СПОСОБ РАБОТЫ АДИАБАТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ СО СГОРАНИЕМ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ И АДИАБАТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ СО СГОРАНИЕМ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ Российский патент 2001 года по МПК F02B75/04 F02D15/02 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к адиабатным двигателям внутреннего сгорания со сгоранием топлива при постоянном объеме и способам их работы.

Известен способ работы адиабатного двигателя внутреннего сгорания со сгоранием при постоянном объеме, заключающийся во впуске рабочего заряда в нагнетательный цилиндр двигателя, сжатии заряда, перепуске сжатого заряда в камеру сгорания, сгорании топлива при постоянном объеме, расширении продуктов сгорания в расширительном цилиндре двигателя и выпуске отработавших газов (см. авторское свидетельство СССР N 1002631, МПК F 02 B 41/00, 1983 г. ).

Из того же источника информации известен и адиабатный двигатель внутреннего сгорания со сгоранием при постоянном объеме, содержащий корпус, по меньшей мере одну пару цилиндров, один из которых выполнен нагнетательным, а другой расширительным, камеру сгорания постоянного объема, поршни с шатунами, установленные в цилиндрах, и коленчатый вал, причем нагнетательный и расширительный цилиндры выполнены с возможностью периодического сообщения между собой.

Недостатком известных способа и двигателя является недостаточно эффективный процесс сгорания топлива из-за потерь тепла в стенки цилиндра и невозможности регулирования величины камеры сгорания постоянного объема и степени сжатия в зависимости от вида потребляемого топлива и нагрузки на двигатель.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса сгорания топлива за счет уменьшения потерь тепла во время сгорания топлива при одновременном регулировании величины камеры сгорания постоянного объема и степени сжатия в зависимости от вида потребляемого топлива и нагрузки на двигатель.

Поставленная задача в части способа решается тем, что в способе работы адиабатного двигателя внутреннего сгорания со сгоранием при постоянном объеме, заключающемся во впуске рабочего заряда в нагнетательный цилиндр двигателя, сжатии заряда, перепуске сжатого заряда в камеру сгорания, сгорании топлива при постоянном объеме, расширении продуктов сгорания в расширительном цилиндре двигателя и выпуске отработавших газов, согласно изобретению перепуск сжатого заряда производят в теплоизолированную камеру сгорания, образованную поршнем, головкой и стенками расширительного цилиндра, сгорание топлива осуществляют при остановке поршня расширительного цилиндра в верхней мертвой точке, причем в зависимости от вида используемого топлива и нагрузки на двигатель осуществляют регулирование степени сжатия и объема камеры сжатия нагнетательного цилиндра и объема камеры сгорания расширительного цилиндра изменением положения верхних мертвых точек поршней нагнетательного и расширительного цилиндров, для чего шарниры сочлененных шатунов, преобразующих возвратно-поступательное движение поршней нагнетательного и расширительного цилиндров во вращательное движение коленчатого вала и наоборот, под действием маятниковых рычагов, одним концом воздействующих на шарниры сочлененных шатунов, а другим - взаимодействующих с приводами, перемещающими оси качания, смещают от осей цилиндров или к осям цилиндров при движении поршней к верхним мертвым точкам путем смещения осей качания маятниковых рычагов и их последующей фиксации, а остановку поршня расширительного цилиндра в верхней мертвой точке обеспечивают смещением шарнира сочлененного шатуна к оси цилиндра путем перемещения оси качания маятникового рычага во время сгорания топлива.

Поставленная задача в части способа может быть решена и тем, что в конце выпуска отработавших газов положение верхней мертвой точки поршня расширительного цилиндра переносят в крайнее верхнее положение, для чего осуществляют смещение шарнира сочлененного шатуна на ось цилиндра путем перемещения оси качания маятникового рычага и ее последующей фиксации.

Поставленная задача в части двигателя решается тем, что адиабатный двигатель внутреннего сгорания со сгоранием при постоянном объеме, содержащий корпус, по меньшей мере одну пару цилиндров, один из которых выполнен нагнетательным, а другой - расширительным, камеру сгорания постоянного объема, поршни с шатунами, установленные в цилиндрах, и коленчатый вал, причем нагнетательный и расширительный цилиндры выполнены с возможностью периодического сообщения между собой, согласно изобретению снабжен по меньшей мере одной парой маятниковых рычагов с приводами осей их качания, шатуны выполнены сочлененными из двух частей, соединенных шарнирами, маятниковые рычаги связаны с шарнирами сочлененных шатунов, приводы осей качания маятниковых рычагов выполнены с возможностью перемещения последних по прямым линиям, пересекающим оси цилиндров, причем привод оси качания маятникового рычага, связанного с сочлененным шатуном поршня нагнетательного цилиндра, выполнен с возможностью изменения положения верхней мертвой точки поршня, привод оси качания маятникового рычага, связанного с сочлененным шатуном поршня расширительного цилиндра, выполнен с возможностью изменения положения верхней мертвой точки поршня и остановки последнего в верхней мертвой точке, а камера сгорания образована поршнем, головкой и стенкой расширительного цилиндра и выполнена теплоизолированной.

Поставленная задача в части двигателя может быть решена тем, что привод оси качания каждого маятникового рычага состоит из профилированного кулачка, кинематически связанного с коленчатым валом, дополнительного рычага, взаимодействующего одной своей стороной с профилированной поверхностью кулачка, а другой стороной - с осью качания маятникового рычага с возможностью перемещения последней, пружины, установленной с возможностью поджатия оси качания маятникового рычага к дополнительному рычагу, и механизма осевого смещения кулачка, выполненного с возможностью изменения величины хода дополнительного рычага совместно с осью качания маятникового рычага.

Кроме того, поставленная задача в части двигателя может быть решена тем, что профилированная поверхность кулачка привода оси качания маятникового рычага, связанного с шарниром сочлененного шатуна поршня нагнетательного цилиндра, выполнена с возможностью перемещения дополнительного рычага для изменения положения верхней мертвой точки поршня.

Кроме того, поставленная задача в части двигателя может быть решена тем, что профилированная поверхность кулачка привода оси качания маятникового рычага, связанного с шарниром сочлененного шатуна расширительного цилиндра, выполнена с возможностью перемещения дополнительного рычага для изменения положения верхней мертвой точки поршня и его остановки в верхней мертвой точке во время сгорания топлива.

На фиг. 1 показан адиабатный двигатель, реализующий предлагаемый способ, при положении поршней в верхней мертвой точке (ВМТ).

На фиг. 2 - то же, при положении поршней в нижней мертвой точке (НМТ).

На фиг. 3 - положение звеньев кривошипно-шатунного механизма (КШМ) при сгорании топлива в камере сгорания постоянного объема в расширительном цилиндре и начале впуска в нагнетательном цилиндре.

На фиг. 4 - положение звеньев КШМ во время рабочего хода в расширительном цилиндре и впуска в нагнетательном цилиндре.

На фиг. 5 - положение звеньев КШМ в начале выпуска отработавших газов в расширительном цилиндре и начале сжатия в нагнетательном цилиндре.

На фиг. 6 - положение звеньев КШМ при перепуске свежего заряда из нагнетательного цилиндра в расширительный цилиндр.

На фиг. 7 - разрез А-А фиг. 1.

Адиабатный двигатель внутреннего сгорания со сгоранием при постоянном объеме, реализующий заявленный способ, содержит корпус 1, по меньшей мере одну пару цилиндров 2 и 3, один из которых выполнен нагнетательным, а другой - расширительным, головку 4 цилиндров 1, камеру сгорания 5 постоянного объема, поршни 6 с шатунами 7, установленные в цилиндрах, и коленчатый вал 8. Двигатель снабжен по меньшей мере одной парой маятниковых рычагов 9 с приводами осей 10 их качания. Шатуны 7 выполнены сочлененными из двух частей, соединенных шарнирами 11. Маятниковые рычаги 9 связаны с шарнирами 11 сочлененных шатунов 7. Приводы осей 10 качания маятниковых рычагов 9 выполнены с возможностью перемещения последних по прямым линиям, пересекающим оси О - О цилиндров 2 и 3. Привод оси 10 качания маятникового рычага 9, связанного с сочлененным шатуном 7 поршня 6 нагнетательного цилиндра 2, выполнен с возможностью изменения положения верхней мертвой точки поршня 6. Привод оси 10 качания маятникового рычага 9, связанного с сочлененным шатуном 7 поршня 6 расширительного цилиндра 3, выполнен с возможностью изменения положения верхней мертвой точки поршня и остановки последнего в верхней мертвой точке. Камера сгорания 5 образована поршнем 6, головкой 4 и внутренней поверхностью стенки расширительного цилиндра 3 и выполнена теплоизолированной за счет теплоизолированных покрытий 12, 13 и 14 соответственно на внутренних поверхностях головки 4, стенки расширительного цилиндра 3 и торцевой поверхности поршня 6. Нагнетательный и расширительный цилиндры 2 и 3 выполнены с возможностью периодического сообщения между собой при помощи перепускного канала 15. Камера сжатия 16 нагнетательного цилиндра 2 образована внутренними поверхностями головки 4, стенки нагнетательного цилиндра 2 и торцевой поверхностью поршня 6.

Привод оси 10 качания каждого маятникового рычага 9 состоит из профилированного кулачка 17, кинематически связанного с коленчатым валом 8 посредством зубчато-цепной или шестеренчатой передачи, дополнительного рычага 18, взаимодействующего одной своей стороной с профилированной поверхностью кулачка 17, а другой стороной - с осью 10 качания маятникового рычага 9 с возможностью перемещения последней, и пружины 19, установленной с возможностью поджатия оси 10 качания маятникового рычага 9 к дополнительному рычагу 18, и механизма осевого смещения кулачка, выполненного с возможностью изменения величины хода дополнительного рычага совместно с осью качания маятникового рычага. Механизм осевого смещения на чертежах не показан.

Для решения поставленной задачи может быть использован и любой другой привод, например электромагнитный с электронным блоком управления или гидравлический.

Профилированная поверхность кулачка 17 привода оси 10 качания маятникового рычага 9, связанного с шарниром 11 сочлененного шатуна 7 поршня 6 нагнетательного цилиндра 2, выполнена с возможностью перемещения дополнительного рычага 18 для изменения положения верхней мертвой точки поршня 6. На фиг. 7 показан разрез А-А кулачка 17, где угол α обозначает наклон профилированной поверхности, отвечающей за изменение положений ВМТ и НМТ поршня 6 в зависимости от вида топлива, а угол β обозначает наклон профилированной поверхности, отвечающей за изменение положений ВМТ и НМТ поршня 6 в зависимости от нагрузки двигателя.

Профилированная поверхность кулачка 17 привода оси 10 качания маятникового рычага 9, связанного с шарниром 11 сочлененного шатуна 7 поршня 6 расширительного цилиндра 3, выполнена с возможностью перемещения дополнительного рычага 18 для изменения положения верхней мертвой точки поршня 6 и его остановки в верхней мертвой точке во время сгорания топлива.

Способ работы адиабатного двигателя внутреннего сгорания со сгоранием при постоянном объеме заключается во впуске рабочего заряда в нагнетательный цилиндр 2 двигателя (фиг. 3, 4), сжатии заряда в нагнетательном цилиндре 2 (фиг. 5) и перепуске сжатого заряда из камеры сжатия 16 нагнетательного цилиндра 2 по перепускному каналу 15 в теплоизолированную камеру сгорания 5 (фиг. 6) расширительного цилиндра 3, где происходит сгорание топлива при постоянном объеме. Сгорание топлива осуществляют при остановке поршня 6 расширительного цилиндра 3 в верхней мертвой точке. В зависимости от вида используемого топлива и нагрузки на двигатель осуществляют регулирование степени сжатия и объема камеры сжатия 16 нагнетательного цилиндра 2 и объема камеры сгорания 5 расширительного цилиндра 3 изменением положения верхних мертвых точек поршней 6 нагнетательного и расширительного цилиндров 2 и 3. Для этого шарниры 11 сочлененных шатунов 7 смещают от осей О - О цилиндров 2 и 3 или к осям О - О этих цилиндров при движении поршней 6 к верхним мертвым точкам путем смещения осей качания 10 маятниковых рычагов 9 и их последующей фиксации. Смещение верхних мертвых точек поршня 6 нагнетательного цилиндра 2 показано на фиг. 4, 5, где показано смещение осей 10 качания маятниковых рычагов, например, из точки "а" в точку "b" и наоборот. В результате чего поршни 6 занимают заранее выбранное положение ВМТ, например BMТ₁ или ВМТ₂. Остановку поршня 6 расширительного цилиндра 3 в заранее выбранном положении ВМТ, например ВМТ₂, обеспечивают смещением шарнира 11 сочлененного шатуна 7 к оси О - О цилиндра 3 путем перемещения оси 10 качания маятникового рычага 9, например, из точки "а" в точку "b" (фиг. 3) в течение всего времени сгорания топлива. Расширение продуктов сгорания (фиг. 4) и выпуск отработавших газов (фиг. 5) происходят в расширительном цилиндре 3.

В конце выпуска отработавших газов положение верхней мертвой точки поршня 6 расширительного цилиндра 3 переносят в крайнее верхнее положение, для чего осуществляют смещение шарнира 11 сочлененного шатуна 7 на ось O - O цилиндра 3 путем перемещения оси 10 качания маятникового рычага 9 и ее последующей фиксации, тем самым обеспечивается более полная очистка расширительного цилиндра 3 от отработавших газов.

Смещение осей 10 качания маятниковых рычагов 9 осуществляется воздействием на нее дополнительного рычага 18, который в свою очередь перемещается под действием профилированной поверхности кулачка 17. Пружина 19 осуществляет поджатие оси 10 к дополнительному рычагу 18. Кулачки 17 получают вращение от коленчатого вала 8 через кинематическую связь в виде зубчато-цепной или шестеренчатой передачи. Боковая профилированная поверхность кулачка 17 привода оси 10 качания маятникового рычага 9, связанного с сочлененным шатуном 7 поршня 6 нагнетательного цилиндра 2, участком профилированной поверхности с углом α 1 (фиг.7) формирует воздействие на дополнительный рычаг 18 для смещения шарнира 11, а значит и положений мертвых точек поршня 6 (хода поршня и степени сжатия) в зависимости от вида используемого топлива, а участком поверхности с углом β формирует воздействие на дополнительный рычаг 18 для смещения положений мертвых точек поршня 6 (хода поршня) в зависимости от нагрузки на двигатель.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Способ работы адиабатного двигателя внутреннего сгорания со сгоранием при постоянном объеме заключается во впуске рабочего заряда в нагнетательный цилиндр двигателя, сжатии заряда, перепуске сжатого заряда в камеру сгорания, сгорании топлива при постоянном объеме, расширении продуктов сгорания в расширительном цилиндре двигателя и выпуске отработавших газов. Перепуск сжатого заряда производят в теплоизолированную камеру сгорания, образованную поршнем, головкой и стенками расширительного цилиндра, а сгорание топлива осуществляют при остановке поршня расширительного цилиндра в верхней мертвой точке. В зависимости от вида используемого топлива и нагрузки на двигатель осуществляют регулирование степени сжатия, объема камеры сжатия нагнетательного цилиндра и объема камеры сгорания расширительного цилиндра изменением положения верхних мертвых точек поршней. Раскрыт двигатель, реализующий заявленный способ. Технический результат заключается в повышении эффективности процесса сгорания топлива. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ работы адиабатного двигателя внутреннего сгорания со сгоранием при постоянном объеме, заключающийся во впуске рабочего заряда в нагнетательный цилиндр двигателя, сжатии заряда, перепуске сжатого заряда в камеру сгорания, сгорании топлива при постоянном объеме, расширении продуктов сгорания в расширительном цилиндре двигателя и выпуске отработавших газов, отличающийся тем, что перепуск сжатого заряда производят в теплоизолированную камеру сгорания, образованную поршнем, головкой и стенками расширительного цилиндра, сгорание топлива осуществляют при остановке поршня расширительного цилиндра в верхней мертвой точке, причем в зависимости от вида используемого топлива и нагрузки на двигатель осуществляют регулирование степени сжатия и объема камеры сжатия нагнетательного цилиндра и объема камеры сгорания расширительного цилиндра изменением положения верхних мертвых точек поршней нагнетательного и расширительного цилиндров, для чего шарниры сочлененных шатунов, преобразующих возвратно-поступательное движение поршней нагнетательного и расширительного цилиндров во вращательное движение коленчатого вала и, наоборот, под действием маятниковых рычагов, одним концом воздействующих на шарниры сочлененных шатунов, а другим - взаимодействующих с приводами, перемещающими оси качания, смещают от осей цилиндров или к осям цилиндров при движении поршней к верхним мертвым точкам путем смещения осей качания маятниковых рычагов и их последующей фиксации, а остановку поршня расширительного цилиндра в верхней мертвой точке обеспечивают смещением шарнира сочлененного шатуна к оси цилиндра путем перемещения оси качания маятникового рычага во время сгорания топлива. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в конце выпуска отработавших газов положение верхней мертвой точки поршня расширительного цилиндра переносят в крайнее верхнее положение, для чего осуществляют смещение шарнира сочлененного шатуна на ось цилиндра путем перемещения оси качания маятникового рычага и ее последующей фиксации. 3. Адиабатный двигатель внутреннего сгорания со сгоранием при постоянном объеме, содержащий корпус, по меньшей мере, одну пару цилиндров, один из которых выполнен нагнетательным, а другой - расширительным, камеру сгорания постоянного объема, поршни с шатунами, установленные в цилиндрах, и коленчатый вал, причем нагнетательный и расширительный цилиндры выполнены с возможностью периодического сообщения между собой, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, одной парой маятниковых рычагов с приводами осей их качания, шатуны выполнены сочлененными из двух частей, соединенных шарнирами, маятниковые рычаги связаны с шарнирами сочлененных шатунов, приводы осей качания маятниковых рычагов выполнены с возможностью перемещения последних по прямым линиям, пересекающим оси цилиндров, причем привод оси качания маятников рычага, связанного с сочлененным шатуном поршня нагнетательного цилиндра, выполнен с возможностью изменения положения верхней мертвой точки поршня, привод оси качания маятникового рычага, связанного с сочлененным шатуном поршня расширительного цилиндра, выполнен с возможностью изменения положения верхней мертвой точки поршня и остановки последнего в верхней мертвой точке, а камера сгорания образована поршнем, головкой и стенкой расширительного цилиндра и выполнена теплоизолированной. 4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что привод оси качания каждого маятникового рычага состоит из профилированного кулачка, кинематически связанного с коленчатым валом, дополнительного рычага, взаимодействующего одной своей стороной с профилированной поверхностью кулачка, а другой стороной - с осью качания маятникового рычага с возможностью перемещения последней, пружины, установленной с возможностью поджатия оси качания маятникового рычага к дополнительному рычагу, и механизма осевого смещения кулачка, выполненного с возможностью изменения величины хода дополнительного рычага совместно с осью качания маятникового рычага. 5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что профилированная поверхность кулачка привода оси качания маятникового рычага, связанного с шарниром сочлененного шатуна поршня нагнетательного цилиндра, выполнена с возможностью перемещения дополнительного рычага для изменения положения верхней мертвой точки поршня. 6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что профилированная поверхность кулачка привода оси качания маятникового рычага, связанного с шарниром сочлененного шатуна расширительного цилиндра, выполнена с возможностью перемещения дополнительного рычага для изменения положения верхней мертвой точки поршня и его остановки в верхней мертвой точке во время сгорания топлива.