Способ бесконтактного охлаждения поршней и штоков однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха 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 - исключить потери охлаждающей жидкости при охлаждении поршней и штоков однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха.

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. фигуру) 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 рисунку) рабочую 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, компрессорной, полости поршня 4 воздуха больше давления продуктов сгорания в его нижней полости. Поэтому воздух из верхней, компрессорной, полости поршня 4 через обратный клапан 10 поступает во внешнюю камеру сгорания 1, поддерживая в ней процесс горения подаваемого форсункой 2 топлива. В нижнюю, компрессорную, 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 выбрасывается 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, компрессорную, 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. Клапаны 20, 21, 22 служат для обеспечения рециркуляции выхлопных газов (патент 2538231), реверсирования вращения коленчатого вала (патент 2538429) и оптимизации процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре двигателя (патент 2543908).

Бесконтактное охлаждение поршневых групп двигателя осуществляется следующим образом. При повышении температуры поршневой группы в составе поршней 4, 5 и штоков 8, 9 система управления переводит клапан подачи воздуха 23 в открытое положение. Сжимаемый в верхней, компрессорной, полости поршня 4 и в нижней, компрессорной, полости поршня 5 воздух по каналам 24, 25 поступает на турбину 26 и, отработав в ней, выбрасывается в атмосферу по каналу 27. Площадь критического сечения сопла турбины выполняется так, чтобы на турбину поступала только часть сжимаемого в компрессорных полостях поршней 4, 5 воздуха, обеспечивающая ее оптимальную производительность. Турбина 26 приводит во вращение насос охлаждающей жидкости 28 и вентилятор 29. Насос охлаждающей жидкости 28 прокачивает охлаждающую жидкость по маршруту: канал неподвижной трубы 30, канал 31, радиатор 32 и снова насос охлаждающей жидкости 28. Тепловой поток от поршневой группы в составе поршней 4, 5 и штоков 8, 9, выполненной с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль неподвижной трубы 30, через зазор между ней и неподвижной трубой 30 поступает в охлаждающую жидкость и переносится в радиатор 32, который обдувается вентилятором 29. Воздух для вентилятора 29 забирается из атмосферы по каналу 33. Направление потока воздуха показано стрелками. В результате тепло от поршневой группы выбрасывается в атмосферу. Система управления датчиком температуры охлаждающей жидкости 34 контролирует температуру охлаждающей жидкости и при понижении ее ниже оптимальной величины закрывает клапан 23. Циркуляция охлаждающей жидкости прекращается, и температура поршневой группы повышается.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ бесконтактного охлаждения поршней и штоков однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха, содержащего поршневую группу в составе двух поршней и двух штоков, неподвижную трубу, систему управления, клапан подачи сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха, турбину, радиатор, насос охлаждающей жидкости и вентилятор, отличающийся тем, что поршневая группа однотактного двигателя с внешней камерой сгорания выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль неподвижной трубы с зазором между поршневой группой и неподвижной трубой, при повышении температуры поршневой группы однотактного двигателя с внешней камерой сгорания в составе поршней и штоков система управления переводит клапан подачи сжимаемого в компрессорных полостях поршней однотактного двигателя с внешней камерой сгорания воздуха в открытое положение, при котором часть сжимаемого в компрессорных полостях поршней однотактного двигателя с внешней камерой сгорания воздуха поступает на турбину, которая приводит во вращение насос охлаждающей жидкости и вентилятор, насос охлаждающей жидкости прокачивает охлаждающую жидкость через канал внутри неподвижной трубы и радиатор, тепловой поток от поршневой группы однотактного двигателя с внешней камерой сгорания через зазор между поршневой группой однотактного двигателя с внешней камерой сгорания и неподвижной трубой поступает в охлаждающую жидкость, циркулирующую по каналу неподвижной трубы, и переносится в радиатор, который обдувается вентилятором, в результате тепло от поршневой группы выбрасывается в атмосферу.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фигура. Принципиальная схема однотактного двигателя с внешней камерой сгорания.

1 - камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 5 - поршень; 6, 17, 24, 25, 27, 31, 33 - канал; 7, 12, 15, 16, 20, 21, 22 - клапан; 8, 9 - шток; 10, 11, 18, 19 - обратный клапан; 13 - шатун; 14 - коленвал; 23 - клапан подачи воздуха; 26 - турбина; 28 - насос охлаждающей жидкости; 29 - вентилятор; 30 - неподвижная труба; 32 - радиатор; 34 - датчик температуры охлаждающей жидкости.

Изобретение относится к области охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является уменьшение потерь охлаждающей жидкости. Сущность изобретения заключается в том, что поршневая группа двигателя выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль неподвижной трубы с зазором. При повышении температуры поршневой группы в составе поршней и штоков система управления переводит клапан подачи сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха в открытое положение. Часть сжимаемого воздуха поступает на турбину, которая приводит во вращение насос охлаждающей жидкости и вентилятор. Насос прокачивает охлаждающую жидкость через канал внутри неподвижной трубы и радиатор, который обдувается вентилятором. Система управления контролирует температуру охлаждающей жидкости и при ее понижении закрывает клапан в компрессорных полостях. Циркуляция охлаждающей жидкости прекращается. 1 ил.

Способ бесконтактного охлаждения поршней и штоков однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха, содержащего поршневую группу в составе двух поршней и двух штоков, неподвижную трубу, систему управления, клапан подачи сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха, турбину, радиатор, насос охлаждающей жидкости и вентилятор, отличающийся тем, что поршневая группа однотактного двигателя с внешней камерой сгорания выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль неподвижной трубы с зазором между поршневой группой и неподвижной трубой, при повышении температуры поршневой группы однотактного двигателя с внешней камерой сгорания в составе поршней и штоков система управления переводит клапан подачи сжимаемого в компрессорных полостях поршней однотактного двигателя с внешней камерой сгорания воздуха в открытое положение, при котором часть сжимаемого в компрессорных полостях поршней однотактного двигателя с внешней камерой сгорания воздуха поступает на турбину, которая приводит во вращение насос охлаждающей жидкости и вентилятор, насос охлаждающей жидкости прокачивает охлаждающую жидкость через канал внутри неподвижной трубы и радиатор, тепловой поток от поршневой группы однотактного двигателя с внешней камерой сгорания через зазор между поршневой группой однотактного двигателя с внешней камерой сгорания и неподвижной трубой поступает в охлаждающую жидкость, циркулирующую по каналу неподвижной трубы, и переносится в радиатор, который обдувается вентилятором, в результате тепло от поршневой группы выбрасывается в атмосферу.