Шеститактный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом техническом решении продукты сгорания не выпускаются в атмосферу, а претерпевают дополнительный такт сжатия и, в зоне достижения поршнем верхней мертвой точки, в камеру сгорания впрыскивается дозированная струя воды. При этом за счет еще очень высокого теплосодержания продуктов сгорания вода испаряется и создается дополнительное рабочее тело (продукты сгорания плюс пары воды), которое совершает второй полноценный (аналогичный первому) рабочий ход. И только по завершении второго рабочего хода отработавшее рабочее тело выпускается в атмосферу (шестой такт). Отличительная особенность описываемого шеститактного двигателя состоит в том, что камера сгорания каждого цилиндра выполнена цилиндроконической и дополнительно снабжена форсункой для впрыскивания в камеру сгорания воды при помощи насоса высокого давления. 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к области автомобилестроения, и может использоваться в других отраслях промышленности, где применяются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) и предназначено существенно повысить их эффективность.

Поиск аналогов технических решений выполнен по источникам патентной и технической информации России (СССР), США, Германии, Франции, Великобритании, Японии, Европейского патентного ведомства за период с 1929 по 2014 год. Выявлены оригинальные технические решения по совершенствованию ДВС.

Наиболее близким техническим решением является четырехтактный двигатель внутреннего сгорания по заявке №2009123674/06, опубл. 27.12.2010, бюл. №36. Данный ДВС имеет спаренные цилиндры - основной и дополнительный, причем выходная труба основного цилиндра является одновременно входной трубой дополнительного цилиндра. Рабочий процесс этого ДВС организован таким образом: отработавшие продукты горения основного цилиндра не выпускаются в атмосферу, а поступают в дополнительный цилиндр и используются в качестве составной части рабочего тела вместе с парами воды, впрыскиваемой в дополнительный цилиндр. Впрыск воды в дополнительный цилиндр производят в конце такта сжатия в дополнительном цилиндре. В последнем реализуется четырехтактный цикл, как и в основном цилиндре за исключением того, что в основном цилиндре рабочий цикл осуществляется за счет сгорания бензино-воздушной смеси и образовавшегося при этом рабочего тела в виде продуктов горения, а в дополнительном - за счет рабочего тела, полученного как сумма продуктов горения и паров воды, впрыскиваемой в дополнительный цилиндр и испарившейся за счет высокого теплосодержания продуктов горения, поступивших из основного цилиндра. Дозирование массы впрыскиваемой воды осуществляется из расчета создания в дополнительном цилиндре давления, равного давлению в основном цилиндре при совершении в нем такта рабочего хода.

Таким образом, в известном ДВС, который является прототипом заявляемого, рабочий процесс организован с использованием дополнительного цилиндра. Несмотря на его положительные качества, в том числе: уменьшение удельного расхода горючего практически в два раза по сравнению с лучшими современными образцами ДВС; снижение токсичности продуктов горения; снижение тепловой нагрузки на двигатель; снижение шумности работы; повышение термодинамического КПД двигателя, он имеет недостаток, заключающийся в усложненной по сравнению с существующими двигателями конструкции.

Основной задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции ДВС при сохранении всех остальных качеств прототипа.

Данная задача решается изменением организации рабочего процесса в двигателе и конструктивными изменениями двигателя. Организация рабочего процесса состоит в том, что после завершения такта рабочего хода продукты горения не выпускаются в атмосферу, а претерпевают дополнительное сжатие и в зоне достижения поршнем верхней мертвой точки в камеру сгорания впрыскивают струю воды, которая за счет еще очень высокого теплосодержания продуктов горения испаряется, создавая дополнительное рабочее тело в виде парообразной воды. Суммарное рабочее тело (продукты горения и пары воды) совершают дополнительный рабочий ход и только потом последний такт - выпуск охлажденных продуктов сгорания с парами воды в атмосферу.

Рабочий процесс реализуется в шеститактном двигателе внутреннего сгорания, включающем, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем и шатуном, скрепленным с коленчатым валом, головку блока цилиндров с газораспределительным механизмом и камерами сгорания, при этом каждая камера сгорания выполнена цилиндроконической и снабжена, по меньшей мере, одной свечой зажигания и, по меньшей мере, одной форсункой для впрыска в камеру сгорания воды, двигатель дополнительно снабжен емкостью с водой и импульсным насосом высокого давления для подачи воды через форсунку в продукты сгорания, сжатые после рабочего хода от горения бензовоздушной смеси для совершения дополнительного рабочего хода, причем свеча зажигания вмонтирована в цилиндрической части камеры сгорания, а форсунка вмонтирована в конической части камеры.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом.

На фиг. 1 показана схема головки блока цилиндров (ГБЦ).

Позицией 1 обозначен корпус цилиндра, позицией 2 - камера сгорания, позицией 3 - шаровой клапан, позицией 4 - входная труба, позицией 5 - выходная труба, позицией 6 - форсунка, позицией 7 - свеча зажигания, позицией 8 - поршень, позицией 9 - выемка в шаровом клапане.

Последовательность работы элементов двигателя показана на фиг. 2.

При впуске бензино-воздушной смеси полость входной трубы через выемку в шаровом клапане соединяется с полостью цилиндра, который заполняется горючей смесью при движении поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), при этом выпускная труба закрыта. При обратном движении поршня (от НМТ к ВМТ) происходит такт сжатия (Сж.-1).

В момент достижения поршнем зоны ВМТ происходит зажигание горючей смеси и поршень совершает такт рабочего хода (Рх.-1) за счет горения горючей смеси. После завершения Рх.-1 поршень поднимается к ВМТ и происходит второй такт сжатия (Сж.-2). В момент достижения поршнем зоны ВМТ (завершение такта Сж.-2) происходит впрыск воды в камеру сгорания, вода испаряется, создается смесь рабочего тела (продукты горения и водяной пар), который создает второй рабочий ход поршня (Рх.-2). При этом выпускная и впускная трубы закрыты. При обратном движении поршня (к ВМТ) выпускная труба открывается и продукты горения вместе с парами воды выпускаются в атмосферу - это шестой такт рабочего цикла двигателя по данному изобретению.

Термодинамическое обоснование работоспособности такого двигателя подобно обоснованию работоспособности ДВС прототипа [9].

Температура выхлопных газов по предлагаемому техническому решению существенно ниже, чем у существующих четырехтактных двигателей, а термодинамический КПД существенно выше и может превышать 70%. Снижение температуры выхлопных газов определяется расходом теплоты продуктов горения на парообразование впрыскиваемой воды для совершения второго полноценного рабочего хода (Рх.-2). Токсичность выхлопных газов снижается за счет разбавления их парами воды примерно в два раза. Шумность работы двигателя снижается за счет существенного снижения скорости истечения выхлопных газов по сравнению с современными четырехтактными ДВС. Тепловые нагрузки на двигатель снижаются также за счет расхода тепла на парообразование воды.

Сравнение заявляемого с другими техническими решениями не выявило в них признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень»

На фиг. 3 приведена P, V - диаграмма шеститактного цикла ДВС по предлагаемому изобретению. Исходное состояние соответствует точке 0 на диаграмме. В этой точке P = 1 ат; V = Vкс (где Vкс - объем камеры сгорания). В такте «впуск» горючая смесь заполняет объем всего цилиндра Vц. На диаграмме это т. 1. Переход из состояния 0 в состояние 1 процесс изобарный (P = const). В т. 1 давление P = 1 ат; V = Vц (объем цилиндра включает объем рабочего хода цилиндра и объем камеры сгорания, т.е. Vц = Vр.х. + Vкс). Следующий такт «сжатие» (Сж-1) происходит в изотермических условиях (T = const) и система переходит в состояние, соответствующее т. 2 диаграммы (поршень достигает верхней мертвой точки). В этой точке происходит зажигание горючей смеси, давление возрастает при постоянном объеме (V = const-изохорный процесс) и система приобретает состояние, соответствующее точке 3 на диаграмме. Далее совершается такт «рабочий ход» за счет продуктов сгорания горючей смеси (Рх-1). При этом в цилиндре падает давление до некоторого остаточного, а объем, занимаемый продуктами горения, увеличивается до значения Vц. Система приобретает состояние, соответствующее точке 4 на диаграмме.

В современных четырехтактных двигателях точка 4 на диаграмме соответствует выпуску продуктов горения в атмосферу. Но согласно сформулированному нами способу организации рабочего процесса ДВС продукты горения после завершения рабочего хода (Рх.-1) не выбрасываются в атмосферу, а претерпевают дополнительное сжатие. Этот процесс описывается кривой 4-5 диаграммы (Сж.2). В т. 5 продукты горения сжимаются до объема камеры сгорания (V = Vкс) и в этот момент происходит впрыск воды, вода испаряется и за счет смешанного рабочего тела (продукты сгорания + пары воды) давление в камере сгорания повышается до уровня, необходимого для совершения полноценного рабочего хода, т.е. система принимает состояние, соответствующее т. 6 диаграммы, эквивалентное состоянию 4. Далее совершается такт второго рабочего хода (Рх.-2). По завершении Рх-2 система приходит в состояние, соответствующее т. 7 диаграммы. Здесь происходит истечение продуктов горения и паров воды, система приходит в исходное состояние.

Примечание

В описании изобретения использованы примеры ДВС с нетрадиционным газораспределительным механизмом (ДВС по патенту РФ №2333368 от 10.09.2008, в котором вместо тарельчатых клапанов использованы шаровые клапана). Однако предлагаемая организация рабочего процесса ДВС в равной мере применима для любого газораспределительного механизма, в том числе традиционного, используемого в современных ДВС.

Источники информации

1. Патент США №1719116 МПК F01L 7/10 от 2.07.1929.

2. Патент США №4513568 от 30.04.1985.

3. Патент США №4809511 от 7.03.1989.

4. Патент РФ №2333368 от 10.09.2008.

5. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: Учебник для вузов/под ред. В.Н. Луканина, - 2-е изд. - М.: Высшая школа, 2005.

6. Большая российская энциклопедия. Т. 8, М.: 2008.

7. Техническая термодинамика. Под ред. В.И. Крутова. М.: Высшая школа, 1991.

8. Блинов М.В., Блинов В.И. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Заявка №2009123674/06, публ. 27.12.2010, бюл. №36.

9. Блинов В.И., Блинов М.В. Организация технической системы с использованием энергии отработавших газов. Сб. научных трудов МАДИ. М., 2011.

Шеститактный двигатель внутреннего сгорания, включающий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем и шатуном, скрепленным с коленчатым валом, головку блока цилиндров с газораспределительным механизмом и камерами сгорания, отличающийся тем, что каждая камера сгорания выполнена цилиндроконической и снабжена, по меньшей мере, одной свечой зажигания и, по меньшей мере, одной форсункой для впрыска в камеру сгорания воды, двигатель дополнительно снабжен емкостью с водой и импульсным насосом высокого давления для подачи воды через форсунку в продукты сгорания, сжатые после рабочего хода от горения бензовоздушной смеси для совершения дополнительного рабочего хода, причем свеча зажигания вмонтирована в цилиндрической части камеры сгорания, а форсунка вмонтирована в конической части камеры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе использования отработавших газов для автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, причем эта система использования отработавших газов содержит питающий насос.

Изобретение относится к двигателю транспортного средства. Двигатель содержит резервуар моторного масла, выхлопную систему и термоэлектрическое устройство.

Изобретение относится к двигателестроению. Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области утилизации тепла отработавших газов (ОГ) в двигателях внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение КПД и улучшение приемистости двигателя.

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно, к двигателям внутреннего сгорания. Благодаря стандартной конструкции коленчатого вала (6), имеющего противовесы (30), при его вращении постоянно изменяется расстояние от поверхности противовеса (30) до обмотки переменного тока (31), поэтому магнитное сопротивление также изменяется по периодическому закону.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с распределенным рабочим циклом. Техническим результатом является улучшение экономичности при упрощении конструкции.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к управлению двигателей с наддувом. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя и снижение выброса вредных веществ.

Настоящее изобретение относится к машиностроению, а именно к системам регенерации тепла двигателя. Способ регенерации тепла для двигателя включает уменьшение объема циркулирующей теплопередающей текучей среды.

Система с замкнутым циклом для утилизации отработанного тепла содержит теплообменник, детандер, рекуператор, конденсаторный узел и насос. Теплообменник выполнен с возможностью передачи тепла от внешнего источника тепла к рабочей текучей среде.

Изобретение относится к способу и устройству для регенерации тепла и его преобразования в механическую мощность в системе привода транспортных средств. Проходящее в циркуляционном контуре рабочее средство испаряют с помощью по меньшей мере одного интегрированного в циркуляционный контур рабочего средства испарителя с помощью отходящего тепла двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, при этом созданный пар подают в соединенный с двигателем внутреннего сгорания детандер, а затем отходящий пар из детандера переводят обратно по меньшей мере в одном конденсаторе снова в жидкую фазу.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложены способы и система регулирования впрыска воды в отключенные цилиндры на основании продолжительности работы двигателя в режиме с одним или несколькими отключенными цилиндрами и температуры каталитического нейтрализатора выхлопных газов.

Способ эксплуатации двигателя заключается в том, что выполняют автоматическое отведение воды из дизельной топливной системы в систему рециркуляции выхлопных газов (EGR) в ответ на превышение порогового значения расхода EGR.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к комбинированным двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является уменьшение тепловых потерь и повышение экологичности.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена система приготовления и подачи водно-топливной смеси в ДВС, включающая емкость для воды 2, содержащую двойные стенки, между которыми осуществляется циркуляция отработавших газов, в результате чего вода в емкости нагревается до температуры около 70°C.

Изобретение относится к системам топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена система питания ДВС, включающая топливный бак 7, топливный насос 6, топливный фильтр 5, подающий 8 и сливной 4 трубопроводы, рампу 2 форсунок с топливными форсунками 1 и регулятор 3 давления топлива.

Изобретение относится к области очистки цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение качества очистки без потерь свежего заряда.

Изобретение относится к области регулирования двигателей с рециркуляцией выхлопных газов (EGR). Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя на переходных режимах.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена установка получения водотопливной эмульсии (ВТЭ), оснащенная регулятором давления 11, который установлен на трубопроводе возврата ВТЭ 10 из топливоподающей системы 9 и при этом механически и гидравлически связан с регулятором 2 расхода воды, а кроме того, установка дополнительно снабжена воздушным баллоном 13 и редуктором 14, подключенными к баку для воды 4.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена система для получения водотопливной эмульсии, включающая реакторное устройство (150), подвод топлива (110), соединенный с упомянутым реакторным устройством, подвод воды (120), соединенный с упомянутым реакторным устройством, насос, соединенный с упомянутым реакторным устройством, и встроенный в линию контур (173) для повторной обработки циркулирующей эмульсии, соединенный с упомянутым насосом и в реальном времени подающий эмульсию на нагрузку (двигатель, турбину и т.д.).
Способ может применяться в процессе эксплуатации двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с добавлением пара. В период эксплуатации периодически на поверхности ДВС, контактирующие прямо или косвенно с продуктами сгорания, наносят защитное покрытие (ЗП) с нанодисперсным модификатором (М) поверхностей трения, предотвращающим коррозию и водородное охрупчивание деталей.

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является упрощение узла для подачи охлаждающей рабочей среды (ОРС) в двигатель. Сущность изобретения заключается в том, что пародизель, выполненный в виде роторного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержит цилиндрический корпус 1, жестко закрепленную к нему боковую часть корпуса 2 с цилиндрическим выступом, с образованием кольцевой камеры 3, в которой расположены поршни 4 ротора 5, жестко закрепленного с валом 6. К валу жестко крепятся профилированные диски 7 с отрицательными кулачками 8, воздействующими на подпружиненные толкатели 9, с головками 10 и роликами 11, установленными в вилке 12. В цилиндрическом корпусе установлен канал входа 13 для атмосферного воздуха и канал выхода 14 для удаления продуктов сгорания. В камере сгорания 15 установлена форсунка, а также впускной 16 и выпускной 17 клапаны. В штоке 18 выпускного клапана, установленного в гильзе 19, содержится осевое отверстие 20, а также радиальные отверстия 21 с канавкой 22, выполненные с возможностью периодического соединения осевого отверстия штока с каналом подвода 23 ОРС. В тарелке 24 выпускного клапана установлен распылитель 25. Перед каналом подвода ОРС содержится гидрофор, на выходе из гидрофора содержится отсекатель подачи ОРС, работа которого связана с положением рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД). 16 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом техническом решении продукты сгорания не выпускаются в атмосферу, а претерпевают дополнительный такт сжатия и, в зоне достижения поршнем верхней мертвой точки, в камеру сгорания впрыскивается дозированная струя воды. При этом за счет еще очень высокого теплосодержания продуктов сгорания вода испаряется и создается дополнительное рабочее тело, которое совершает второй полноценный рабочий ход. И только по завершении второго рабочего хода отработавшее рабочее тело выпускается в атмосферу. Отличительная особенность описываемого шеститактного двигателя состоит в том, что камера сгорания каждого цилиндра выполнена цилиндроконической и дополнительно снабжена форсункой для впрыскивания в камеру сгорания воды при помощи насоса высокого давления. 3 ил.

Наверх