойчивого процесса сгорания данного вида топлива, при этом дополнительное повышение давления производят путем сообщения цилиндра с аккумулирующей емкостью в процессе сжатия до начала воспламенения.

Кроме того, теплоту газов аккумулирующих емкостей используют для ускорения прогрева и запуска двигателя путем подачи этих газов к элементам и системам двигателя.

На чертеже представлена диаграмма, объясняющая процесс пуска бинарного ДВС. Здесь в верхней части представлена индикаторная диаграмма, а в нижней - диаграмма перемещения основного и автономного поршней - нижняя и верхняя линии соответственно. Цифры 1, 2, … 6 по оси абсцисс показывают число полных оборотов КВ. Римские цифры, размещенные между индикаторной диаграммой и графиком перемещения поршней, представляют основные участки, характерные при запуске двигателя. Внизу диаграммы линии со стрелками указывают основные процессы: “ВЫПУСК”, “ВПУСК”, “РАЗРЕЖЕНИЕ” и т.д. По оси ординат на индикаторной диаграмме отмечены давления, соответствующие характерным моментам пуска: р0 - давление в магистрали впуска и выпуска; p1 - давление в камере нагнетания при первом достижении перепада срабатывания; р2 - давление в камере нагнетания при втором достижении перепада срабатывания; pz - максимальное давление в процессе сгорания на начальном этапе пуска или начальном уровне регулируемой мощности.

На графике перемещения по оси ординат отмечены относительные положения основного Н(φ) и автономного h(φ) поршней.

Пуск БДВС производят следующим способом.

Выталкивание газа из камеры сгорания

Рассмотрим реализацию этого процесса на примере устройства по патенту №2146007.

Наиболее сложным является случай, когда основной поршень находится в НМТ, а за время, в течение которого двигатель не работал, автономный поршень успел опуститься и непосредственно касается основного поршня. Свободное пространство между поршнями заполнено воздухом.

С началом раскрутки вала и с первого такта сжатия открывают клапан выпуска. Причем открытие производят независимо от начального положения основного поршня. Основной поршень, а под действием его и автономный поршень, начинают совместное перемещение в сторону ВМТ. При таком движении поршней и положении клапана выпуска газ из камеры сгорания будет выталкиваться в магистраль выпуска. Поскольку клапан выпуска открыт, то давление в камере сгорания не увеличивается и остается на уровне давления в магистрали выпуска - р0, что отражено на графике (участок I, такт сжатия, 1-й оборот KB). Выпуск газа из камеры сгорания отмечен в нижней части диаграммы стрелкой со словом “ВЫПУСК”.

Для двигателей, у которых рабочий объем цилиндра сообщается с атмосферой, давление в магистралях впуска и выпуска соответствует атмосферному, а для двигателей с турбонаддувом, давление в этих магистралях будет повышенным.

Разрежение в камере нагнетания

Разрежение в камере нагнетания в устройстве по патенту №2146007 осуществляется путем создания разрежения в цилиндре при движении основного поршня в сторону НМТ, т.е. на такте расширения (участок II, 1-й оборот KB). С началом движения основного поршня клапан выпуска закрывают, т.е. рабочий объем цилиндра изолирован от магистралей впуска и выпуска. В этом случае движение основного поршня к НМТ создает в цилиндре разрежение. Между камерами возникает перепад давлений, который заставляет автономный поршень перемещаться в том же направлении, чтобы обеспечить выравнивание давлений в камерах. Перемещение обоих поршней будет происходить согласованно, что приводит к соответствующему увеличению объема камеры нагнетания и понижению давления в ней. Поскольку давление в камере нагнетания становится меньше, чем в магистрали впуска, то, когда основной поршень открывает впускные окна, в камеру нагнетания поступает дополнительное количество воздуха. Давление в камере нагнетания увеличивается до давления в магистрали впуска, что заставляет автономный поршень перемещаться в сторону камеры сгорания и дополнительно увеличивать объем камеры нагнетания. Таким образом, на такте расширения происходит и разрежение - “РАЗРЕЖЕНИЕ”, и впуск воздуха в цилиндр - “ВПУСК”, и дважды увеличивается объем камеры нагнетания.

Процессы выталкивания и создания разрежения повторяют в той же последовательности до возникновения перепада давлений между камерами и последующим его ростом до величины порога срабатывания автономного поршня, при котором происходит сообщение камер.

Так, на 2-м обороте KB такт сжатия проводят при открытом клапане выпуска. Поэтому в процессе перемещения поршней объем камеры нагнетания будет постоянным, а из камеры сгорания будет выталкиваться газ, оставшийся от предыдущего такта сжатия. На диаграмме - участок III, “ВЫПУСК”.

Такт расширения на 2-м обороте вала (участок IV) будет проходить так же, как и на первом, и обеспечит дальнейшее увеличение объема камеры нагнетания.

Повторение чередований открытия и закрытия клапана выпуска на тактах сжатия и расширения на третьем и последующих оборотах приведет к тому, что автономный поршень дойдет до упора. Поскольку упор ограничивает перемещение только автономного поршня, то между камерами начнет возникать перепад давлений (процесс досжатия). Первая посадка автономного поршня на упор (участок V, 3-й оборот) приводит к появлению незначительного перепада давлений. На фиг.1 момент посадки и начало нарастания перепада отмечено углом поворота KB - φ1.

На следующих оборотах автономный поршень все раньше и раньше будет садиться на упор, и в процессе досжатия будет увеличиваться перепад давлений между камерами. После того как перепад достигнет величины перепада срабатывания Δрср, камеры сообщаются, т.е. осуществляется подача воздуха из камеры нагнетания в камеру сгорания.

На примере, представленном на чертеже, процесс досжатия на 4-м обороте (участок VIII) начинается с момента посадки автономного поршня на упор - φ2. Здесь, в процессе досжатия, перепад давлений достигает величины перепада срабатывания p1-p0=Δpcp и происходит сообщение камер (на чертеже угол φср). Воздух из камеры нагнетания поступает в камеру сгорания, но, как принято в примере, условия (температура и давление) в камере сгорания недостаточны для воспламенения топлива и поэтому процесс сгорания не начинается.

Вполне возможно, что потребуется несколько оборотов KB, при которых будут повторяться процессы досжатия подобно участку VIII, прежде чем будут обеспечены условия воспламенения топлива. Для примера ограничимся одним таким участком. Поэтому на чертеже следующий 5-й оборот представляет выход на рабочий цикл.

Рабочий цикл на диаграмме отмечен участками: Х - сжатие; XI - досжатие; XII - сгорание и рабочий ход; XIII - выпуск ОГ; XIV - разрежение и наполнение цилиндра свежим воздушным зарядом в количестве, необходимом для начала работы на контролируемом уровне мощности. При этом в процессе досжатия XI, после сообщения камер, условия в камере сгорания будут способствовать началу процесса сгорания, который начинается с точки с индикаторной диаграммы.

Для устройства по патенту №2203429 такой процесс можно дополнить подключением аккумулирующих емкостей. В этом случае на тактах сжатия осуществляют наполнение аккумулирующих емкостей и сжатие газа, заполняющего эти емкости, путем подключения этих емкостей к цилиндру. Если в процессе сжатия, перед подачей топлива в камеру сгорания, газ из аккумулирующей емкости подать в соответствующую камеру цилиндра, то дальше политропа сжатия будет идти выше. Поэтому при завершении процесса сжатия будет обеспечено более высокое давление, чем при принятой (геометрической) степени сжатии. Таким образом, можно искусственно увеличить степень сжатия, что благоприятно отразится на процессе воспламенения топлива при запуске двигателя.

Для бинарного ДВС с аккумулированием энергии пуск двигателя при низкой температуре воздуха можно совмещать с одновременным прогревом двигателя. С этой целью на тактах расширения сжатый, т.е. нагретый, газ из аккумулирующих емкостей направляют к системам (например, масла, воды) или подают на элементы двигателя (например, на рубашку, головку цилиндра). Наполнение аккумулирующих емкостей и последующую подачу газов на обогрев проводят до тех пор, пока температурные характеристики элементов двигателя не будут соответствовать условиям нормальной работы.

Литература

1. Костин А.К. Работа дизеля в условиях эксплуатации. Л.: Машиностроение, 1989 г.

2. Фомин Ю.Я., Горбань А.И. и др. Судовые двигатели внутреннего сгорании. Л.: Судостроение, 1989 г.

1. Способ пуска бинарного ДВС, включающий раскрутку вала двигателя от постороннего источника, например от электрического аккумулятора при помощи пускового электродвигателя (стартера), до достижения в цилиндре заданного давления и температуры воздуха с последующей периодической подачей в камеру сгорания топлива, появления вспышек и начала устойчивого процесса сгорания с выходом на контролируемый уровень мощности, при этом двигатель содержит цилиндр, установленные в нем с возможностью касания основной и автономный поршни, образующие камеры нагнетания и сгорания, упор, ограничивающий перемещение автономного поршня, а также аккумулирующие емкости, отличающийся тем, что на тактах сжатия производят выталкивание газа из камеры сгорания в аккумулирующие емкости и(или) в магистраль выпуска, например, путем открытия клапанов на аккумулирующие емкости и(или) на магистраль выпуска, а на тактах расширения создают в камере нагнетания разрежение, например, путем закрытия клапанов на аккумулирующие емкости и на магистраль выпуска, повторяя такую операцию до достижения перепада давлений между камерами, обеспечивающего подачу необходимого количества воздуха из камеры нагнетания в камеру сгорания и увеличения давления в камере сгорания до значения, достаточного для воспламенения и устойчивого процесса сгорания данного вида топлива, при этом дополнительное повышение давления получают путем сообщения цилиндра с аккумулирующей емкостью в процессе сжатия до начала воспламенения.

2. Способ пуска по п.1 отличающийся тем, что при пуске холодного двигателя теплоту газов аккумулирующих емкостей используют для ускорения прогрева и запуска двигателя путем подачи этих газов к элементам и системам двигателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям с самовоспламенением смеси. .

Изобретение относится к двухтактным двигателям с противоположно движущимися поршнями и прямоточной продувкой цилиндров. .

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению. .

Изобретение относится к области бинарных двигателей внутреннего сгорания, у которых рабочий объем цилиндра разделен автономным поршнем, не связанным с валом двигателя, на две изолированные друг от друга камеры - камеру нагнетания и камеру сгорания.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям с качающейся шайбой. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, у которых рабочий объем цилиндра разделен на две изолированные друг от друга камеры автономным поршнем, т.е.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему:приводной вал, имеющий центральную ось;по меньшей мере одну камеру сгорания; по меньшей мере первый и второй поршни, расположенные с возможностью перемещения вдоль осей, параллельных центральной оси приводного вала, и расположенные в одной и той же камере сгорания,причем первый поршень имеет шток, предназначенный для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и, по меньшей мере, один расположенный на указанном кольце по существу сферический соединительный элемент, с которым соединен шток первого поршня или элемент, прикрепленный к нему, и который находится на расстоянии от центральной оси, а второй поршень имеет шток, предназначенный для вращения приводного вала посредством качающейся шайбы, содержащей центральный узел с кольцом и, по меньшей мере, один расположенный на указанном кольце по существу сферический соединительный элемент, с которым соединен шток второго поршня или элемент, прикрепленный к нему, и который находится на расстоянии от центральной оси

Изобретение относится к механике и может быть использовано в конструкциях многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями. Техническими результатами заявленного изобретения являются улучшение экономичности, повышение надежности и ресурса двигателя, повышение удельной мощности и снижение токсичности продуктов сгорания. Сущность изобретения заключается в том, что после свободного выпуска продуктов сгорания через выпускные окна, открываемые первым поршнем, движущимся синхронно со вторым поршнем, или открываемые обоими поршнями, продувают и наполняют полость цилиндра свежим зарядом, поданным из кривошипной камеры, через продувочные окна. После наполнения полости цилиндра перепускают часть свежего заряда, не препятствуя его движению, в выпускной коллектор вслед за продуктами сгорания. Затем перекрывают сечение выпускного коллектора золотниковым органом, синхронизированным с движением поршней, преграждая движение продуктам сгорания. Повышенным давлением вытесняют свежий заряд из выпускного коллектора обратно в направлении цилиндра и нагнетают свежий заряд в полость цилиндра через еще открытые выпускные окна за счет энергии продуктов сгорания. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 21 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Прямодействующий симметричный двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, по крайней мере, пару соосно расположенных рабочих цилиндров, между которыми образован компрессорный цилиндр, выполненный с кольцевым пазом в средней части и связанный при помощи каналов с системой продувки рабочих цилиндров. Рабочие поршни установлены в рабочих цилиндрах и жестко связаны между собой штоками. Компрессорный поршень жестко закреплен в средней части штока. Тормозные, соосно расположенные цилиндры имеют днища, в которые вмонтированы регулировочные винты. Тормозные поршни с общим штоком поочередно входят в тормозные цилиндры. Двигатель имеет коленчатый вал, ось которого перпендикулярна оси цилиндров, маятниковый рычаг, закрепленный на шейках коленчатого вала и другим концом шарнирно закрепленный на оси балки, систему подачи топливовоздушной смеси и систему зажигания. Балка жестко закреплена с рычагами, предназначенными для передачи движения поршневых групп рабочих и тормозных цилиндров. В тормозных цилиндрах выполнены атмосферные прорези. Двигатель снабжен цилиндрической камерой и тормозным двухсторонним поршнем, размещенным в цилиндрической камере. Тормозной двухсторонний поршень жестко закреплен на рычагах. Общий шток тормозных поршней жестко закреплен в средней части тормозного двухстороннего поршня. Цилиндрическая камера имеет цилиндрическую выточку и атмосферный канал, контактирующий с атмосферой. В продувочных каналах установлены перепускные клапана. Технический результат заключается в улучшении продувки и заполнении камеры сгорания. 17 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) содержит цилиндры (1, 2, 3, 4) сгорания, включающие, по меньшей мере, два комплекта цилиндров сгорания, в каждом из которых поршни двух противоположных цилиндров (1, 2, 3, 4) сгорания взаимосвязаны общим штоком (5, 6) поршня. Два штока (5, 6) поршней соединены посредством одного балансира (7), а пригодную для использования энергию отбирают из кинетической энергии указанного балансира (7). Двигатель также включает, по меньшей мере, два комплекта рабочих паровых цилиндров (14, 15, 16, 17), в каждом из которых поршни двух противоположных паровых цилиндров взаимосвязаны посредством общих штоков (19, 20) поршня, соединенных балансиром (18). Балансир (7) ДВС и балансир (18) парового двигателя жестко соединены между собой посредством соединения (21). Каждый цилиндр (1, 2, 3, 4) сгорания включает теплообменник (12) для испарения охлаждающей жидкости из рубашки (9) охлаждения на каждом цилиндре (1, 2, 3, 4) сгорания под действием выхлопных газов. Нагретый пар из рубашки (9) охлаждения каждого цилиндра (1, 2, 3, 4) сгорания поступает в паровой цилиндр (14, 15, 16, 17) через системы труб (13). Технический результат заключается в использовании большего количества тепла, созданного при сжигании топлива в ДВС, для работы парового двигателя, соединенного с ДВС. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя корпус, имеющий, по крайней мере, пару сопряженных цилиндров (1), к торцам которых примыкают разъемные картеры (2) с размещенными в них коленчатыми валами (3), перпендикулярно расположенными к оси цилиндра (1), и передачу, включающую три цилиндрических зубчатых колеса (4), (5) и (6), оси которых лежат в одной плоскости. Два крайних зубчатых колеса (4) и (5) имеют одинаковое число зубьев и закреплены на передних концах коленчатых валов (3), а центральное зубчатое колесо (6) расположено между ними. Сопряженные цилиндры (1) имеют общую головку (7), на торце которой консольно закреплена опорная ось (8) с расположенной на ней ступицей (9). На ступице (9) с одной стороны закреплено центральное зубчатое колесо (6), а с другой закреплен потребитель мощности, например винт (10). Раскрыт вариант выполнения двигателя. Технический результат заключается в снижении массы двигателя и упрощении конструкции. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания включает, по меньшей мере, пару соосно расположенных цилиндров (1) и (2), сопряженных с общей головкой (7), в которой размещены камера (8) сгорания колоколообразной формы и камера (11) сгорания полусферической формы. Цилиндры имеют впускной и выпускной каналы (12) и (13) и устройства приготовления смеси. Цилиндры снабжены поршнями (3) и (4), кинематически связанными с коленчатыми валами. Камера сгорания полусферической формы имеет меньший объем, чем сообщающаяся с ней камера сгорания колоколообразной формы. Кривошип коленчатого вала одного цилиндра смещен относительно кривошипа коленчатого вала другого цилиндра на угол 20-25°. Технический результат заключается в уменьшении вибрации. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель состоит из 4-х основных цилиндров (1, 2, 3, 4), расположенных друг в друге. Наружный цилиндр (1) и внутренний цилиндр (4) являются неподвижными. Подвижный цилиндр (2) представляет собой сдвоенные развернутые на 180 градусов подвижные рабочие цилиндры двигателя, которые одновременно являются поршнями встроенных наружных воздушных компрессоров, наряду с цилиндром (1). Подвижный цилиндр (3) представляет собой сдвоенные развернутые на 180 градусов подвижные рабочие поршни двигателя, которые являются одновременно подвижными цилиндрами внутренних встроенных воздушных компрессоров продувки, наряду с неподвижным цилиндром (4). Коленвал выполняет функцию синхронизации и отбора мощности. Цилиндры (2, 3) совершают противофазные возвратно-поступательные движения. Отбор полезной механической энергии при рабочем такте производится одновременно и от подвижных цилиндров (2) и от подвижных поршней (3) по двум одновременно или на выбор направлениям с различной функциональной зависимостью скорости и усилия вращения валов (5, 12) от развиваемого усилия и скорости движения цилиндров (2) и поршней (3). 4 ил.
Наверх