ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F02G3/02 

Изобретение относится к области двигателестроения и может применяться в качестве силового агрегата для легковых и грузовых автомобилей, автобусов, беспилотных летательных аппаратов.

Известные аналоги: двигатель с внешним подводом тепла, пат. РФ №2246021; устройство для тепловой обработки воздуха выхлопными газами, пат. РФ №2043531; двухтактный двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №94001081, выбранный в качестве прототипа и содержащий по меньшей мере два цилиндра с рубашками охлаждения, кожухи головок цилиндров, поршни, размещенные в цилиндрах, коленчатый вал, связанный с поршнями кривошипно-шатунным механизмом, выхлопной коллектор дополнительно снабжен двухцилиндровым двигателем внешнего подвода тепла (ДВПТ), в каждом из цилиндров которого установлен поршень, связанный кривошипно-шатунным механизмом с коленчатым валом и разделяющий объем цилиндра на холодную и горячую полости, снабжен также коллектором рабочего тела и охлаждающим устройством, а выхлопной коллектор снабжен кожухом. При этом холодные полости соединены между собой через охлаждающее устройство, горячие полости через выпускные клапаны патрубком соединены с рубашками охлаждения цилиндров (ДВС), а через впускные клапаны - с коллектором рабочего тела, который соединен с выхлопным коллектором непосредственно, а с его кожухом через обратный клапан. Причем выхлопной коллектор проходит через кожух головок цилиндров ДВС. Кривошипы коленчатого вала для ДВПТ смещены относительно кривошипов для ДВС на 45°, а между собой - на 180°. Цель предлагаемого изобретения - повышение КПД двигателя за счет использования тепла, выделяемого при сгорании топлива стенками камеры сгорания, стенками цилиндра и уносимого с выхлопными газами. Возможной причиной, препятствующей достижению цели изобретения-прототипа, может считаться чрезмерная сложность конструкции, большие потери на трение при работе двигателя, а также потери теплоты в многочисленных контурах двигателя-прототипа.

Заявляемое изобретение позволяет повысить термический к.п.д. двигателя, улучшить его экологические показатели, снизить шумность работы, уменьшить удельный расход топлива и удельный вес, расширить возможности использования различных видов топлива (газ, соляр, мазут, керосин, порошкообразный уголь и т.д.), исключить необходимость установки на двигатель дорогостоящей топливной аппаратуры и сложных систем зажигания.

Конструкция двигателя схематично изображена на фиг.1, где обозначено: 1 - блок цилиндров; 2 - камера сгорания, вынесенная за пределы блока цилиндров; 3 - теплообменник; 4 - ресивер; 5, 6, 7, - газоводы. Точками O₁ и О₂ на блоке 1 показаны оси цилиндров (для примера рассмотрен 2-цилиндровый двигатель). Блок содержит две кривошипно-поршневые группы, работающие на общий коленчатый вал (на фиг.1 не показаны).

Поршневой двигатель работает следующим образом: цилиндр O₁ является нагнетательным и служит для сжатия атмосферного воздуха и его подачи в ресивер 4 и далее через теплообменник 3 по газоводу 7 в камеру сгорания 2, куда также подается топливо. Образующиеся в камере сгорания 2 продукты сгорания по газоводам 5 поступают в цилиндр О₂, работающий в режиме расширительной машины. После расширения в цилиндре O₂ отработавшие газы по газоводу 6 собираются в теплообменник 3, где частично передают тепловую энергию сжатому воздуху, поступающему из ресивера 4. Отработавшие газы из теплообменника 3 выбрасываются в атмосферу, а предварительно подогретый сжатый воздух по газоводу 7 поступает в камеру сгорания 2. Все цилиндры снабжены клапанными механизмами (на фиг.1 не показаны) и работают по двухтактному циклу. Порядок работы цилиндров показан на фиг.2.

Конструкция поршневого двигателя позволяет повысить топливную экономичность за счет увеличения термического к.п.д. двигателя. Это достигается эффектом рекуперации тепловой энергии отработавших газов в теплообменнике 3 и передачи части тепла сжатому воздуху, поступающему в камеру сгорания 2. Внешнее расположение камеры сгорания 2 позволяет сжигать топливно-воздушную смесь практически при постоянном объеме, что ведет к уменьшению шумности работы двигателя, а квазистационарность процесса сгорания приводит к снижению токсичности выхлопа. Такая конструкция камеры сгорания позволяет также использовать более простую и дешевую топливоподающую аппаратуру, простейшую систему зажигания и дает возможность применения в двигателе различных видов топлива (природный и попутный нефтяной газы, тяжелое дизельное топливо, легкие нефтяные фракции, бензин и керосин, порошкообразный уголь и др.)

На чертеже представлено схематическое описание поршневого двигателя. Фиг.1 содержит схематическое изображение конструкции поршневого двигателя. На фиг.2 изображен порядок работы цилиндров.

Поршневой двигатель состоит из блока цилиндров 1, содержащего, например, два цилиндра O₁ и O₂, причем цилиндр O₁ является нагнетающим, а цилиндр О₂ - рабочим. Камера сгорания 2 вынесена за пределы блока цилиндров 1 и сообщается с ним газоводом 5. Отработавшие газы из цилиндра О₂ отводятся в теплообменник 3 по газоводу 6. Через теплообменник 3 также проходит газовод 7, соединяющий ресивер 4 с камерой сгорания 2. Блок цилиндров 1 содержит две кривошипно-поршневые группы, работающие на общий коленчатый вал и механизм клапанного газораспределения (на фиг.1 не показаны).

Поршневой двигатель работает следующим образом: цилиндр O₁ является нагнетательным и служит для сжатия атмосферного воздуха и его подачи в ресивер 4 и далее через теплообменник 3 по газоводу 7 в камеру сгорания 2, куда также подается топливо. Образующиеся в камере сгорания 2 продукты сгорания по газоводу 5 поступают в цилиндр O₂, работающий в режиме расширительной машины. После расширения в цилиндре О₂ отработавшие газы по газоводу 6 собираются в теплообменник 3, где частично передают тепловую энергию сжатому воздуху, поступающему из ресивера 4. Отработавшие газы из теплообменника 3 выбрасываются в атмосферу, а предварительно подогретый сжатый воздух по газоводу 7 поступает в камеру сгорания 2. Размещение камеры сгорания за пределами рабочих цилиндров позволяет организовать квазистационарный процесс сгорания топливно-воздушной смеси, что ведет к уменьшению токсичности продуктов сгорания, снижению жесткости сгорания, а следовательно, и шумности работы двигателя, исключению возможности появления детонации, а также дает возможность отказаться от сложных и дорогостоящих систем топливоподачи и зажигания. Наличие в конструкции поршневого двигателя теплообменника позволяет рекуперировать значительную часть тепловой энергии отработавших газов и передавать ее свежему заряду, что приводит к увеличению термического к.п.д. двигателя и, как следствие, к повышению топливной экономичности.

Изобретение относится к двигателестроению. Поршневой двигатель, состоящий из блока цилиндров, соответствующего числа кривошипно-поршневых групп, работающих на общий коленчатый вал, механизма газораспределения, например, клапанного типа, системы подачи топлива, систем смазки, охлаждения и зажигания, камеры сгорания, системы газоводов, ресивера, теплообменника, при этом камера сгорания двигателя, в которую подается топливно-воздушная смесь, вынесена за пределы блока цилиндров и является общей для всех рабочих цилиндров, при этом часть цилиндров блока используется в качестве нагнетательных, обеспечивающих подачу сжатого воздуха в камеру сгорания, в то время как другая часть рабочих цилиндров используется в качестве расширительной машины, которая питается высокотемпературным газом, подаваемым из камеры сгорания через систему газораспределения, причем все цилиндры и нагнетательные и рабочие работают по двухтактному циклу. Воздух из нагнетательных цилиндров до его поступления в камеру сгорания проходит по каналам теплообменника, где он предварительно нагревается за счет выхлопных газов, протекающих по другим каналам того же теплообменника, после чего отработавшие газы отводятся в атмосферу. Изобретение обеспечивает повышение термического КПД двигателя, улучшить экологические показатели. Снижение удельного расхода топлива и удельного веса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Поршневой двигатель, состоящий из блока цилиндров, соответствующего числа кривошипно-поршневых групп, работающих на общий коленчатый вал, механизма газораспределения, например, клапанного типа, системы подачи топлива, систем смазки, охлаждения и зажигания, камеры сгорания, системы газоводов, ресивера, теплообменника, отличающийся тем, что камера сгорания двигателя, в которую подается топливно-воздушная смесь, вынесена за пределы блока цилиндров и является общей для всех рабочих цилиндров, при этом часть цилиндров блока используется в качестве нагнетательных, обеспечивающих подачу сжатого воздуха в камеру сгорания, в то время как другая часть рабочих цилиндров используется в качестве расширительной машины, которая питается высокотемпературным газом, подаваемым из камеры сгорания через систему газораспределения, причем все цилиндры и нагнетательные и рабочие работают по двухтактному циклу.2. Поршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что, с целью рекуперации тепловой энергии выхлопных газов, воздух из нагнетательных цилиндров до его поступления в камеру сгорания проходит по каналам теплообменника, где он предварительно нагревается за счет выхлопных газов, протекающих по другим каналам того же теплообменника, после чего отработавшие газы отводятся в атмосферу.