Двигатель внутреннего сгорания с дополнительными поршнями (двс-дп)

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение экономичности двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит три цилиндра, разделенные двумя стенками. В трех цилиндрах установлены два блока поршней, каждый из которых состоит из рабочего и дополнительного поршней, жестко соединенных штоком через стенку с образованием дополнительных полостей между дополнительным поршнем и стенкой. Компрессор сжимает и подает воздух в камеру сгорания и в герметичную емкость, из которой воздух подается в дополнительные полости в определенный период цикла через запорно-перепускные устройства. При этом топливо подается в поток воздуха в период подачи воздуха из компрессора в камеру сгорания. После прекращения подачи в дополнительные полости воздуха открывается клапан перепуска высокотемпературного газа из камеры сгорания в дополнительные полости по соединительному трубопроводу. 6 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам, использующим энергию сжигаемого топлива.

Известно большое количество двигателей, содержащих блок цилиндров и перемещающиеся в них поршни, где энергия сжигаемого топлива используется не полностью.

Наиболее близким к заявленному техническому решению по технической сущности является свободнопоршневой двигатель.

Двигатель содержит картер с установленным в нем цилиндром, оборудованным устройствами для подачи и воспламенения топлива. Помимо этого двигатель содержит дополнительный цилиндр с поршнем, впускные и выпускные каналы и поршневые группы, связанные штоком. Дополнительный цилиндр отделен от картера перегородкой.

Известному двигателю, как и всем выше рассматриваемым двигателям, присущ один недостаток - неполное использование энергии сжигаемого топлива.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение экономичности двигателя за счет использования тепла, получаемого при сжигании топлива, и увеличение полезной работы при расширении газа.

Поставленная задача достигается за счет того, что в двигатель внутреннего сгорания, содержащий три цилиндра, разделенные двумя стенками, в трех цилиндрах установлены два блока поршней, каждый из которых состоит из рабочего поршня, жестко соединенного штоком через стенку с дополнительным поршнем с образованием дополнительных полостей между дополнительным поршнем и стенкой, компрессор для сжатия и подачи воздуха в камеру сгорания, герметичную емкость для нагнетания в нее воздуха и подачи из нее воздуха в дополнительные полости в определенный период цикла через запорно-перепускные устройства, при этом топливо подается в поток воздуха в период подачи воздуха из компрессора в камеру сгорания, отличающийся тем, что после закрытия клапана подачи воздуха в дополнительные полости открывается клапан перепуска высокотемпературного газа из камеры сгорания в дополнительные полости по соединительному трубопроводу.

Обратные плоскости рабочих поршней, работая как компрессоры, через клапаны, нагнетают воздух в герметичную емкость, из которой воздух под соответствующим давлением через запорные устройства поступает в полости между стенками и дополнительными поршнями. В эти полости в соответствующий период цикла поступает высокотемпературный газ из камеры сгорания.

Заявленное техническое решение иллюстрируется при помощи чертежей.

На фиг.1 показан общий вид двигателя;

на фиг.2 - положение поршней в ВМТ и НМТ до момента перепуска газа;

на фиг.3 и 4 показана схема распределения давления при закрытом и открытом клапане;

на фиг.5 показан график работы блока поршней;

на фиг.6 показана система смазки.

Двигатель содержит цилиндры 2, 33, 20, в которых расположены рабочие поршни 29 и 31 и дополнительные поршни 1 и 24.

Поршни 1 и 31 через стенки 26 и 36 жестко соединены штоком 32, а поршни 24 и 29 - штоком 21.

Блок поршней 1 и 31, соединенный штоком 32, сочленен через кривошип 3 с коленвалом 4, а блок поршней 24 и 29, соединенный штоком 21, сочленен через кривошип 23 с коленвалом 22.

В герметичную емкость 15 через самодействующие всасывающие клапаны 28 и 34, самодействующие нагнетательные клапаны 19 и 37 и соединительный трубопровод 8 обратными сторонами поршней 29 и 31 нагнетается до определенного давления воздух.

При достижении определенного давления открывается редуктор 14. Далее через клапан 16, работа которого согласована с коленвалом 4, воздух поступает из герметичной емкости 15 через соединительный трубопровод 39 в дополнительные полости между стенкой 36 и поршнем 1, а также стенкой 26 и поршнем 24.

Воздух поступает в дополнительные полости до достижения рабочими поршнями 29 и 31 заданного объема камеры сгорания (см. фиг.2), примерно по 1/2 объема камеры сгорания, и клапан 16 закрывает доступ воздуха в дополнительные полости.

Компрессор содержит цилиндр 5, в котором перемещается поршень 10, сочлененный через кривошип 6 с коленвалом 4. При перемещении к НМТ поршень 10 через самодействующий клапан 11 всасывает воздух, а при перемещении его от НМТ к ВМТ происходит сжатие воздуха до высокой степени сжатия.

В период цикла, когда рабочие поршни из ВМТ начинают перемещаться в НМТ, а поршень компрессора приближаться к ВМТ, открывается клапан 9, и воздух из компрессора по соединительному трубопроводу 12 через открытый клапан 9 поступает в камеру сгорания.

Одновременно в поток высокотемпературного воздуха подается топливо (система подачи топлива широко применяется и поэтому здесь не приводится).

Следует заметить, что в данный период цикла наполняются воздухом дополнительные полости (после достижения заданного давления).

По достижении заданного объема камеры сгорания клапан 9 перепуска воздуха из компрессора и клапан 16 подачи воздуха в дополнительные полости закрываются.

После открытия клапана 17 высокотемпературный газ перепускается по соединительному трубопроводу 18 из камеры сгорания в дополнительные полости между стенкой 36 и поршнем 1 и между стенкой 26 и поршнем 24.

В дополнительных полостях произойдет теплообмен между высокотемпературным газом и низкотемпературным воздухом. Процесс повышения давления и теплообмен происходят в дополнительных полостях одновременно.

Если выравнивание давления опережает процесс теплообмена, то в дополнительные полости поступит большее давление, и в процессе теплообмена в дополнительных полостях давление будет больше, чем в камере сгорания, что маловероятно. Давление будет выше, чем показано на фиг.3.

Для данного двигателя, где процесс сгорания топлива происходит при сравнительно плавной подаче в потоке сжатого до высокой степени сжатия воздуха, а следовательно, и до высокой температуры, температура в камере сгорания достигнет 2500°С и более и давление не меньше 100 атм.

Блоки поршней, перемещаясь в НМТ, совершают рабочий ход.

По достижении НМТ выпускные клапаны 35, 30, 27 открываются и закрывается перепускной клапан 17.

Штанга 25 обеспечивает синхронную работу блоков поршней, а также суммирует работу двух коленвалов.

Исходя из вышеизложенного, следует:

1. Всасывание и сжатие воздуха осуществляется компрессором, что позволяет обеспечить высокую степень сжатия, а также высокую температуру сжатого воздуха. Воздух сжимается в большем количестве, чем требуется для полного сгорания топлива.

2. Подача топлива в поток сжатого воздуха осуществляется во время перепуска из компрессора в камеру сгорания, что обеспечивает не единовременную вспышку всей порции топлива, а некоторую плавность сгорания топлива без детонации.

3. Обратные плоскости рабочих поршней всасывают и нагнетают воздух в герметичную емкость, что обеспечивает охлаждение в полостях. Распыленное масло в потоке всасываемого воздуха смазывает рабочую поверхность цилиндра и охлаждает его (фиг.6).

4. Воздух, поступивший из герметичной емкости, и газ, поступивший из камеры сгорания, смешиваются в дополнительных полостях. В результате теплообмена происходит повышение давления.

5. За два оборота вала происходит два рабочих хода, т.е. расходуется в два раза меньше топлива, чем у 4-цилиндрового 4-тактного двигателя.

6. Совместная работа двух блоков поршней равна (и больше) работе двух поршней 4-цилиндрового двигателя при условии одновременного воздействия на вал. Т.е. мощность ДВС с дополнительными поршнями в 2 раза больше 4-цилиндрового двигателя.

Система смазки описываемого двигателя осуществляется следующим образом. При запуске двигателя поршни, перемещаясь возвратно-поступательно, всасывают через самодействующие клапаны 41 и 42 воздух, а через самодействующие нагнетательные клапаны 43 и 44 по трубопроводу 45 через фильтр 46 нагнетают в герметичную емкость 40 воздух до определенного давления.

Масляный редуктор 47 закрыт. Маслосборник 48 предварительно заполняется маслом до определенного уровня.

По достижении в емкости 40 заданного давления масляный редуктор 47 откроется и масло поступает из маслосборника 48 по трубопроводу 49 через радиатор 50, редуктор 47, распылитель 51 и 52 в полости всасывающих клапанов 41 и 42 в полости между стенками и поршнями.

При нагнетании воздушно-масляная смесь через нагнетательные клапаны 43 и 44 по трубопроводу 45 через фильтр 46 масло стекает в маслосборник, а воздух из герметичной емкости - через редуктор в дополнительные полости (было показано выше).

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий три цилиндра, разделенные двумя стенками, в трех цилиндрах установлены два блока поршней, каждый из которых состоит из рабочего поршня, жестко соединенного штоком через стенку с дополнительным поршнем с образованием дополнительных полостей между дополнительным поршнем и стенкой, компрессор для сжатия и подачи воздуха в камеру сгорания, герметичную емкость для нагнетания в нее воздуха и подачи из нее воздуха в дополнительные полости в определенный период цикла через запорно-перепускные устройства, при этом топливо подается в поток воздуха в период подачи воздуха из компрессора в камеру сгорания, отличающийся тем, что после закрытия клапана подачи воздуха в дополнительные полости открывается клапан перепуска высокотемпературного газа из камеры сгорания в дополнительные полости по соединительному трубопроводу.