Двигатель внутреннего сгорания


 


Владельцы патента RU 2449138:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. Техническим результатом представляемого изобретения является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель состоит из компрессорного блока и блока рабочих цилиндров. При этом содержит камеры сгорания, картер с бесшатунным силовым преобразователем движения поршней, цилиндропоршневую группу, систему подготовки и подачи топливной смеси, всасывающие и выхлопные клапаны, систему запуска двигателя, системы охлаждения и смазки. Согласно изобретению компрессорный блок выполнен двух или более ступенчатым с теплообменниками, установленными на каждой ступени. Рабочий блок выполнен из цилиндров с рабочими камерами и камерами сгорания для подготовки топливной смеси и ее сгорания. При этом компрессорный блок и рабочий блоки соединены между собой воздуховодом через ресивер, регенератор и клапан впуска и имеют жесткую кинематическую связь через силовой бесшатунный механизм преобразования движений поршней. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано на транспортных средствах: мотоциклах, автомобилях, самолетах, а также в качестве привода стационарных установок.

Аналогом предлагаемому двигателю является двигатель по патенту RU 2027879. Этот двигатель имеет два цилиндра, в одном происходят такты всасывания и сжатия, в другом - такты рабочий ход и выхлоп. Цилиндры соединены между собой каналом, который перекрыт клапаном.

Двигатель по патенту RU 2027879 имеет ряд недостатков ввиду сложности применения в нем функциональной схемы. По-существу вся работа двигателя базируется на использовании кривошипно-шатунного механизма преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное выходного вала. Традиционный преобразователь движений поршня вызывает большие боковые нагрузки поршней на стенки цилиндров ввиду движения кривошипа под углом к их оси. Кроме того, результирующая сила от воздействия давления газов на поршень используется не полностью для создания крутящего момента на коленвале, так как она раскладывается на две составляющие.

В газообмене между цилиндрами - нагнетателя и рабочего цилиндров - используется много каналов и функциональных клапанов, при этом установленная между ними перегородка требует строгого задания углового смещения кривошипов.

В целом ввиду сложности газообмена и конструкции двигателя не может выполняться цикл его работы и не может выполняться эффективно.

Наиболее близким по конструкции является двигатель по патенту Ru 2286470. Он содержит размещенные в блоке по меньшей мере один цилиндр нагнетателя (компрессорный) и один рабочий цилиндр, поршни, установленные в цилиндрах с образованием надпоршневых полостей, кинематически связанных с кривошипно-шатунным механизмом, головку цилиндра с перепускным каналом, выполненным с возможностью сообщения надпоршневых полостей цилиндра нагнетателя (компрессора) и рабочего цилиндра, подпружиненный перепускной клапан, установленный в головке с возможностью периодического перекрытия перепускного канала, свечу зажигания, установленную в рабочем цилиндре, причем кривошип, связанный с поршнем рабочего цилиндра, смещен относительно кривошипа, связанного с поршнем цилиндра нагнетателя (компрессора), в сторону опережения по ходу вращения коленчатого вала с образованием между кривошипами угла смещения. В компрессорном цилиндре происходят два такта - всасывание и сжатие, а в рабочем происходит два такта - рабочий ход и выхлоп.

Недостатком этого двигателя является малая экономичность и низкая эффективность работы вследствие неполной очистки цилиндров от выхлопных газов и больших температурных градиентов рабочих поверхностей цилиндров.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экономичности за счет уменьшения затрат работы на сжатие воздуха, выполнение процесса сгорания при постоянном объеме, а процесса расширения газов при постоянной температуре, а также за счет регенерации теплоты уходящих газов путем передачи ее воздуху, направляемому в камеру сгорания.

Технический результат изобретения состоит в следующем: двигатель внутреннего сгорания, включающий компрессорный блок и блок рабочих цилиндров, картер с бесшатунным силовым преобразователем движения поршней, цилиндропоршневую группу, системы подготовки и подачи топливной смеси, всасывающие и выхлопные клапаны, системы запуска двигателя, охлаждения и смазки, причем компрессорный блок выполнен двух и более ступенчатым с установленными на каждой ступени теплообменниками, а рабочий блок выполнен из цилиндров с рабочими камерами сгорания и дополнительными камерами сгорания для подготовки топливной смеси и ее сгорания, при этом блоки соединены между собой воздуховодом через ресивер и клапан впуска и имеют жесткую кинематическую связь через силовой бесшатунный механизм преобразования движений поршней, не требующих их строгого углового позиционирования, компрессорный блок может быть выполнен двухстороннего действия за счет использования надпоршневой и подпоршневой полостей цилиндра в качестве рабочих, а рабочий блок имеет два или более цилиндра. Поршни в двухцилиндровых блоках установлены в противофазах, а при большем количестве цилиндров - на равнорасположенных углах их позиционирования. Цикл работы в четырехтактном двигателе осуществляют в двух цилиндрах: всасывание и сжатие - в компрессорном цилиндре, а сгорание - в камере сгорания, рабочий ход и выхлоп газов - непосредственно в рабочем цилиндре. Сжатый в компрессорном цилиндре воздух подают в камеры сгорания через ресивер, причем сжатие воздуха выполняют ступенчато с промежуточным его охлаждением, что приближает процесс сжатия к изотермическому, при котором затраты работы на сжатие будут наименьшими по сравнению с любыми другими процессами сжатия. Между ресивером и рабочим цилиндром двигателя расположен регенератор, предназначенный для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания за счет теплоты уходящих газов. Процесс расширения газа в рабочем цилиндре приближается к изотермическому за счет импульсного впрыска топлива в камеры сгорания и ступенчатого расширения в рабочем цилиндре. Кинематически компрессорный и рабочий поршни связаны между собой через бесшатунный силовой преобразователь движения поршней, а газообмен между ними выполняется через ресивер и регенератор.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, двигатель внутреннего сгорания. Двигатель состоит из двух блоков - рабочего блока 1 и блока многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением 2.

Рабочий блок 1 состоит из двух цилиндров 3, в которых установлены поршни 4, закрепленные на штоках 5. В цилиндрах смонтированы впускной (нагнетательный) 6 и выпускной (выхлопной) 7 клапаны, а также форсунки 8. В головках цилиндров находятся дополнительные камеры сгорания 9, соединенные с камерами сгорания 10, образованные поршнями 4, находящимися в верхней мертвой точке и крышками цилиндров, имеющие объем, достаточный для размещения количества воздуха, требуемого для сгорания топлива.

Регенератор (теплообменник) 11 соединен с камерами сгорания цилиндров трубопроводом 12 и с ресивером-трубопроводом 13. Выхлопные газы из цилиндров выходят по трубопроводу 14, регенератору 11 и выхлопному патрубку 15. Воздух из ресивера 16 поступает в теплообменник 11 по трубопроводу 13.

Компрессорный блок 2 состоит из цилиндра 17, выполненного трехступенчатым, в каждой из которых размещены соответствующие поршни 18, смонтированные на общем штоке 19. В цилиндре первой ступени смонтированы обратный клапан впуска 20 и выпуска 21 первой ступени компрессора. Во второй ступени компрессора смонтирован обратный клапан впуска 22. Трубопровод 23 подводит воздух из теплообменника 24 во вторую ступень, при этом сам соединен трубопроводом 25 с первой ступенью компрессора. Третья ступень компрессора снабжена обратным клапаном впуска 26, а полости ступени соединены трубопроводом 27 с теплообменником 28. Третья ступень имеет также обратный клапан выпуска 29. Теплообменник 28 соединен со второй ступенью трубопроводом 30. Трубопровод 31 соединен с ресивером 16. Вторая ступень имеет обратный клапан выпуска 32.

Кинематически блок рабочих цилиндров 1 соединен с компрессорным блоком 2 через силовой бесшатунный преобразователь 33 движений поршней, который связан с выходным валом 34 отбора мощности.

В качестве силового бесшатунного механизма преобразования движений можно использовать вариант механизма по а.с. №2237175.

Двигатель работает следующим образом.

Известно, что цикл работы 4-тактного двигателя соответственно выполняется в следующей последовательности выполнения тактов - всасывание + сжатие + рабочий ход и выхлоп.

Поэтому описание работы двигателя представим в такой же последовательности, то есть с работы компрессорного блока 2, выполняющего такты всасывания и сжатия. При движении вверх штока 19 и поршня 18 происходит всасывание воздуха из атмосферы через обратный клапан впуска 20 в подпоршневую полость первой ступени, при этом в надпоршневой полости происходит сжатие атмосферного воздуха, что приводит к открытию клапана выпуска 21 первой ступени, что обеспечивает протекание воздуха по трубопроводу 25, затем по теплообменнику 24, по трубопроводу 23, и в итоге воздух нагнетается через обратный клапан впуска 22 в нижнюю полость второй ступени. В результате охлаждения воздуха теплообменником 24 его температура будет близкой к температуре воздуха при всасывании в первую ступень. Так как объем полости второй ступени меньше объема полости первой ступени, то газ будет сжат с более высоким давлением.

При движении штока 19 и поршня 18 второй ступени вверх происходит всасывание воздуха в подпоршневую полость и одновременно сжатие воздуха в надпоршневой полости, поступившего через теплообменник 24 из нижней полости первой ступени при движении поршня 18 вниз, при этом обратный клапан 20 первой ступени закрыт. При достижении определенного давления воздуха в надпоршневой полости второй ступени клапан выпуска 32 открывается и сжатый воздух поступает через трубопровод 31 в теплообменник (охладитель) 28, а из него в нижнюю полость третьей ступени компрессора.

Так как объем полости третьей ступени меньше объема полости второй ступени, то при достижении верхних точек поршнем второй и третьей ступеней газ будет сжат дополнительно до заданного значения.

После достижения в надпоршневой полости третьей ступени заданного давления открывается обратный клапан 29 и сжатый воздух по трубопроводу 31 направляется в ресивер 16.

Степень сжатия воздуха рассчитывается по соотношению объемов рабочих полостей цилиндра, а снижение температуры газа - по рабочим площадям теплообменников.

Охлаждение сжатого воздуха в теплообменниках 24, 28 может быть либо водяным, либо воздушным. Площади поверхностей теплообменников должны быть такими, чтобы процесс сжатия приближался к изотермическому.

Такты рабочий ход и выхлоп выполняются в рабочих цилиндрах 3 блока 1 после сгорания топлива с воздухом в камере сгорания 10.

Компрессор 2 нагнетает сжатый воздух в ресивер 16 под определенным давлением, соответствующим давлению, достигающему в процессе сжатия в цилиндрах бескомпрессионных двигателей. Из ресивера 16 по трубопроводу 13 воздух поступает в регенератор 11, в котором он нагревается в результате отбора тепла от выхлопных газов. По трубопроводу 12 после нагрева воздух поступает в дополнительную камеру сгорания 9. При достижении поршня 4 верхней мертвой точки заканчивается процесс выхлопа и выпускной клапан 7 закрывается, и в этот момент через форсунку 8 в дополнительную камеру сгорания 9 впрыскивается топливо. Ввиду высокой температуры воздуха происходит самовоспламенение топливной смеси. Осуществляется возгорание топливной смеси, и давление в камере сгорания резко возрастает, при этом выпускной клапан 7 закрывается. Поршень 4 под действием высокого давления движется вниз, совершая при этом рабочий ход.

Для осуществления изотермического процесса расширения газа с целью получения максимальной работы через форсунку 8 выполняется дополнительный (дозированный) впрыск топлива с таким расчетом, чтобы температура газа в процессе движения поршня от верхней мертвой точки к нижней оставалась неизменной, при этом процесс горения топливовоздушной смеси происходит в дополнительной камере сгорания 9 и камере сгорания 10.

При достижении поршнем 4 нижней мертвой точки открывается выпускной клапан 7 и начинается процесс выхлопа газов.

Таким образом, каждый блок двигателя 1 и 2 выполняет свои функции, а вместе они обеспечивают выполнение всех 4-х тактов - всасывание, сжатие, рабочий ход, выхлоп.

На фиг.1 показано два рабочих цилиндра, что обуславливает плавную работу двигателя, так как поршни в них установлены в противофазах.

1. Двигатель внутреннего сгорания, состоящий из компрессорного блока и блока рабочих цилиндров, камер сгорания, картера с бесшатунным силовым преобразователем движения поршней, цилиндропоршневой группы, системы подготовки и подачи топливной смеси, всасывающих и выхлопных клапанов, системы запуска двигателя, системы охлаждения и системы смазки, отличающийся тем, что компрессорный блок выполнен двух или более ступенчатым с установленными теплообменниками на каждой ступени, рабочий блок выполнен из цилиндров с рабочими камерами и камерами сгорания для подготовки топливной смеси и ее сгорания, при этом компрессорный блок и рабочий блоки соединены между собой воздуховодом через ресивер, регенератор и клапан впуска и имеют жесткую кинематическую связь через силовой бесшатунный механизм преобразования движений поршней.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что компрессор выполнен двухстороннего действия за счет использования надпоршневой и подпоршневой полостей цилиндра в качестве рабочих.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочий блок имеет два и более цилиндра, установленные на равнорасположенных углах их позиционирования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с разделенным циклом (ДВС). .

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено, например, при производстве двигателей для автомобилей. .

Изобретение относится к области двигателестроения. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с разделенным циклом, в которых используется цилиндр сжатия и цилиндр расширения, соединенные друг с другом перепускными каналами.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с разделенным циклом, в которых используются цилиндры сжатия и расширения, соединенные друг с другом перепускными каналами.

Изобретение относится к области энергомашиностроения. .

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в создании новых четырехтактных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с регулируемым наддувом.

Изобретение относится к области поршневых двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с разделенным циклом. .

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двухтактным двигателям с поршневым нагнетателем. Техническим результатом является повышение надежности и удельной мощности двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит рабочие цилиндры с камерами сгорания, цилиндр сжатия воздуха (компрессор), напорные воздушные коллекторы с форсунками подачи топлива и турбокомпрессор. Воздух нагнетается турбокомпрессором через продувочные клапаны в рабочие цилиндры в процессе такта выпуска, а также из цилиндра компрессора последовательно в напорные воздушные коллекторы и далее в рабочие цилиндры через впускные клапаны в процессе такта выпуска при продувке цилиндров, продолжается в процессе тактов впуска и сжатия при наполнении рабочих цилиндров и заканчивается при достижении поршнем компрессора В.М.Т. в момент воспламенения топлива в рабочем цилиндре, что соответствует углу опережения зажигания (впрыска для дизельных двигателей). 3 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель с расщепленным циклом (10) содержит коленчатый вал, цилиндр (14) расширения, имеющий осевую линию (62), поршень (30) расширения, имеющий верхнюю поверхность и внешний периметр, головку (33) цилиндра, расположенную поверх цилиндра (14) расширения, так что нижняя поверхность головки (33) цилиндра обращена к верхней поверхности (50) поршня (30) расширения. Головка (33) цилиндра содержит выпуск (27) переходного канала и впуск выпускного канала. Впуск выпускного канала и выпуск (27) переходного канала расположены рядом с цилиндром (14) расширения. Переходный канал (22) соединяет источник газа под высоким давлением с цилиндром (14) расширения через выпуск (27) переходного канала. Переходный расширительный клапан (26) расположен в выпуске (27) переходного канала, обеспечивая связь между переходным каналом (22) и цилиндром (14) расширения в течение части такта расширения. Выпускной клапан (34) расположен во впуске (31) выпускного канала. Выпускной клапан (34) обеспечивает связь с цилиндром (14) расширения или от него через впуск (31) выпускного канала в течение части такта расширения. Выемка (60) расположена в верхней поверхности (50) поршня (30) расширения и содержит нижнюю поверхность. Участок выемки (60) перекрывает участок выпуска (27) переходного канала. Участок впуска (31) выпускного канала не перекрывает никакой участок выемки (60). Глубина выемки в диапазоне ориентировочно от 1,0 до 3,0 раз превышает зазор поршня расширения. Зазор поршня расширения представляет собой кратчайшее расстояние, вдоль линии, параллельной осевой линии (62), между верхней поверхностью (50) поршня (30) расширения и нижней поверхностью головки (33) цилиндра, когда поршень (30) расширения находится в его положении верхней мертвой точки. Глубина выемки представляет собой кратчайшее расстояние, вдоль линии, параллельной осевой линии (62), между нижней поверхностью выемки (60) и верхней поверхностью (50) поршня (30) расширения. Раскрыт вариант выполнения двигателя. Технический результат заключается в улучшении распределения топлива по всему цилиндру расширения и обеспечении оптимального соотношения топливовоздушной смеси над свечами зажигания. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Воздушно-гибридный двигатель (10) с расщепленным циклом содержит коленчатый вал (16), поршень (20) сжатия, размещенный в цилиндре (12) сжатия и соединенный с коленчатым валом (16) с возможностью возвратно-поступательного движения в течение хода впуска и хода сжатия при одном обороте коленчатого вала, и поршень (30) расширения, размещенный в цилиндре (14) расширения и соединенный с коленчатым валом (16) с возможностью возвратно-поступательного движения в течение хода расширения и хода выпуска, при одном обороте коленчатого вала. Переходный канал (22) соединяет цилиндры (12) и (14) сжатия и расширения и содержит переходный клапан (24) сжатия и переходный клапан (26) расширения, образующие между собой напорную камеру. Воздушный резервуар (40) соединен с переходным каналом (22) и избирательно действует так, чтобы накапливать сжатый воздух из цилиндра (12) сжатия и подавать сжатый воздух в цилиндр (14) расширения. Клапан (42) воздушного резервуара избирательно регулирует воздушный поток в воздушный резервуар (40) и из него. Двигатель работает в режиме воздушного расширителя и зажигания (в AFF режиме). В AEF режиме двигатель имеет остаточную степень расширения при закрывании переходного клапана (26) расширения 15, 7 к 1 или больше. Раскрыт способ эксплуатации воздушно-гибридного двигателя с расщепленным циклом. Технический результат заключается в снижении расхода топлива и снижении выбросов. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель (10) с расщепленным циклом содержит коленчатый вал (16), поршень (20) сжатия, введенный в цилиндр сжатия (12), поршень (30) расширения, введенный в цилиндр (14) расширения, и переходный канал (22). Поршень (20) сжатия совершает возвратно-поступательное движение в течение такта впуска и такта сжатия, при одном обороте коленчатого вала (16). Поршень (30) расширения совершает возвратно-поступательное движение в течение такта расширения и такта выпуска, при одном обороте коленчатого вала (16). Переходный канал (22) соединяет цилиндры (12) и (14) сжатия и расширения и содержит расположенный в нем переходный клапан (26) расширения. Двигатель (10) работает в режиме зажигания двигателя (в EF режиме) и имеет остаточную степень расширения при закрывании переходного клапана (26) расширения 10 к 1 или больше. Раскрыт способ эксплуатации двигателя. Технический результат заключается в снижении выбросов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно, к двухтактным двигателям с внешним нагнетателем. Техническим результатом является повышение КПД. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит рабочие цилиндры с впускными окнами, перепускные клапаны, полость сжатия воздуха с выпускными окнами, поршни с шатунами рабочих цилиндров, поршень с шатунами и рычагами компрессора, коленчатый вал с ведущей шестерней привода компрессора, коленчатый вал компрессора с ведомой шестерней, головку цилиндров с впускными клапанами компрессора, выпускными клапанами, топливными форсунками, камерами сгорания. Согласно изобретению воздух подается из полости сжатия компрессора в рабочий цилиндр последовательно через выпускное окно компрессора, перепускной клапан и впускное окно рабочего цилиндра в процессе такта выпуска при продувке рабочего цилиндра, а также в процессе тактов впуска и сжатия при наполнении рабочего цилиндра. При достижении поршнем компрессора верхней мертвой точки поршень рабочего цилиндра перекрывает впускное окно, и закрывается перепускной клапан. 5 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение КПД двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель с воспламенением от сжатия и подводом теплоты при постоянном объеме выполнен с разделенными функциями парных цилиндров. В цилиндрах меньшего диаметра производят сжатие воздуха, а в цилиндрах большего диаметра производят расширение продуктов сгорания. При этом шейки коленчатого вала с приводом компрессорных поршней сдвигают вперед на 90 градусов, а сжатый воздух пропускают через промежуточные камеры сгорания с перепускными клапанами, в которые впрыскивают топливо, и осуществляют рабочий цикл. Компрессорный и рабочий цилиндры могут быть расположены оппозитно, а двигатель снабжен двумя коленчатыми валами, расположенными в одной плоскости и соединенными между собой моторными цепями через звездочки с регулируемыми муфтами опережения для регулирования фаз опережения подхода в верхнюю мертвую точку компрессорных поршней по отношению к расширительным для работы на разных типах тяжелого топлива. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх