Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: в области энергомашиностроения. Цель изобретения - повышение эффективности. Сущность изобретения: способ работы двигателя внутреннего сгорания путем впуска топливовоздушной смеси в основной цилиндp, ее сжатия, воспламенения в основном цилиндре, перепуска части продуктов сгорания через пропускной канал в расширительный цилиндр, выпуска отработавших газов из обоих цилиндров, нагнетании воды в теплообменники, нагревая и испаряя ее, подача пара в основной цилиндр в зону, расположенную противоположно перепускному клапану. Отработавшие газы выпускают из основного цилиндра, дополнительно расширяют, охлаждают до конденсации воды с последующей эжекцией неконденсируемых газов. В качестве теплообменников используют блок цилиндров и головку цилиндров. Воду для нагрева и испарения последовательно принудительно нагнетают в каждый из теплообменников. Двигатель содержит блок цилиндров с размещенными в нем основными и расширительным цилиндрами, соединенными перепускным каналом с клапаном, головку блока с каналами для впуска и выпуска смеси и отработавших газов соответственно. Двигатель содержит также турбину, холодильник, эжектор, последовательно установленные теплообменники и теплообменник-испаритель. Теплообменник-испаритель подключен к выпускному каналу расширительного цилиндра, а теплоообменник-пароперегреватель снабжен камерой сжигания топливовоздушной смеси и подсоединен к выпускному каналу расширительного цилиндра. Перед теплообменниками и теплообменником-испарителем установлены насосы. 2с. и 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению. Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров с размещенными в нем основным и расширительными цилиндрами, которые соединены между собой перепускным каналом с клапаном, блок-головку блока цилиндров с расположенными в ней впускными и выпускными каналами, с соответствующими клапанами (1).

Известный двигатель не позволяет эффективно образовать пар за счет теряемого тепла двигателя, резко увеличивает массу деталей двигателя.

Цель изобретения повышение эффективности двигателя.

Цель достигается путем последовательного испарения воды в ряде теплообменников камеры сгорания двигателя и на выхлопном трубопроводе, причем давление подогреваемой воды увеличивают перед каждым теплообменником водоподогрева.

На фиг. 1 изображен предложенный двигатель; на фиг.2 один из вариантов подключений теплообменников.

Двигатель содержит по меньшей мере одну группу, состоящую из основного цилиндра (1), подключенного к расширительному (2), поршни (3,4), впускной (5), выпускные (6,7), перепускной (8) клапаны, головку (9) цилиндров, турбину (10) с средствами промежуточного подвода тепла (11) (например, путем подогрева продуктов сгорания, подаваемыми в камеру продуктами сгорания топливовоздушной смеси), компрессор (12) с средствами (13) промежуточного охлаждения сжимаемого газа, теплообменники (14,15) в стенках и головке цилиндров, представляющие собой систему каналов с входными и выходными отверстиями жидкого агента, турбину (16) с холодильником (17) и эжектор (18), источник (19) жидкого рабочего тела, паровой клапан (20), расположенный в зоне цилиндра (1), максимально удаленной от клапана (8), свечу зажигания (не показана), также расположенную с удалением от клапана (8). Теплообменник (21) (испаритель) и гидронасосы (22 24) между ступенями нагрева по ходу движения жидкого рабочего тела, средства образования смеси (например, карбюратор) (25), турбина (16) могут служить приводом компрессора (12). При дальнейшем развитии этого объекта он может содержать кроме теплообменников (14, 15, 21) (B₁, B₂, B₃), дополнительные теплообменники (26,27) (B₄, B₅) на пути отработавших газов, при этом B₁ и B₂ параллельны, а B₅ расположен перед B₁. Двигатель может быть дополнен еще одним теплообменником (28И), являющимся испарителем или пароперегревателем, подключенным к камере смесеобразования (29) и представляющим собой камеру сгорания, канал (30) отвода отработавших газов подключается к каналу (31), канал (32) подключается к выхлопу последней ступени турбины (10). Паропроводы (а) подключены к точкам (а) потребителей пара, элементы (5,6,7,20) подключены к валу двигателя, клапан (20) может иметь направляющие, обеспечивающие подачу пара в зоны цилиндра (1), противоположные клапану (8) (например, к стенкам цилиндра (1) в обе стороны от клапана (2)).

Рабочее тело, подлежащее испарению, перемещают последовательно через теплообменники-водоподогреватели (27,14, 15 и 26, 21) (последний при отсутствии теплообменника 28 является испарителем), (28), который является либо испарителем, либо пароперегревателем. Полученный пар удаляется по линиям (а, а') к потребителям (а), нагнетание жидкого рабочего тела в теплообменники осуществляют нагнетателями (22 24). Параметры жидкого рабочего тела (давление и температура) в теплообменниках могут быть следующими: B₅ - 1 ата, 100^oC, B₁ 5 ата, 150^oC, B₂, B₄ 100 ата, 300^oC, параметры пара, получаемого в B₃ и И, могут быть в уровне свыше 200 ата и свыше 400^oC.

Работает двигатель следующим образом. В цилиндр (1) впускают свежий заряд в виде сжатой топливо-воздушной смеси от компрессора (12) и карбюратора (25), впущенный заряд сжимается поршнем (3) и поджигается свечой, открывается клапан (8), продукты сгорания перепускаются в цилиндр (2), через клапан (20) в цилиндр (1) впускается пар, газы в цилиндрах расширяются, поршни (3,4) перемещаются в направлении к нижним мертвым точкам от верхних. Перепуск газов из цилиндра (1) в (2) продолжается в течение всего расширения, при этом пар, впущенный через клапан (20) при расширении вытесняет из цилиндра (1) в (2) практически (к концу расширения) все неконденсируемые продукты сгорания. Таким образом, к концу расширения в цилиндре (1) располагается в основном пар, а в цилиндре (2) продукты сгорания, клапан (8) закрывается, открываются клапаны (6,7), поршни вытесняют газы из цилиндров через турбину (10) и теплообменники (21, 26, 27), испаряя и нагревая воду, а через паровую турбину (16), холодильник (17) и эжектор (18), сконденсированная вода от источников (19) подается в теплообменники двигателя. В камере смесеобразования (29) образуется топливо-воздушная смесь, которую сжигают в теплообменнике (28) и передают тепло рабочему телу от теплообменника (21), охлажденные газы удаляют по каналу (30) в канал (32) и далее через теплообменники (26, 19) в атмосферу.

Применение способа и устройства позволяет использовать для испарения воды максимальное количество тепла, теряемого в двигателе внутреннего сгорания, уменьшить давление рабочего тела в теплообменниках двигателя, что упростит двигатель и уменьшит его габариты, при этом в двигателе не ухудшается располагаемая работа продуктов сгорания, могущая быть использованной для расширения вне цилиндра двигателя, пар после расширения в цилиндре двигателя может быть далее расширен в паровой турбине. В заявленном двигателе при степени сжатия основного цилиндра порядка 4 6, общая степень расширения в обоих цилиндрах может быть доведена до уровня 32.

Формула изобретения

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания путем впуска топливовоздушной смеси в основной цилиндр, ее сжатия, воспламенения в основном цилиндре, перепуска части продуктов сгорания через перепускные канал с клапаном в расширительный цилиндр, расширения продуктов сгорания в обоих цилиндрах и выпуска отработавших газов из цилиндров, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, нагнетают воду в теплообменники, нагревая и испаряя ее, полученный пар после воспламенения подают в основной цилиндр, в зону, противоположную месторасположению перепускного клапана, отработавшие газы, выпускаемые из основного цилиндра, дополнительно расширяют, охлаждают до конденсации воды с последующей эжекцией неконденсируемых газов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве одного из теплообменников используют блок цилиндров, в качестве другого головку цилиндров, подогретую воду испаряют теплом отработавших газов расширительного цилиндра и полученный пар перед подачей в основной цилиндр перегревают за счет тепла дополнительного сжигания топлива.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что воду для нагрева и испарения последовательно принудительно нагревают в каждом из теплообменников.

4. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров с размещенным в нем основным и расширительным цилиндрами, соединенными между собой при помощи перепускных канала с клапаном, и головку блока цилиндров с расположенными в ней впускным и выпускными каналами с соответствующими клапанами, причем основной цилиндр снабжен впускным и выпускными каналами, а расширительный выпускным каналом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, он дополнительно содержит последовательно размещенные турбину, холодильник и эжектор и последовательно установленные теплообменники и теплообменник-испаритель, основной цилиндр снабжен паровым клапаном, размещенным в зоне, противоположной месту расположения перепускного клапана, и подключенным к теплообменнику-испарителю, а турбина сообщена с выпускным каналом основного цилиндра.

5. Двигатель по п. 4, отличающийся тем, что он снабжен теплообменником-пароперегревателем, один из теплообменников выполнен в виде блока цилиндров, другой в виде головки цилиндров, теплообменник-испаритель подключен к выпускному каналу расширительного цилиндра, теплообменник-пароперегреватель снабжен камерой сжигания топливовоздушной смеси, подсоединенной к выпускному каналу расширительного цилиндра.

6. Двигатель по пп. 4 и 5, отличающийся тем, что перед теплообменниками и теплообменником-испарителем установлены насосы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2