Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания с наддувом и двухтактный двигатель для его осуществления

 

Использование: двухтактные двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания с наддувом включает в подачу сжатого воздуха в цилиндр, впрыск топлива, воспламенение и сгорание топливо-воздушной смеси, расширение газов, которые осуществляют при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, и выпуск отработавших газов при обратном ходе поршня, причем нагнетание воздуха производят после прохождения поршнем верхней мертвой точки на 3 - 6^o угла поворота коленчатого вала и заканчивают за 90 - 164^o угла поворота коленчатого вала до прихода поршня в нижнюю мертвую точку, а затем производят впрыск топлива, при этом топливо подогревают выше температуры нагнетаемого сжатого воздуха, который охлаждают до температуры окружающей среды или ниже. Двигатель для осуществления этого способа содержит по меньшей мере один цилиндр, головку цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной каналы, снабженные соответствующими клапанами, и форсунка, подключенная к системе подачи топлива, компрессор, полость нагнетания которого сообщена с впускным каналом, и подогреватель, включенный в систему подачи топлива перед форсункой, причем между полостью нагнетания компрессора и впускным каналом установлен охладитель воздуха. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в двухтактных двигателях внутреннего сгорания с любым видом углеводородного топлива.

Известен способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания с наддувом, включающий подачу сжатого воздуха в цилиндр, впрыск топлива, воспламенение и сгорание топливо-воздушной смеси, расширение газов с совершением работы при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке и выпуск отработавших газов при обратном ходе поршня [1] [4] Основным общим недостатком известных решений при некотором различии в фазах газораспределения является неполное расширение газов в рабочем цилиндре из-за выпуска отработавших газов при давлении, превышающем атмосферном, что приводит к недополучению полезной работы и не компенсируется последующим использованием отработавших газов в газовой турбине для привода компрессора, обеспечивающего наддув двигателя сжатым воздухом.

Наиболее близким по совокупности признаков с заявленным способом является способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания с наддувом, включающий подачу сжатого воздуха в цилиндр, впрыск топлива, воспламенение и сгорание топливо-воздушной смеси, расширение газов, которые осуществляется при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точки, и выпуск отработавших газов при обратном ходе поршня с последующим использованием их теплоты для подогрева нагнетаемого сжатого воздуха [5] При этом топливо впрыскивается в процессе нагнетания сжатого воздуха, что затягивает процесс сжигания и снижает эффективность тепловыделения.

Известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания с наддувом, содержащие по меньшей мере один цилиндр с поршнем, впускной канал которого подсоединен к компрессору, кинематически связанному с газовой турбиной, подключенной к выпускному каналу [1-4] Технико-экономические показатели таких известных двигателей, которые могут работать как с самовоспламенением топлива, впрыскиваемого в цилиндр, так и с воспламенением от электрической искры, недостаточно высоки из-за использования части сжатого воздуха на продувку (и повторного их сжатия в цилиндре) и недорасширения отработанных газов в цилиндре, которые направляются в турбину, приводящую в действие компрессор.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий по меньшей мере один цилиндр с поршнем, головку цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной каналы, снабженные клапанами, и форсунка, подключенная к системе подачи топлива, компрессор, полость нагнетания которого сообщена с впускным каналом, и теплообменник [5] При этом компрессор механически связан с коленчатым валом двигателя, а теплообменник обеспечивает подогрев отходящими газами сжатого воздуха после компрессора. Этому двигателю присущи выше рассмотренные недостатки способа, который он реализует, обусловленные несовершенством организации процесса смесеобразования и сжигания топливо-воздушной смеси при практически одновременном с подачей сжатого подогретого воздуха в цилиндр впрыске топлива.

Изобретение направлено на повышение эффективности работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания с наддувом путем улучшения энергетического процесса взаимодействия топлива с окислителем (воздухом).

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания с наддувом, включающем подачу сжатого воздуха в цилиндр, впрыск топлива, воспламенение и сгорание топливо-воздушной смеси, расширение газов, которые осуществляют при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, и выпуск отработавших газов при обратном ходе поршня, согласно изобретению, нагнетание воздуха (подачу воздуха в цилиндр) производят после прохождения поршнем верхней мертвой точки на 3 6^o угла поворота коленчатого вала и заканчивают на 90 164^o угла поворота коленчатого вала до прихода поршня в нижнюю мертвую точку, а затем осуществляют впрыск топлива, при этом топливо подогревают выше температуры нагнетаемого сжатого воздуха, который перед подачей в цилиндр охлаждают до температуры окружающей среды или ниже.

При этом в двухтактном двигателе, реализующем предлагаемый способ и содержащем по меньшей мере один цилиндр с поршнем, головку цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной каналы, снабженные соответствующими клапанами, и форсунка, подключенная к системе подачи топлива, компрессор, полость нагнетания которого сообщена с впускным каналом, и подогреватель, согласно изобретению подогреватель включен в систему подачи топлива перед форсункой, а между полостью нагнетания компрессора и впускным каналом установлен охладитель воздуха.

Предлагаемое сочетание фаз газораспределения двухтактного двигателя с впрыском нагретого топлива в охлажденный сжатый воздух, после его нагнетания в цилиндр обеспечивает наибольшую эффективность энергетического процесса взаимодействия топлива с окислителем, а именно высокую скорость испарения топлива и образование практически самовоспламеняющейся топливо-воздушной смеси, интенсивное горение и оптимальное расширение газов в цилиндре, что и обуславливает высокие технико-экономические показатели при реализации предложенного решения.

На чертеже представлена схема заявленного двухтактного двигателя с наддувом.

Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнем 2, головку 3, в которой расположены впускной и выпускной каналы 4, 5, снабженные соответственно клапанами 6 и 7, и топливная форсунка 8. Впускной канал 4 соединен с полостью нагнетания компрессора 9 через охладитель воздуха 10, а перед топливной форсункой 8 в системе 11 подачи топлива установлен подогреватель 12.

Предлагаемый способ работы двигателя осуществляется следующим образом.

На рабочем режиме при движении поршня 2 сверху вниз после прохождения верхней мертвой точки на 3 6^o угла поворота коленчатого вала открывается клапан 6 и в цилиндр 1 по впускному каналу 4 из компрессора 9 поступает сжатый воздух, охлажденный в охладителе 10 до (или ниже) температуры окружающей среды. Нагнетание сжатого воздуха заканчивают за 90 164^o угла поворота коленчатого вала до прихода поршня 2 в нижнюю мертвую точку. В этот момент закрывается клапан 6 и через фоpсунку 8 происходит впрыск топлива, которое поступает из системы 11 подачи топлива нагретым в нагревателе 12 до 150 - 250^oС в зависимости от вида топлива, и воспламенение топливо-воздушной смеси, которое для надежности может осуществляться от электрической искры, которая возникает между электродами свечи (не показано). При дальнейшем движении поршня 2 к нижней мертвой точке происходит интенсивное сгорание топливо-воздушной смеси и расширение газов с совершением полезной работы, которое заканчивается в нижней мертвой точке нахождения поршня 2. В этот момент открывается клапан 7 и отработавшие газы под собственным избыточным давлением и принудительно под действием поршня 2 при движении его к верхней мертвой точке, удаляются из цилиндра 1. При достижении поршнем 2 верхней мертвой точки клапан 7 закрывается и выпуск отработавших газов заканчивается.

После прохождения поршнем 2 верхней мертвой точки заявленный рабочий цикл двухтактного двигателя с наддувом повторяется в указанной выше последовательности.

Формула изобретения

1. Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания наддувом, включающий подачу сжатого воздуха в цилиндр, впрыск топлива, воспламенение и сгорание топливовоздушной смеси, расширение газов, которые осуществляют при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, и выпуск отработавших газов при обратном ходе поршня, отличающийся тем, что нагнетание воздуха производят после прохождения поршнем верхней мертвой точки на 3 6^o угла поворота коленчатого вала и заканчивают за 90 164^o угла поворота коленчатого вала до прихода поршня в нижнюю мертвую точку, а затем производят впрыск топлива, при этом топливо подогревают выше температуры нагнетаемого сжатого воздуха, который охлаждают до температуры окружающей среды или ниже.

2. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий по меньшей мере один цилиндр, головку цилиндра, в которой размещены впускной и выпускной каналы, снабженные соответствующими клапанами, и форсунка, подключенная к системе подачи топлива, компрессор, полость нагнетания которого сообщена с впускным каналом, и подогреватель, отличающийся тем, что подогреватель включен в систему подачи топлива перед форсункой, а между полостью нагнетания компрессора и впускным каналом установлен охладитель воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1