Дизельный двигатель внутреннего сгорания и способ его работы

Изобретение относится к области двигателестроения, конкретно касается систем подачи компонентов топлива: окислителя и горючего. Задачи создания изобретения, совпадающие с техническим результатом: обеспечение работоспособности двигателя без воздуха и повышение его мощности и КПД. Решение указанных задач достигнуто в дизельном двигателе внутреннего сгорания, содержащем коленчатый вал с ведущей звездочкой, систему газораспределения, выполненную в головке цилиндров, в свою очередь, содержащую систему впуска с впускным патрубком, систему выхлопа продуктов сгорания, по меньшей мере один цилиндр с установленным в нем поршнем и форсункой горючего, тем, что на входе системы впуска установлена герметичная дроссельная заслонка, а внутри впускного патрубка размещены форсунка окислителя, к которой подсоединен трубопровод подачи окислителя, и форсунка балластного продукта, к которой присоединен трубопровод подачи балластного продукта, а к каждой форсунке горючего через распределитель присоединен трубопровод подачи горючего. Дизельный двигатель внутреннего сгорания может содержать блок управления. Трубопроводы подачи окислителя, балластного продукта и горючего соединены с выходами из насосного агрегата, имеющего насосы окислителя, балластного продукта и горючего с общим валом, который, в свою очередь, соединен с приводом. В качестве привода может быть применен электродвигатель. Дизельный двигатель внутреннего сгорания может быть оборудован датчиком углового положения дроссельной заслонки. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения, точнее к дизельным двигателям внутреннего сгорания и их системам топливопитания.

Известен дизельный двигатель по патенту РФ на изобретение №2452866, МПК F02M 25/10, опубл. 10/06/2012 г., топливная система которого содержит топливный бак, фильтр, предпусковой подогреватель двигателя, активаторы дизельного топлива, форсунку, закрепленную на головке блока цилиндров и снабженную иглой, расположенной по центральной оси форсунки, насос высокого давления, связанный с рабочей камерой форсунки посредством топливопровода подачи дизельного топлива, снабженного клапаном, согласно предлагаемому решению содержит устройство подачи водорода, соединенное через топливопровод подачи водорода с рабочей камерой форсунки, сильфон с уплотнительной вставкой, установленный в верхней части форсунки и заполненный рабочей жидкостью, электроды, расположенные в полости сильфона, при этом сильфон снабжен поршнем, шток которого является продолжением иглы форсунки, а топливопровод подачи водорода снабжен дозирующим клапаном, при этом электроды сильфона и дозирующий клапан электрически связаны с датчиком угла поворота коленчатого вала двигателя.

Недостатки: узкоспециализированное назначение.

Известен многотопливный дизельный двигатель повышенной мощности по патенту РФ №2285814, МПК F02B 47/04, опубл 20.10.2006 г.

Этот двигатель содержит блок цилиндров с картером, газораспределительный механизм, кинематически связанный с кривошипно-шатунным механизмом, систему воздухоподготовки с регенератором, воздушный циклон, связанный с системой выпуска, системы питания, охлаждения, смазки, запуска и управления.

Недостаток: применим только для двигателей большой мощности.

Известен дизельный двигатель по патенту РФ на изобретение №2413854, МПК F02B 69/04, опубл. 10.03.2011 г.

Этот двигатель включает системы питания дизельным топливом, газом с регуляторами их количества и систему питания воздухом. Система питания воздухом состоит из воздушного фильтра, воздухопроводов и впускного тракта. После воздушного фильтра в воздухопровод установлена смесительная камера с тремя входами и одним выходом. Один из входов смесительной камеры содержит скруббер Вентури и сообщен с воздушным фильтром. Два других входа соединены с источниками газообразного топлива с низким цетановым числом и с высоким цетановым числом соответственно и содержат устройства для регулировки количества газообразных топлив, подаваемых в смесительную камеру.

Недостатки: сложность топливной системы и не приспособленность двигателя для работы при недостатке атмосферного воздуха.

Известен дизельный двигатель и способ его работы по патенту РФ на изобретение №2388916, МПК F02B 19/18, опубл. 10.05.2010 г., прототип.

Способ работы двигателя внутреннего сгорания включает введение части топлива во всасывающий коллектор. Внешнее смесеобразование осуществляют путем введения части топлива в объеме 20% от полной цикловой подачи топлива во всасывающий коллектор. Внутреннее смесеобразование осуществляют путем впрыскивания в цилиндр оставшейся части топлива в объеме 80% от полной цикловой подачи с воспламенением смеси от сжатия.

Полная цикловая подача топлива соответствует коэффициенту избытка воздуха α=1,0÷1,05. Устройство для осуществления комбинированного смесеобразования включает всасывающий коллектор, который снабжен смесительной камерой, выполненной в виде эллипсоида вращения. На смесительной камере установлена дополнительная форсунка и ультразвуковые магнитострикционные вибраторы, расположенные соосно с двух сторон под углом 30° к большой оси смесительной камеры.

Недостатки: невозможность работы двигателя в высокогорных условиях, в замкнутых помещениях и под водой при отсутствии воздуха и перегрев.

Задачами создания изобретения является обеспечение его работоспособности при отсутствии воздуха, повышение мощности и КПД на всех режимах.

Решение указанных задач достигнуто в дизельном двигателе внутреннего сгорания, содержащем коленчатый вал с ведущей звездочкой, систему газораспределения, выполненную в головке цилиндров, в свою очередь, содержащую систему впуска с впускным патрубком, систему выхлопа продуктов сгорания, по меньшей мере один цилиндр с установленным в нем поршнем и форсункой горючего, тем, что на входе системы впуска установлена герметичная дроссельная заслонка, а внутри впускного патрубка размещены форсунка окислителя, к которой подсоединен трубопровод подачи окислителя, и форсунка балластного продукта, к которой присоединен трубопровод подачи балластного продукта, а к каждой форсунке горючего через распределитель присоединен трубопровод подачи горючего. Дизельный двигатель внутреннего сгорания может содержать блок управления. Трубопроводы подачи окислителя, балластного продукта и горючего соединены с выходами из насосного агрегата, имеющего насосы окислителя, балластного продукта и горючего с общим валом, который, в свою очередь, соединен с приводом.

В качестве привода может быть применен электродвигатель.

Дизельный двигатель внутреннего сгорания может быть оборудован датчиком углового положения дроссельной заслонки.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…9, где:

на фиг. 1 приведен вид с торца,

на фиг. 2 приведен разрез А-А,

на фиг. 3 приведен продольный разрез двигателя внутреннего сгорания по В-В,

на фиг. 4 приведен продольный разрез двигателя по Б-Б,

на фиг. 5 приведена система охлаждения двигателя,

на фиг. 6 приведен разрез D-D,

на фиг. 7 приведен насосный агрегат,

на фиг. 8 приведен график изменения расхода окислителя и горючего,

на фиг. 9 приведен график изменения расхода окислителя, горючего и балласта.

Дизельный двигатель внутреннего сгорания (в дальнейшем - двигатель) содержит (фиг. 1…9) по меньшей мере один цилиндр 1 и установленный в нем поршень 2.

В дальнейшем описание изобретении приведено на примере двухцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя. Тем не менее изобретение распространяет свои права и на одноцилиндровый двигатель, а также на двигатели с любым числом цилиндров и с любым их расположением, например с V - образным расположением цилиндров. Также изобретение может быть применено в двухтактных двигателях, имеющих жидкостное охлаждение. Каждый поршень 2 имеет компрессионные и маслосъемные кольца 3 и 4 соответственно. Цилиндры 1 выполнены заодно с корпусом 5, имеющим поддон 6 для масла 7. Над цилиндрами 1 установлена головка цилиндров 8, между ними установлена прокладка 9.

Двигатель имеет коленчатый вал 10, систему газораспределения, выполненную в головке цилиндров 8.

Система газораспределения содержит систему впуска 11 с впускным патрубком 12, дроссельной заслонкой 13 и ее приводом 14 и систему выпуска выхлопных газов 15 с глушителем 16 и распределительный вал 17 с кулачками 18.

Распределительный вал 17 установлен параллельно оси коленчатого вала 10. В головке цилиндров 8 выполнены впускные отверстия 19 с впускными клапанами 20 и выпускные отверстия 21 с выпускными клапанами 22. В цилиндрах 1 при работе образуются камеры сгорания 23.

Поршни 2 связаны с коленчатым валом 10 шатунами 24, в которых установлены пальцы 25. Шатуны 24 имеют шатунные подшипники 26. Коленчатый вал 10 установлен на коренных подшипниках 27 и уплотнен уплотнениями 28. Внутри коленчатого вала 10 выполнены маслоканалы 29.

В систему газораспределения входят ведущая звездочка 30 и ведомая звездочка 31, соединенные цепью (или ремнем) 32. Диаметр ведомой звездочки 30 в 2 раза больше диаметра ведущей звездочки 31. За два оборота коленчатого вала 10 распределительный вал 17 совершает всего один оборот (это относится только к четырехтактным двигателям).

Около бокового участка цепи 31 установлен натяжитель цепи 33.

Кроме того, двигатель имеет установленные в каждом цилиндре 1 топливные форсунки 34, соединенные трубопроводами высокого давления 35 с распределителем 36. К распределителю 36 присоединен трубопровод подачи топлива 37, другой конец которого соединен с насосным агрегатом 38. Трубопровод подачи топлива 37 содержит регулятор расхода горючего 39 с приводом 40 и отсечной клапан горючего 41.

Во впускном патрубке 12 установлена форсунка окислителя 42, соединенная трубопроводом подачи окислителя 43 с насосным агрегатом 38. Трубопровод подачи окислителя 43 содержит регулятор расхода окислителя 44 с приводом 45 и отсечной клапан окислителя 46.

Во впускном патрубке 12 установлена также форсунка балластного продукта 47, соединенная трубопроводом подачи балласта 48 с насосным агрегатом 38. Трубопровод подачи балласта 48 содержит регулятор расхода балласта 49 с приводом 50 и отсечной клапан балластного продукта 51.

Насосный агрегат 38 (фиг. 7) содержит установленные на валу 52 насос окислителя 53, насос горючего 54, насос балласта 55 и привод 56. В качестве привода 56 использован электродвигатель.

К приводу 56 электрическими проводами 57, содержащими выключатель 58, присоединен аккумулятор 59.

Система подачи горючего содержит бак горючего 60, который трубопроводом горючего 61, содержащим клапан 62, соединен с входом в насос горючего 54. В качестве горючего может использоваться улеводородное топливо или спирт.

1. Дизельный двигатель внутреннего сгорания, содержащий коленчатый вал с ведущей звездочкой, систему газораспределения, выполненную в головке цилиндров, в свою очередь, содержащую систему впуска с впускным патрубком, систему выхлопа продуктов сгорания, по меньшей мере один цилиндр с установленным в нем поршнем и форсункой горючего, отличающийся тем, что в на входе системы впуска установлена герметичная дроссельная заслонка, а внутри впускного патрубка размещены форсунка окислителя, к которой подсоединен трубопровод подачи окислителя, а к каждой форсунке горючего через распределитель присоединен трубопровод подачи горючего.

2. Дизельный двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что он содержит блок управления.

3. Дизельный двигатель внутреннего сгорания по п. 1 или 2, отличающийся тем, что трубопроводы подачи окислителя, балластного продукта и горючего соединены с выходами из насосного агрегата, имеющего насосы окислителя, балластного продукта и горючего с общим валом, который, в свою очередь, соединен с приводом.

4. Дизельный двигатель внутреннего сгорания по п. 3, отличающийся тем, что в качестве привода применен электродвигатель.

5. Дизельный двигатель внутреннего сгорания по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он оборудован датчиком углового положения герметичной дроссельной заслонки.