ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B33/12 

Изобретение относится к двигателестроению.

Известны двигатели внутреннего сгорания (ДВС), содержащие цилиндр с поршнем и впускными отверстиями, к которым подключена система подачи свежего заряда, состоящая из по крайней мере одного компрессора и холодильника, соединенных последовательно [1 и 2].

Однако в известных технических решениях устройства охлаждения и сжатия свежего заряда не совмещены, в результате чего происходит чередование циклов охлаждения и сжатия. Это приводит к значительным потерям на сжатие, не позволяет достичь высоких КПД двигателя и эффективности охлаждения.

Известен двухтактный ДВС, содержащий цилиндр, спаренные поршни со штоком, разделяющие внутрицилиндровый объем на рабочую надпоршневую камеру и две компрессорные камеры в межпоршневом пространстве, разделенные перегородками с клапанами, связанными с впускным трактом, рубашки охлаждения цилиндра, окружающие указанные камеры, и выполненные в штоке каналы для циркуляции охлаждающей жидкости [3].

Однако рубашки цилиндра и каналы в штоке известного устройства служат в основном для охлаждения этих деталей двигателя, т.е. эффективность охлаждения заряда за счет снижения температуры этих элементов конструкции крайне низка. Увеличение же эффективности охлаждения заряда путем наращивания поверхности теплообмена в известном устройстве невозможно, поскольку внутренняя поверхность цилиндра и шток не могут быть оребрены.

Цель изобретения - повышение КПД двигателя путем увеличения эффективности охлаждения свежего заряда.

Для этого в двухтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере один цилиндр с выполненными в нем выпускными окнами по меньшей мере поршень, размещенный в цилиндре, имеющий шток, связанный с валом, и разделяющий цилиндр на рабочую надпоршневую камеру и компрессорную подпоршневую камеру, ограниченную подпоршневой перегородкой и снабженную впускными отверстиями с клапанами, теплообменник, расположенный в компрессорной камере соосно с цилиндром и имеющий каналы с входным и выходным отверстиями, и топливоподающую систему, имеющую топливные бак, насос и по меньшей мере одну форсунку, теплообменник выполнен оребренным, а входное отверстие каналов теплообменника подключено к топливному насосу, выходное отверстие каналов теплообменника подключено к топливному баку или топливной форсунке, между выходным отверстием и топливным баком расположен топливный радиатор, а привод топливного насоса связан с валом.

Наличие в предлагаемом устройстве оребренного теплообменника и использование в качестве теплоносителя (хладагента) топлива, которое в свою очередь охлаждается перед поступлением в топливный бак с помощью топливоохлаждающего радиатора, обеспечивают более высокую по сравнению с прототипом, эффективность охлаждения свежего заряда в компрессорной камере, в результате чего уменьшается средняя температура сжатия заряда, снижается работа сжатия подпоршневого компрессора, возрастает наполнение цилиндра, а следовательно, и мощность двигателя и его КПД. На чертеже изображен цилиндр двигателя с подключенной топливоподающей системой (показана условно), осевой разрез.

Двигатель содержит цилиндр 1, поршень 2, топливную форсунку 3. Подпоршневая компрессорная камера 4 расположена между поршнем 2 и корпусом теплообменника вытеснителя 5, который размещен соосно с цилиндром 1 и снабжен ребрами 6. В теле теплообменника выполнены каналы с входным и выходным отверстиями 8, 9, которые соединены с топливоподающей системой двигателя. В стенке цилиндра 1 выполнены выпускные окна 10 рабочей надпоршневой камеры 11 и впускные отверстия 12 с клапанами 13, а в теле поршня установлен перепускной клапан 14, который расположен соосно с цилиндром 1. Топливопо- дающая система двигателя состоит из топливного бака 15, подкачивающего топливного насоса 16, топливного наcоcа 17 высокого давления, связанного с форсункой 3. На топливопроводе 18, соединяющем топливный насос 16 с входным отверстием 8, установлен запорный вентиль 19. На топливопроводе 29, соединяющем выходное отверстие 9 с топливным баком 15, установлен топливный радиатор 21, перед которым установлен перепускной клапан 22, соединенный с топливным насосом 17 высокого давления.

Двигатель работает следующим образом.

Подкачивающий насос 16 постоянно прокачивает топливо как хладагент через каналы 7 теплообменника 5, обеспечивая охлаждение поверхности ребер 6. Скорость и объем прокачиваемого топлива, а следовательно, температурный режим компрессора задается вентилем 19. В начале движения поршня 2 к верхней мертвой точке в замкнутой компрессорной камере 4 создается начальное разрежение, в результате чего открываются клапаны 13 впускных отверстий 12 и начинает поступать свежий заряд. Потоки заряда из отверстий 12 попадают непосредственно на охлаждаемую хладагентом оребренную поверхность 6 теплообменника 5 и проходят вдоль оребрения, эффективно охлаждаясь. При протекании свежего заряда снаружи теплообменника между его ребрами 6 температура заряда понижается, плотность возрастает, в результате чего в конце впуска (при подходе поршня 2 к верхней мертвой точке) в камере 4 скапливается масса газа больше, чем у прототипа. С началом рабочего хода поршня клапаны 13 закрываются и в камере 4 происходит сжатие свежего заряда при продолжающемся его охлаждении. При подходе поршня 2 к нижней мертвой точке (НМТ) открываются выпускные окна 10 и начинается выпуск отработавших газов. При достижении в камере 4 заданной степени сжатия открывается перепускной клапан 14 и начинается заполнение рабочей камеры 11 охлажденным зарядом, что способствует эффективной очистке камеры 11 от остатков отработавших газов и обеспечивает качественное наполнение цилиндра. Подогретое в теплообменнике 5 топливо подается по топливопроводу 20 в радиатор 21, который охлаждается воздухом, например от турбокомпрессора (не показан) и возвращается в бак 15.

При понижении температуры окружающей среды подогретое в теплообменнике 5 топливо при помощи перепускного клапана 23 попадает через насос 17 высокого давления и топливную форсунку 3 в рабочую камеру 11, излишки топлива возвращаются в топливный бак 15.

Проведенные расчеты показывают, что при заявленной совокупности признаков работа сжатия в компрессорной камере уменьшается на 25%, дополнительное охлаждение воздуха (по сравнению с адиабатным процессом) 20-40^оС при степени сжатия в компрессорной камере 2-4. Эффективность ребра на стадии перепуска Е = 0,9827, а на стадии сжатия Е = 0,999, т.е. практически максимальна.

Сущность изобретения: для повышения КПД двигателя и увеличения эффективности охлаждения свежего заряда предлагается в подпоршневой камере размещать оребренный теплообменник, содержащий каналы, вход которых подключен к топливному насосу, а выход - к топливному баку или к форсунке, причем перед топливным баком может быть установлен радиатор, а привод насоса может осуществляться от вала двигателя. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий по меньшей мере один цилиндр с выполненными в нем выпускными окнами, по меньшей мере один поршень, размещенный в цилиндре, имеющий шток, связанный с валом и разделяющий цилиндр на рабочую надпоршневую камеру и компрессорную подпоршневую камеру, ограниченную подпоршневой перегородкой и снабженную впускными отверстиями с клапанами, теплообменник, расположенный в компрессорной камере соосно с цилиндром и имеющий каналы с входными и выходными отверстиями, и топливоподающую систему, имеющую топливный бак, насос и по меньшей мере одну форсунку, отличающийся тем, что теплообменник выполнен оребренным, а входное отверстие каналов теплообменника подключено к топливному насосу. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выходное отверстие каналов теплообменника подключено к топливному баку. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выходное отверстие каналов теплообменника подключено к топливной форсунке. 4. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что между выходным отверстием и топливным баком расположен топливный радиатор. 5. Двигатель по пп.1 - 4, отличающийся тем, что привод топливного насоса связан с валом.