ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ В.С.ГРИГОРЧУКА Российский патент 1999 года по МПК F02B43/12 

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве двигателя.

Известен четырехцилиндровый бензиновый двигатель автомобиля Ваз-2121 "Нива", содержащий блок цилиндров с картером, внутри которого размещен кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, системы питания, охлаждения, смазки, зажигания и запуска. Мощность 80 л.с., рабочий объем 1,57, степень сжатия 8,5. /В.А. Вершигора и др., Автомобиль Ваз-2121 "Нива", М., Транспорт, 1980, с. 5 - 66/.

Недостатками известного бензинового двигателя являются: загрязнение окружающей среды выхлопными газами, большие тепловые потери, большой расход органического топлива, значительный шум.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя.

Известен также двухтактный дизельный двигатель 37Д, содержащий блок цилиндров с картером, внутри которого размещены кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, механизм наддува воздуха в цилиндры, системы питания, охлаждения, смазки, запуска, пост управления /С.Н. Прасолов, М.Б. Амитин, Устройство подводных лодок, М., Ордена Трудового Красного Знамени военное издательство Министерства обороны СССР, 1973, с. 231 - 242, рис. 99.

Известный двухтактный дизельный двигатель 37Д, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатки известного дизельного двигателя 37Д, принятого за прототип, те же.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик теплового двигателя.

Указанная цель, согласно изобретения, обеспечивается тем, что система водяного охлаждения, глушитель, рабочее тело /дизельное топливо/ заменены воздушным регенератором, пневматически связанным с впускным и выпускным коллекторами, охладителем, вход которого соединен с воздушным регенератором, воздушным циклоном, подключенным к выходу охладителя, внутренняя полость которого соединена с атмосферой и отстойником, рабочим телом, представляющим собой легкокипящую жидкость с большим коэффициентом объемного расширения, способную конденсироваться и легко отделяться от воздуха, залитую в топливную систему двигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид теплового двигателя; на фиг.2 - вид на тепловой двигатель сверху; на фиг. 3 - вид на тепловой двигатель спереди; на фиг.4 - схема устройства теплового двигателя; на фиг.5 - устройство циклона в разрезе; на фиг.6 - вид сверху, в разрезе на воздушный регенератор; на фиг.7 - устройство охладителя; на фиг.8 - схема привода вентилятора.

Предлагаемый четырехцилиндровый двухтактный тепловой двигатель содержит блок цилиндров 1 с верхним картером, к которому болтами привернут нижний картер 2. Внутри блока установлены гильзы 3, имеющие в нижней части продувочные окна 4 и покрытые снаружи теплоизоляцией 5. Внутрь каждой гильзы цилиндра вставлен поршень 6, который посредством шатуна 7 соединен с коленчатым валом 8, установленным в подшипниках верхнего и нижнего картеров. По бокам блока двигателя закреплены топливный насос высокого давления 9, который посредством трубопроводов 10 соединен с форсунками 11, размещенными в головке 12 блока цилиндров, имеющей внутри теплоизоляцию 13. На корпусе насоса высокого давления закреплен корпус 14 регулятора частоты вращения коленчатого вала и корпус 15 топливного насоса. И тот, и другой кинематически связаны с валом насоса высокого давления. Там же размещен электростатер 16. С противоположной стороны на двигателе размещен воздушный нагнетатель 17, который вместе с насосом высокого давления через механизм передач /не показанный на чертежах/ кинематически связан с коленчатым валом. Впускной коллектор 18 пневматически соединен с продувочными окнами цилиндров с одной стороны, а с другой стороны через боковые отводы регенератора 19 подключен к воздушному нагнетателю, имеющему воздушную заслонку 20. Выпускной коллектор 21 с одной стороны соединен с противоположными продувочными окнами цилиндров, а с другой стороны он подключен через торцевые отводы к вышеупомянутому регенератору, а последний через охладитель 22 соединен с внутренней полостью воздушного циклона 23, соединенного в нижней части со сливным баком 24. Топливная система содержит топливный бак, который посредством трубопроводов через топливный насос, запорный кран 25 соединен с насосом высокого давления. В систему входит также топливный фильтр, не показанный на чертеже. Топливный бак 26 и вся система питания заполнены легкокипящей жидкостью, имеющей большой коэффициент объемного расширения и способной хорошо конденсироваться и отделяться от воздуха. Такой жидкостью могут быть жидкие фреоны, различные не ядовитые этилы и другие жидкости. Топливная система может также иметь теплоизоляцию /на чертеже не показано/. Для более высокого нагрева воздуха при сжатии его поршнями отношение объема цилиндра двигателя к объему камеры сжатия должно быть не менее 15:1. Регенератор воздуха содержит цилиндрический корпус 27, имеющий боковые трубчатые отводы с фланцами 28 и 29. К корпусу приварены с двух сторон шайбы 30 и 31 с отверстиями, в которые вставлены и развальцованы продольные трубки 32. Корпус с обеих сторон закрыт крышками 33 и 34, имеющими трубчатые отводы с фланцами 35 и 36. Воздушный циклон представляет собой цилиндрическую трубу 37, к нижней части которой приварен трубчатый конус, имеющий фланец 38 для соединения со сливным баком. В верхней части цилиндрическая труба имеет заглушку с отверстием, через которое пропущена выхлопная труба 39, имеющая винтовой шлиц 40 на своей наружной поверхности. Верхняя часть цилиндрической трубы имеет цилиндрический отвод с фланцем 41, а к нижней части приварен кронштейн 42 для крепления циклона к корпусу двигателя. Охладитель воздушной смеси представляет собой два радиатора, объединенных общей рамой и имеющих общий кожух 43 с входящим в него вентилятором 44. Первый радиатор - масляный предназначен для охлаждения масла, находящегося в системе смазки двигателя, которая имеет свойственные двухтактным двигателям узлы и детали и не показана на чертежах. Радиатор содержит верхний коллектор 45, нижний коллектор 46, соединенный между собой трубками 47. В верхней и нижней частях имеются площадки с отверстиями 48 для крепления маслопроводов. Второй радиатор - предназначен для охлаждения воздушной смеси и имеет такое же устройство. Он отличается лишь большим диаметром трубок 49, которые соединяют верхний 50 и нижний 51 коллекторы, имеющие фланцы 52 и 53. Для увеличения поверхности нагрева и те, и другие трубки имеют пластины оребрения 54. Вентилятор охладителя установлен в подшипнике блока цилиндров и через конические шестерни 55, 56, 57, вертикальный вал 58 соединен с конической шестерней 59 коленчатого вала.

Работа двухтактного теплового двигателя.

Работа двухтактного теплового двигателя основана на использовании теплоты, возникающей при нагреве воздуха в цилиндре в момент его сжатия и впуска в цилиндр, по достижении поршнем ВМТ, порции легкокипящей жидкости с большим коэффициентом объемного расширения, что приводит к возникновению давления на поршень и вращению коленчатого вала.

При положении поршня 6 в НМТ продувочные окна 4 открыты и в цилиндр 3 подается от нагнетателя 17 через трубки 32 регенератора 19 и впускной коллектор 18 свежий заряд воздуха и происходит такт впуска воздуха. Далее при вращении коленчатого вала 8 электростартером 16 поршень 6 движется вверх и закрывает продувочные окна 4. При дальнейшем вращении коленчатого вала 8 поршень 6 продолжает двигаться к ВМТ и, начиная с момента закрытия продувочных окон 4, сжимает поступивший в цилиндр 3 воздух. Воздух в цилиндре сжимается до 60 кгс/см² / 6 • 10⁶ Па/, а температура его повышается до 600 - 650^oC. При подходе поршня 6 к ВМТ с некоторым опереженем, соответствующим 10 - 30^o, в цилиндр выпрыскивается насосом высокого давления 9 через форсунку 11 порция легкокипящей жидкости, которая испаряется и расширяется, производя на поршень значительное давление. Под воздействием давления газовой смеси, образовавшейся в цилиндре, поршень 6 перемещается вниз, совершая рабочий ход и приводя во вращение коленчатый вал 8. Процесс выпуска отработанной смеси начинается с момента открытия продувочных окон 4. При этом нагнетатель 17 снова подает воздух в цилиндр 3, а отработанная смесь, температура которой понизилась до 70 - 80^oC выбрасывается в выпускной коллектор 21 и затем проходит через регенератор 19, омывая трубки 32 и отдавая часть тепла воздуху, поступающему в цилиндр. Далее отработанная смесь поступает в охладитель 22, где происходит ее дальнейшее охлаждение. Пройдя охладитель, отработанная смесь поступает в циклон 23, где, проходя через винтовые шлицы 40, приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы капли сконденсировавшейся и остывшей окончательно легкокипящей жидкости стекают по стенкам циклона в сливной бак 24, а воздух через выхлопную трубу 39 выходит в атмосферу. На этом такт выпуска заканчивается и далее начинается такт наполнения цилиндра зарядом свежего воздуха и все начинается снова. После того, как двигатель будет запущен, электростартер 16 отключается. Частота вращения коленчатого вала может изменяться за счет изменения количества, подаваемой в цилиндры жидкости. Чем больше количество поступившей в цилиндры жидкости, тем больше частота вращения коленчатого вала и наоборот. Количество подаваемой в цилиндры жидкости регулируется механизмом управления /не показанным на чертеже/, который воздействует на плунжеры насоса высокого давления. Регулятор 14 поддерживает постоянной частоту вращения коленчатого вала путем изменения количества, подаваемой в цилиндры жидкости, воздействуя на насос высокого давления /не показано/. Система смазки подает масло к трущимся поверхностям. При повышении температуры масла оно может быть охлаждено в масляной секции охладителя 22. Двигатель может быть выполнен по четырехтактному циклу.

Положительный эффект предлагаемого изобретения: более высокая пожаробезопасность, меньшие тепловые потери, меньшее загрязнение окружающей среды, возможность повторного использования топлива после его регенерации и очистки, меньший шум, не требует органического топлива.

Изобретение относится к области машиностроения. Тепловой двигатель содержит блок цилиндров с картером с размещенным в нем кривошипно-шатунным механизмом, системы воздухоподготовки, питания, смазки и запуска, при этом выпускной коллектор через регенератор и охладитель пневматически связан с внутренней полостью воздушного циклона, а впускной коллектор через регенератор пневматически связан с системой наддува воздуха в цилиндры, причем соотношение объемов цилиндра и камеры сгорания не менее 15 : 1. В качестве рабочего тела используется легкокипящая жидкость с большим коэффициентом объемного расширения. Двигатель может работать как по двухтактному, так и четырехтактному циклу. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик теплового двигателя. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Тепловой двигатель, содержащий блок цилиндров с картером и размещенным в нем кривошипно-шатунным механизмом, системы воздухоподготовки, питания, смазки и запуска, отличающийся тем, что выпускной коллектор через регенератор и охладитель пневматически связан с внутренней полостью воздушного циклона, а впускной коллектор через упомянутый регенератор пневматически связан с системой наддува воздуха в цилиндры, причем соотношение объемов цилиндра и камеры сжатия должны быть не менее 15:1. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела использована легкокипящая жидкость с большим коэффициентом объемного расширения, способная легко конденсироваться, залитая в систему питания. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он может быть выполнен как по двухтактному, так и по четырехтактному циклу.