Способ бесконтактного охлаждения поршней, штоков и цилиндров многоцилиндрового однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией выхлопных газов Российский патент 2017 года по МПК F02F3/22 F16J1/09 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайший аналог заявленного изобретения патент РФ 2427718 «Способ охлаждения поршней двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей».

Реферат патента РФ 2427718 «Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ охлаждения поршней двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей, включающий общую внешнюю камеру сгорания, электрогенератор с оппозитным движением якорей, две расширительные машины, приводящие в оппозитное движение якоря электрогенератора, и систему управления, шток и соединенные с ним поршни каждой расширительной машины охлаждаются протекающим в полости, ограниченной внутренней поверхностью штока, внешней и внутренней поверхностью установленной внутри этой полости трубы, хладагентом, для чего при движении поршней из точек крайнего схождения поршней в точки крайнего расхождения хладагент продавливается через радиатор, отдающий тепло хладагента внешней среде, и поступает в пневмоаккумулятор, а при движении поршней из точек крайнего расхождения в точки крайнего схождения хладагент из аккумулятора поступает в ту же полость, ограниченную внутренней поверхностью штоков, внешней и внутренней поверхностью трубы. Изобретение обеспечивает улучшение охлаждения поршней энергомодуля».

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения - обеспечить бесконтактное охлаждение поршней, штоков и цилиндра однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией выхлопных газов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность изобретения поясняется описанием принципа действия однотактного двигателя с внешней камерой сгорания - далее двигатель. Действует он следующим образом. При пуске двигателя система управления (см. чертеж) подает во внешнюю камеру сгорания 1 форсункой 2 дозу топлива и воспламеняет его свечой зажигания 3. Топливо горит, и если поршневая группа однотактного двигателя в составе поршней 4 и 5 находятся в положении, как показано на фигуре, то продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по каналу 6 через открытый клапан 7 поступают в нижнюю (по чертежу) полость поршня 4. Под их воздействием поршень 4, штоки 8, 9 и поршень 5 начинают движение вверх. Так как нижняя площадь поверхности поршня 4 больше его верхней площади поверхности на разность площадей поперечного сечения штоков 8 и 9, то давление сжимаемого в верхней полости поршня 4 воздуха больше давления продуктов сгорания в его нижней полости. Поэтому воздух из верхней полости поршня 4 через обратный клапан 10 поступает во внешнюю камеру сгорания 1, поддерживая в ней процесс горения подаваемого форсункой 2 топлива. В нижнюю полость поршня 5 через обратный клапан 11 засасывается воздух из атмосферы, а из верхней полости поршня 5 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) через клапан 12 выбрасываются в атмосферу. Энергия продуктов сгорания через шток 9 и шатун 13 передается коленвалу 14. По прибытии поршней 4 и 5 в верхнюю мертвую точку движения система управления переводит клапаны 7 и клапан 12 в закрытое, а клапан 15 и клапан 16 в открытое положение. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по каналу 17 через клапан 15 поступают в верхнюю полость поршня 5. Поршни 4 и 5 начинают движение вниз, и коленвал двигателя 14 продолжает вращение в прежнем направлении. Сжимаемый в нижней, компрессорной, полости поршня 5 воздух через обратный клапан 18 поступает во внешнюю камеру сгорания 1, обеспечивая горение подаваемого форсункой 2 топлива. В верхнюю полость поршня 4 через обратный клапан 19 засасывается воздух из атмосферы, а из его нижней полости отработавшие продукты сгорания через клапан 16 выбрасываются в атмосферу. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 7, 12, 15, 16 из одного положение в другое, обеспечивает вращение коленвала двигателя в одном направлении.

Способ бесконтактного охлаждения поршней, штоков и цилиндра однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией выхлопных газов состоит в следующем. При повышении температуры поршневой группы в составе поршней 4, 5 и штоков 8, 9 выше оптимальной система управления переводит клапан выхлопных газов 20 в открытое, правое, положение. Выхлопные газы через клапаны 12, 16 поступают в выхлопной коллектор (на чертеже не показан). Часть из них по каналам 21, 22 поступает на турбину 23 и, отработав в ней, выбрасывается в атмосферу по каналу 24. Турбина 23 приводит во вращение насос прокачки охлаждающей жидкости 25 и вентилятор 26. Насос прокачки охлаждающей жидкости 25 прокачивает охлаждающую жидкость по маршруту: насос прокачки охлаждающей жидкости 25, канал трубы охлаждения поршней и штоков 27, канал 28, радиатор 29 и снова насос прокачки охлаждающей жидкости 25. И так же по маршруту: насос прокачки охлаждающей жидкости 25, канал 30, полость 31 между цилиндром двигателя 32 и рубашкой цилиндра двигателя 33, радиатор 29 и снова насос прокачки охлаждающей жидкости 25. Радиатор 29 обдувается вентилятором 26, и тепло от поршней 4, 5, штоков 8, 9 и цилиндра двигателя 32 выбрасывается в атмосферу. Система управления датчиком температуры охлаждающей жидкости 34 контролирует температуру охлаждающей жидкости и при понижении ее ниже оптимальной величины закрывает клапан выхлопных газов 20. Выхлопные газы выбрасываются в атмосферу по каналам 35, 36. Циркуляция охлаждающей жидкости прекращается, и температура охлаждающей жидкости повышается. Термостаты 37, 38 служат для поддержания оптимальной температуры соответственно поршней, штоков и цилиндра двигателя.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ охлаждения поршней, штоков и цилиндра однотактного двигателя с внешней камерой сгорания насосом энергией выхлопных газов, содержащего поршневую группу в составе поршней и штоков, трубу охлаждения поршней и штоков, цилиндр двигателя, систему управления, клапан подачи выхлопных газов, турбину, насос охлаждающей жидкости, вентилятор и радиатор, цилиндр двигателя и рубашку цилиндра двигателя, отличающийся тем, что поршневая группа в составе поршней и штоков выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль геометрической оси трубы охлаждения поршней и штоков, при повышении температуры поршневой группы и цилиндра система управления переводит клапан подачи выхлопных газов в открытое положение, при котором часть выхлопных газов поступает на турбину, турбина приводит во вращение насос охлаждающей жидкости и вентилятор, насос охлаждающей жидкости прокачивает охлаждающую жидкость через осевой канал охлаждающей жидкости поршневой группы, радиатор и снова к насосу охлаждающей жидкости и от насоса охлаждающей жидкости через полость между цилиндром и рубашкой цилиндра, радиатор и снова к насосу охлаждающей жидкости, тепловой поток от поршневой группы через стенки трубы охлаждения поршней и штоков поступает в циркулирующую по каналу трубы охлаждения поршней и штоков охлаждающую жидкость, тепловой поток от цилиндра переносится охлаждающей жидкостью в радиатор, радиатор обдувается воздухом из атмосферы, в результате чего тепло от поршневой группы и цилиндра через радиатор выбрасывается в атмосферу.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Требования к материалам и технологиям заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Принципиальная схема многоцилиндрового однотактного двигателя с внешней камерой сгорания показана на чертеже:

1 - камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 5 - поршень; 6, 17, 21, 22, 24, 28, 30, 35, 36 - канал; 7, 12, 15, 16 - клапан; 8, 9 - шток; 10, 11, 18, 19 - обратный клапан; 13 - шатун; 14 - коленвал; 20 - клапан подачи воздуха; 23 - турбина; 25 - насос прокачки охлаждающей жидкости; 26 - вентилятор; 27 - труба охлаждения поршней и штоков; 29 - радиатор; 31 - полость между цилиндром двигателя и рубашкой охлаждения цилиндра двигателя; 32 - цилиндр двигателя; 33 - рубашка охлаждения цилиндра двигателя; 34 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 37, 38 - термостат.

Изобретение относится к области охлаждения подвижных частей двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения поршней и штоков. Сущность изобретения заключается в том, что канал выхода охлаждающей жидкости из насоса прокачки охлаждающей жидкости энергией выхлопных газов соединен с каналами труб охлаждения поршней и штоков и каналами входа охлаждающей жидкости в полости между рубашками охлаждения и цилиндрами всех цилиндров двигателя. Каналы выхода охлаждающей жидкости из труб охлаждения поршней, штоков и цилиндров всех двигателей и каналы выхода из полостей между цилиндрами двигателей и рубашками охлаждения цилиндров двигателей всех цилиндров двигателя соединены каналом 40 с каналом входа в радиатор. Насос прокачки охлаждающей жидкости связан с турбиной, приводимой выхлопными газами. 1 ил.

Способ охлаждения поршней, штоков и цилиндра однотактного двигателя с внешней камерой сгорания насосом энергией выхлопных газов, содержащего поршневую группу в составе поршней и штоков, трубу охлаждения поршней и штоков, цилиндр двигателя, систему управления, клапан подачи выхлопных газов, турбину, насос охлаждающей жидкости, вентилятор и радиатор, цилиндр двигателя и рубашку цилиндра двигателя, отличающийся тем, что поршневая группа в составе поршней и штоков выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль геометрической оси трубы охлаждения поршней и штоков, при повышении температуры поршневой группы и цилиндра система управления переводит клапан подачи выхлопных газов в открытое положение, при котором часть выхлопных газов поступает на турбину, турбина приводит во вращение насос охлаждающей жидкости и вентилятор, насос охлаждающей жидкости прокачивает охлаждающую жидкость через осевой канал охлаждающей жидкости поршневой группы, радиатор и снова к насосу охлаждающей жидкости и от насоса охлаждающей жидкости через полость между цилиндром и рубашкой цилиндра, радиатор и снова к насосу охлаждающей жидкости, тепловой поток от поршневой группы через стенки трубы охлаждения поршней и штоков поступает в циркулирующую по каналу трубы охлаждения поршней и штоков охлаждающую жидкость и переносится охлаждающей жидкостью в радиатор, тепловой поток от цилиндра переносится охлаждающей жидкостью в радиатор, радиатор обдувается воздухом из атмосферы, в результате чего тепло от поршневой группы и цилиндра через радиатор выбрасывается в атмосферу.