Способ охлаждения поршней, штоков и цилиндра 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 - обеспечить охлаждение поршней, штоков и цилиндра 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 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 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. Одновременно 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 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, 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).

Охлаждение поршневых групп и цилиндра двигателя энергией сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха осуществляется следующим образом. При повышении температуры поршневой группы в составе поршней 4, 5 и штоков 8, 9 или цилиндра двигателя 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. Турбина 26 приводит во вращение насос охлаждающей жидкости 28 и вентилятор 29. Насос охлаждающей жидкости 28 прокачивает охлаждающую жидкость по двум маршрутам. Один маршрут: насос охлаждающей жидкости 28, канал поршневой группы 30, канал 31, радиатор 32 и снова насос охлаждающей жидкости 28. Другой маршрут: насос охлаждающей жидкости 28, канал 33, полость 34 между цилиндром двигателя 35 и рубашкой цилиндра двигателя 36, канал 31, радиатор 32 и снова насос охлаждающей жидкости 28. Радиатор 32 обдувается вентилятором 29. Направление потока воздуха от вентилятора 29 к радиатору 32 показано стрелками. Забор воздуха из атмосферы для обдува вентилятора 29 происходит по каналу 37. В результате тепло от поршневой группы и цилиндра двигателя через радиатор 32 выбрасывается в атмосферу. Система управления датчиком температуры охлаждающей жидкости 38 контролирует температуру охлаждающей жидкости и при понижении ее ниже оптимальной величины закрывает клапан подачи воздуха 23. Циркуляция охлаждающей жидкости прекращается, и температура охлаждающей жидкости повышается. Термостаты 39, 40 служат для управления температурой соответственно поршней, штоков и цилиндра.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ охлаждения поршней, штоков и цилиндра однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха, содержащий поршневую группу в составе поршней и штоков, цилиндр с полостью между цилиндром и рубашкой цилиндра, систему управления, клапан подачи воздуха из компрессорных полостей поршней, турбину, насос охлаждающей жидкости, вентилятор, радиатор и датчик температуры охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что при повышении температуры поршней, штоков и цилиндра однотактного двигателя с внешней камерой сгорания система управления переводит клапан подачи воздуха из компрессорных полостей поршней в открытое положение, при котором часть сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха поступает на турбину и, отработав в ней, выбрасывается в атмосферу, турбина приводит во вращение насос охлаждающей жидкости и вентилятор, насос охлаждающей жидкости прокачивает охлаждающую жидкость от насоса охлаждающей жидкости, через канал поршневой группы, радиатор и снова к насосу охлаждающей жидкости и от насоса охлаждающей жидкости через полость между цилиндром и рубашкой однотактного двигателя с внешней камерой сгорания и снова к насосу охлаждающей жидкости, радиатор обдувается вентилятором, в результате тепло от поршневой группы и цилиндра однотактного двигателя с внешней камерой сгорания через радиатор выбрасывается в атмосферу.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Требования к материалам и технологиям заявленного изобретения 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, 37 - 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 - канал поршневой группы; 32 - радиатор; 34 - полость между цилиндром двигателя и рубашкой цилиндра двигателя; 35 - цилиндр двигателя; 36 - рубашка цилиндра двигателя; 38 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 39, 40 - 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 при повышении температуры поршней, штоков и цилиндра двигателя выше оптимальной система управления переводит клапан подачи воздуха в открытое положение. Сжимаемый в компрессорных полостях воздух поступает на турбину и, отработав в ней, выбрасывается в атмосферу. Турбина приводит во вращение насос охлаждающей жидкости и вентилятор. Насос охлаждающей жидкости прокачивает охлаждающую жидкость через канал поршневой группы и через полость между цилиндром двигателя и его рубашкой. Радиатор обдувается вентилятором. В результате тепло от поршневой группы и цилиндра двигателя через радиатор выбрасывается в атмосферу. Система управления датчиком температуры охлаждающей жидкости контролирует температуру охлаждающей жидкости и при ее понижении закрывает клапан подачи воздуха. 1 ил.

Способ охлаждения поршней, штоков и цилиндра однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха, содержащий поршневую группу в составе поршней и штоков, цилиндр с полостью между цилиндром и рубашкой цилиндра, систему управления, клапан подачи воздуха из компрессорных полостей поршней, турбину, насос охлаждающей жидкости, вентилятор, радиатор и датчик температуры охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что при повышении температуры поршней, штоков и цилиндра однотактного двигателя с внешней камерой сгорания система управления переводит клапан подачи воздуха из компрессорных полостей поршней в открытое положение, при котором часть сжимаемого в компрессорных полостях поршней воздуха поступает на турбину и, отработав в ней, выбрасывается в атмосферу, турбина приводит во вращение насос охлаждающей жидкости и вентилятор, насос охлаждающей жидкости прокачивает охлаждающую жидкость от насоса охлаждающей жидкости, через канал поршневой группы, радиатор и снова к насосу охлаждающей жидкости и от насоса охлаждающей жидкости через полость между цилиндром и рубашкой однотактного двигателя с внешней камерой сгорания и снова к насосу охлаждающей жидкости, радиатор обдувается вентилятором, в результате тепло от поршневой группы и цилиндра однотактного двигателя с внешней камерой сгорания через радиатор выбрасывается в атмосферу.