ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02G5/00 

Изобретение относится к машиностроению.

Известен двигатель внутреннего сгорания, работающий путем впуска свежего заряда в основной цилиндр сжатия, поджига, перепуска части продуктов сгорания в расширительный цилиндр, расширения и выпуска отработавших газов.

В двигателе недоиспользовано тепло, теряемое с отработавшими газами.

Известен также двигатель внутреннего сгорания, содержащий по крайней мере один рабочий цилиндр с камерой сгорания и один расширительный цилиндр, поршни, размещенные в цилиндрах и кинематически связанные с кривошипами, по крайней мере одного вала, канал подачи свежего заряда в рабочий цилиндр, выпускной канал рабочего цилиндра, клапан выпуска отработавших газов из расширительного цилиндра, перепускной клапан между рабочим и расширительным цилиндром, свечу зажигания в рабочем цилиндре.

В этом двигателе также недоиспользуется тепло, теряемое с отработавшими газами, хотя и в меньшей степени, чем в других двигателях.

Цель изобретения - повышение эффективности двигателя.

Это достигается путем испарения воды теплом отработавших газов, впуска пара в основной цилиндр при расположении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) в конце сжатия или сразу после поджига, перепуска в расширительный цилиндр свежего заряда с моментом начала перепуска в конечных стадиях сжатия либо до, либо одновременно с поджигом, воспламенения перепущенной части заряда в расширительном цилиндре, прекращении перепуска газов при заданном расположении поршней в цилиндрах, подогрева и расширения газов выпускаемых из основного цилиндра, охлаждения газов после дорасширения с конденсацией, содержащегося в газах водяного пара, отсоса неконденсируемых газов, вращения вала двигателя, относящегося к расширительному поршню со скоростью, по меньшей мере в 1,5 раза превышающей скорость вала основного поршня, ввода поршня расширительного цилиндра в ВМТ по меньшей мере на (5-20)^о поворота основного вала ранее основного поршня, при этом нагрузку снимают с вала расширительного цилиндра.

В двигателе внутреннего сгорания, содержащем по крайней мере один рабочий цилиндр с камерой сгорания и один расширительный цилиндр, поршни, размещенные в цилиндрах и кинематически связанные с кривошипами по крайней мере одного вала, канал подачи свежего заряда в рабочий цилиндр, выпускной канал рабочего цилиндра, клапан выпуска отработавших газов из расширительного цилиндра, перепускной клапан между рабочим и расширительным цилиндрами, свечу зажигания в рабочем цилиндре, двигатель дополнительно содержит устройство подачи пара, парогенератор, при этом устройство подачи пара расположено напротив перепускного клапана.

Кроме того, в двигателе камера сгорания выполнена из щелеобразной части и части торообразной поверхности, при этом устройство подачи пара расположено в щелеобразной части камеры сгорания.

Двигатель дополнительно содержит устройство зажигания, расположенное в расширительном цилиндре и подогреватель выпускаемых газов и силовую турбину, при этом подогреватель располагается в выпускном канале рабочего цилиндра, подключенном к силовой турбине. Кроме того, поршни рабочих цилиндров и поршни расширительных цилиндров подсоединены к самостоятельным валам, при этом валы соединены шестернями.

На фиг.1 изображена цилиндропоршневая группа двигателя; на фиг.2 - двигатель.

Двигатель содержит по меньшей мере одну цилиндропоршневую группу, состоящую из расширительного цилиндра 1, к которому перепускным клапаном 2 подключен основной цилиндр 3, поршни 4, 5 в цилиндрах, связанные шатунами 6, 7 с валами 8, 9, соединенными между собой шестернями 10, 11, впускной 12 и выпускные 13, 14 клапаны с каналами, паровую форсунку (или клапан) 15, установленную в зоне основного цилиндра, максимально удаленной от клапана 2, многоступенчатый компрессор 16 со средствами 17 промежуточного охлаждения, подключенный к карбюратору 18, и турбину 19 со средствами 20 промежуточного подвода тепла, испаритель 21 с гидронасосом 22, подогреватель 23, турбину 24, холодильник-конденсатор 25, подключенные к пассивному соплу 26 эжектора с активным соплом 27, свечу 28 зажигания и средства поджига в расширительном цилиндре (электроспираль 29, подключенную к аккумулятору или теплоизолирующий слой 30 на поверхностях поршня или головки), полость 31, в которой устанавливается форсунка. Органы 2, 12, 13, 14, 15 работают от валов двигателя, объем цилиндра 1 больше 3. Буквенные обозначения и стрелки показывают пути движения воздуха - а, воды - в, смеси - с, пара - п, отработавших газов - б.

Камера сгорания основного цилиндра при расположении поршня 5 в ВМТ представляет собой узкую щель в зоне, удаленной от органа 2, которая по мере приближения к органу 2 плавно увеличивается, переходя в основную камеру сгорания (где зазор между головкой и поршнем увеличен) с дальнейшим переходом ее в канал над цилиндром 1, подключенный к клапану 2. Полость 31 представляет собой естественное продолжение щели, плавно переходящей в полость.

Клапаны 12, 14 максимально удалены друг от друга и расположены в противоположных зонах камеры сгорания.

При расположении поршня 4 в ВМТ поршень 5 на такте "сжатие" находится на пути к ВМТ за (5-20)^о поворота основного вала до ВМТ.

Камера сгорания расширительного цилиндра при расположении поршня 4 в ВМТ представляет собой минимально возможную щель между поверхностями головки и поршня, при этом клапаны во избежание касаний с поршнем втапливаются в голов-ку.

Свеча 28 зажигания располагается в основной камере сгорания, при наличии в цилиндре 1 элементов 29, 30 свеча располагается в противоположной от клапана 2 зоне основной камеры сгорания (как показано на чертеже), при отсутствии элементов 29, 30 свеча располагается в центральной части основной полости камеры сгорания.

Число зубьев шестерен 11 (Н1) и 10 (Н2) зависит от тактности двигателя и числа основных цилиндров (К), подключенных к расширительному, и удовлетворяет соотношению: двухтактный цикл Н1:Н2 = К; четырехтактный цикл 2Н1:Н2 = К.

Двигатель работает следующим образом.

Воздух сжимают в компрессоре 16, образуют топливо-воздушную смесь в карбюраторе 18, через клапан 12 впускают в цилиндр 3 и ходом поршня 5 к ВМТ сжимают. При расположении поршня 5 близ ВМТ открывают клапан 2, впускают пар форсункой 15, смесь поджигают свечой 28, перепускают смесь через клапан 2 в цилиндр 1, где ее поджигают либо элементами 29, 30, либо продуктами сгорания цилиндра 3. Продукты сгорания в цилиндрах расширяют, при заданном положении поршней 4, 5 в цилиндрах перепуск прекращают, газы дорасширяют. К моменту закрытия клапана 2 пар форсунки 15 полностью вытесняет продукты сгорания из цилиндра 3 в цилиндре 1, таким образом после закрытия клапана 2 в цилиндре 3 расширяется в основном пар, а в цилиндре 1 - продукты сгорания, отработавшие газы выпускают из цилиндров через клапаны 13, 14. Отработавшие газы цилиндра 1 дорасширяют в турбине 19, испаряют воду в испарителе 21, подогревают отработавшие газы цилиндра 1 в подогревателе 23 и удаляют в атмосферу. Газы цилиндра 3 подогревают в подогревателе 23, дорасширяют в турбине 24, конденсируют пар в конденсаторе 25, неконденсируемые газы отсасывают в пассивное сопло 26 эжектора, активное сопло которого питается от испарителя 21.

Изобретение позволяет обеспечить полное расширение пара в цилиндре 3 вне цилиндра за счет минимальных смешивающих моментов:
максимальное получение пара в испарителе вследствие использования для испарения всего тепла отработавших продуктов сгорания;
улучшить очистку цилиндра от отработавших газов;
наилучшее вытеснение паром продуктов сгорания из цилиндра 3 в условиях ограниченного объема пара, получаемого за счет тепла отработавших газов двигателя;
уменьшить потери расширения за счет сведения к минимуму мертвой зоны расширительного цилиндра.

Кроме того, обеспечивается максимальная скорость горения в цилиндрах, а подогрев газов цилиндра 3 увеличивает уровень подвода тепла за цикл.

Изобретение относится к машиностроению. Цель: повышение эффективности. Двигатель внутреннего сгорания содержит рабочий цилиндр 3 с камерой сгорания, расширительный цилиндр 1, поршни 4, 5, размещенные в цилиндрах, канал подачи свежего заряда с клапаном 12, каналы выпуска отработавших газов с клапанами 13, 14, перепускной клапан 2, парогенератор с устройством 15 подачи пара. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий по крайней мере один рабочий цилиндр с камерой сгорания и один расширительный цилиндр, поршни, размещенные в цилиндрах и кинематически связанные с кривошипами по крайней мере одного вала, канал подачи свежего заряда в рабочий цилиндр, выпускной канал рабочего цилиндра, клапан выпуска отработавших газов из расширительного цилиндра, перепускной клапан между рабочим и расширительным цилиндрами, свечу зажигания в рабочем цилиндре, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, двигатель дополнительно содержит устройство подачи пара, парогенератор, при этом устройство подачи пара расположено напротив перепускного клапана. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена из щелеобразной части и части торообразной поверхности, при этом устройство подачи пара расположено в щелеобразной части камеры сгорания. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что двигатель дополнительно содержит устройство зажигания, расположенное в расширительном цилиндре. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что двигатель дополнительно содержит подогреватель выпускаемых газов и силовую турбину, при этом подогреватель располагается в выпускном канале рабочего цилиндра, подключенном к силовой турбине. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что поршни рабочих цилиндров и поршни расширительных цилиндров подсоединены к самостоятельным валам, при этом валы соединены между собой шестернями.