Способ управления коэффициентом избытка воздуха перепускными клапанами между компрессорными и рабочими полостями поршней однотактного двигателя с внешней камерой сгорания

Изобретение относится к области двигателей с внешней камерой сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности регулирования двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что при движении поршней двигателя из одной мертвой точки в другую система управления отслеживает текущие величины массы, температуры и давления сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха, температуры и давления во внешней камере сгорания, а также температуры и давления в рабочих полостях поршней. На основе полученных данных система определяет момент открытия перепускных клапанов между компрессорными и рабочими полостями поршней, соответствующий задаваемому коэффициенту избытка воздуха и подаваемой во внешнюю камеру сгорания дозе топлива. При этом сжимаемый в компрессорных полостях поршней воздух перетекает в их рабочие полости, в результате чего во внешнюю камеру сгорания поступает соответствующая задаваемому коэффициенту избытка воздуха топливная смесь. 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайшие аналоги заявленного изобретения - патент РФ 2543908 «Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре однотактного двигателя с внешней камерой сгорания» и патент РФ 2538231 «Способ рециркуляции выхлопных газов в цилиндр однотактного двигателя с внешней камерой сгорания».

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения - обеспечить управление коэффициентом избытка воздуха перепускным клапаном между компрессорными и рабочими полостями поршней однотактного двигателя с внешней камерой сгорания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность заявленного изобретения поясняется на основе однотактного двигателя с внешней камерой сгорания и кривошипно-шатунным механизмом в одноцилиндровом исполнении по патенту РФ 2543908 (далее - двигатель). При пуске двигателя система управления подает во внешнюю камеру сгорания 1 форсункой 2 дозу топлива и воспламеняет его свечой зажигания 3 (см. фиг.). Топливо горит и, если поршни 4 и 5 находятся в положении, как показано на фигуре, то продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по трубопроводу 6 через открытый впускной клапан 7 поступают в нижнюю (по рисунку) рабочую полость поршня 4. Под воздействием поступающих в нижнюю рабочую полость поршня 4 продуктов сгорания поршень 4, штоки 8, 9 и поршень 5 начинают движение вверх. Поскольку нижняя площадь поверхности поршня 4 больше его верхней площади поверхности на разность площадей поперечного сечения штоков 8 и 9, то давление сжимаемого в верхней компрессорной полости поршня 4 воздуха больше давления продуктов сгорания в его нижней полости. Поэтому воздух из верхней компрессорной полости поршня 4 через обратный клапан 10 поступает во внешнюю камеру сгорания 1, поддерживая в ней процесс горения периодически подаваемого форсункой 2 топлива. В нижнюю компрессорную полость поршня 5 через обратный клапан 11 засасывается воздух из атмосферы, а из верхней рабочей полости поршня 5 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) через выпускной клапан 12 выбрасывается в атмосферу. Таким образом, энергия продуктов сгорания через шток 9 и шатун 13 передается коленвалу 14. По прибытии поршней 4 и 5 в окрестности верхней мертвой точки система управления переводит впускной клапан 7 и выпускной клапан 12 в закрытое, а впускной клапан 15 и выпускной клапан 16 в открытое положение. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по трубопроводу 17 через впускной клапан 15 поступают в верхнюю рабочую полость поршня 5. Поршни 4 и 5 начинают движение вниз, и коленвал двигателя 14 продолжает вращение в прежнем направлении. Сжимаемый в нижней компрессорной полости поршня 5 воздух через обратный клапан 18 поступает во внешнюю камеру сгорания 1, обеспечивая горение периодически подаваемого форсункой 2 топлива. В верхнюю компрессорную полость поршня 4 через обратный клапан 19 засасывается воздух из атмосферы, а из его нижней рабочей полости отработавшие продукты сгорания через выпускной клапан 16 выбрасываются в атмосферу. Как видно из пояснения принципа действия двигателя, расширение продуктов сгорания в основном происходит только при выбросе их из цилиндра в конце движения поршней, не производя никакой полезной работы. Увеличение эффективности расширения продуктов сгорания в цилиндре во всем диапазоне нагрузок на двигатель осуществляется следующим образом. По аналогии с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) цилиндр однотактного двигателя можно представить условно разделенным на два объема. Первый соответствует камере сгорания ДВС - виртуальная камера сгорания. Остальной объем цилиндра, по сути дела, как и в ДВС, - виртуальный рабочий объем. Например, для начала движения поршней 4 и 5 из нижнего положения в верхнее, система управления открывает впускной клапан 7, и продукты сгорания поступают из камеры сгорания 1 в виртуальную камеру сгорания цилиндра (часть нижней рабочей полости поршня 4 от его начала движения). Температура и давление поступающих в виртуальную камеру продуктов сгорания цилиндра при этом практически равна таковым в камере сгорания 1. Поршни начинают движение снизу вверх и, когда пройдут соответствующий виртуальной камере сгорания путь, система управления закрывает впускной клапан 7. Доступ продуктов сгорания в цилиндр прекращается, и начинается процесс их расширения во всей нижней рабочей полости поршня 4 - в виртуальной камере сгорания и в виртуальном рабочем объеме цилиндра. Одновременно система управления отслеживает текущие значения скорости поршней 4 и 5, давление продуктов сгорания в камере сгорания 1, в нижней рабочей полости поршня 4 и давления сжимаемого в его верхней компрессорной полости воздуха. В соответствии с этими значениями система управления определяет момента времени открытия перепускного клапана 20, обеспечивающего максимальное расширение продуктов сгорания в нижней рабочей полости поршня 4 к моменту прибытия поршней 4 и 5 в верхнюю мертвую точку, и переводит в этот момент времени перепускной клапан 20 в открытое положение. В результате сжатый в верхней компрессорной полости поршня 4 воздух через перепускной клапан 20 перетекает в нижнюю компрессорную полость поршня 5. Противодействие воздуха в нижней рабочей полости поршня 4 движению поршней уменьшается. К этому моменту в нижнюю компрессорную полость поршня 5 уже поступило некоторое количество воздуха из атмосферы. Поступающий туда же через перепускной клапан 20 до определенной степени сжатый в верхней компрессорной полости поршня 4 воздух дополнительно заряжает нижнюю компрессорную полость поршня 5, и засасывание воздуха из атмосферы через обратный клапан 11 прекращается. При этом энергия, затрачиваемая на сжатие воздуха на данной фазе такта, также вместе с воздухом перебрасывается туда же. При этом поступающий сжатый воздух, расширяясь, сообщает дополнительный импульс кинетической энергии поршням 4 и 5. Энергия на преодоление динамического сопротивления в клапане 11 переносится на клапан 19. То есть моменты времени открытия и закрытия впускного клапана 7 и перепускного клапана 20 система управления определяет таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность процесса расширения продуктов сгорания. Управление коэффициентом избытка воздуха перепускными клапанами между компрессорными и рабочими полостями поршней однотактного двигателя с внешней камерой сгорания осуществляется следующим образом. При движении поршней 4, 5 из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку система управления отслеживает следующие текущие параметры: массу, температуру и давление сжимаемого в верхней компрессорной полости поршня 4 воздуха, температуру и давление сгораемой во внешней камере сгорания 1 топливной смеси, и температуру, и давление в рабочей полости поршня 4 продуктов сгорания. На основе полученных данных и задаваемого коэффициента избытка воздуха система управления определяет момент времени открытия перепускного клапана 22 и в этот момент открывает клапана 22. Сжимаемый в верхней компрессорной полости поршня 4 воздух перетекает в его нижнюю рабочую полость, в результате чего во внешнюю камеру сгорания 1 поступает соответствующая задаваемому коэффициенту избытка воздуха топливная смесь. При движении поршней из верхней мертвой точки в нижнюю система управления оперирует перепускным клапаном между компрессорными и рабочими полостями перепускным клапаном 21.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ управления коэффициентом избытка воздуха перепускным клапаном между компрессорными и рабочими полостями поршней однотактного двигателя с внешней камерой сгорания, включающего поршни с компрессорными и рабочими полостями, систему управления и перепускные клапаны между компрессорными и рабочими полостями поршней двигателя, отличающийся тем, что при движении поршней однотактного двигателя с внешней камерой сгорания из одной мертвой точки в другую мертвую точку движения система управления на основе отслеживаемой текущей величины массы, температуры и давления сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха, отслеживаемой текущей величины температуры и давления сгораемой во внешней камере сгорания топливной смеси, и отслеживаемой текущей величины температуры и давления в рабочих полостях поршней продуктов сгорания определяет момент открытия перепускных клапанов между компрессорными и рабочими полостями поршней, соответствующий задаваемому коэффициенту избытка воздуха подаваемой во внешнюю камеру сгорания дозы топлива, и открывает его, при этом сжимаемый в компрессорных полостях поршней воздух перетекает в рабочие полости поршней, в результате чего во внешнюю камеру сгорания поступает соответствующая задаваемому коэффициенту избытка воздуха топливная смесь.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Требования к материалам и технологиям заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фигура. Принципиальная схема однотактного двигателя с внешней камерой сгорания.

1 - камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 5 - поршень; 6, 17, 24, 25, 27, 31, 33, 35, 40, 41 - канал; 7, 12, 15, 16 - клапан; 8, 9 - шток; 10, 11, 18, 19 - обратный клапан; 13 - шатун; 14 - коленвал; 20, 21, 22 - перепускной клапан; 23 - клапан подачи воздуха; 26 - турбина; 28 - насос охлаждающей жидкости; 29 - вентилятор; 30 - труба охлаждения поршней и штоков; 32 - радиатор; 34 - полость между цилиндром двигателя и рубашкой охлаждения цилиндра двигателя; 35 - цилиндр двигателя; 36 - рубашка охлаждения цилиндра двигателя; 37 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 38, 39 - термостат.

Способ управления коэффициентом избытка воздуха перепускным клапаном между компрессорными и рабочими полостями поршней однотактного двигателя с внешней камерой сгорания, включающего поршни с компрессорными и рабочими полостями, систему управления и перепускные клапаны между компрессорными и рабочими полостями поршней двигателя, отличающийся тем, что при движении поршней однотактного двигателя с внешней камерой сгорания из одной мертвой точки в другую мертвую точку движения система управления на основе отслеживаемой текущей величины массы, температуры и давления сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха, отслеживаемой текущей величины температуры и давления сгораемой во внешней камере сгорания топливной смеси и отслеживаемой текущей величины температуры и давления в рабочих полостях поршней продуктов сгорания открывает перепускной клапан в момент, соответствующий задаваемому коэффициенту избытка воздуха и подаваемой во внешнюю камеру сгорания дозе топлива, при этом сжимаемый в компрессорных полостях поршней воздух перетекает в рабочие полости поршней, в результате чего во внешнюю камеру сгорания поступает соответствующая задаваемому коэффициенту избытка воздуха топливная смесь.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области управления подачей газов в двигатель внутреннего сгорания автотранспортного средства, в частности к диагностике утечек подаваемого воздуха.

Изобретение может быть использовано в двигателях с турбонаддувом. Система управления наполнением двигателя с турбонаддувом содержит средства измерения массового расхода воздуха во впускном трубопроводе, средства измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя, педаль управления двигателем с датчиком ее положения.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к приспособлениям для уравновешивания сил инерции и реактивного крутящего момента поршневых двигателей, и может быть использовано для снижения энергии возмущений от реактивного крутящего момента.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструированию и производству систем воздухо- и топливопитания, нейтрализации и выпуска отработавших газов транспортных двигателей, преимущественно автомобильных.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способу работы газовоздушного тракта двигателя внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к поршневым машинам. .

Изобретение относится к поршневым машинам. .

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием. .

Изобретение относится к дизельным электрическим агрегатам, работающим на внешнюю переменную нагрузку в составе дизеля и электрического генератора, и предназначено для регулирования дизеля, входящего в состав электрического агрегата.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам регулирования оборотов холостого хода автомобильных двигателей внутреннего сгорания. .
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве способа работы поршневого двигателя внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве способа работы поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области тепловых двигателей и волновых компрессоров и предназначено преимущественно для применения в энергетике и на транспорте. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству двигателей внутреннего сгорания, а именно к конструкциям поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к судовым малооборотным двухтактным дизелям с прямоточно-клапанной схемой газообмена и может быть использовано для повышения индикаторного коэффициента полезного действия дизеля и снижения расхода топлива.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, и может быть использовано в автомобильных двигателях.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конвертированию бензиновых двигателей с искровым зажиганием в дизельные двигатели. .

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания с разделенным циклом и их эксплуатации и может найти применение в качестве привода электрогенераторов и энергетических установок на дорожных транспортных средствах, речных и морских судах, летательных аппаратах. Техническим результатом является повышение КПД двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе двигатель содержит цилиндр сжатия и цилиндр расширения с поршнями, а также сферическую камеру сгорания. В цилиндре расширения второй поршень установлен напротив первого так, что они имеют свои верхние мертвые точки (ВМТ) вблизи геометрического центра цилиндра. При закрытых клапанах внутренняя поверхность камеры сгорания имеет вид замкнутой сферы. Поршень сжатия достигает своей ВМТ раньше, чем первый поршень расширения. В момент открытия запорного клапана камеры сгорания первый поршень расширения находится в своей ВМТ, а второй поршень отстоит от своей ВМТ на расстоянии, соответствующем повороту коленчатых валов на угол 20-40 градусов, и движется от геометрического центра цилиндра. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области двигателей с внешней камерой сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности регулирования двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что при движении поршней двигателя из одной мертвой точки в другую система управления отслеживает текущие величины массы, температуры и давления сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха, температуры и давления во внешней камере сгорания, а также температуры и давления в рабочих полостях поршней. На основе полученных данных система определяет момент открытия перепускных клапанов между компрессорными и рабочими полостями поршней, соответствующий задаваемому коэффициенту избытка воздуха и подаваемой во внешнюю камеру сгорания дозе топлива. При этом сжимаемый в компрессорных полостях поршней воздух перетекает в их рабочие полости, в результате чего во внешнюю камеру сгорания поступает соответствующая задаваемому коэффициенту избытка воздуха топливная смесь. 1 ил.

Наверх