Предполагаемое изобретение относится к машиностроению, конкретно к способам работы поршневых многотопливных двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением топливовоздушной смеси.
Экспериментами установлено, что при степени сжатия в 8,5, когда давление сжатой Рабочей Смеси достигает 18-20 атмосфер, при использовании 92 бензина, детонационно сгорает от 3 до 5% паров топлива - предельно приемлемый показатель, а при достижении давления сжатия в 34 атмосфер (степень сжатия 22-23), то Рабочая Смесь с парами 92 бензина будет на 100% сгорать в режиме детонации - объемного взрыва.
Соколик А.С. Сгорание в транспортных поршневых двигателях. Издательство АН СССР, 1951, стр. 37. [1]
Детонационная стойкость или октановое число марок бензина и соответствующая им степень сжатия (далее СС) определены и используется при конструировании двигателей с принудительным воспламенением.
Октановое число и степень сжатия. AVTO - BLOGGER.RU YOUTUBE [2]
Известно что «…сжатая рабочая топливовоздушная смесь может сгорать в двух режимах отличающихся интенсивностью горения и скоростью этого процесса:
А) нормальное горение - со скоростью горения 20-30 м/сек.;
Б) взрывное (детонационное) сгорание - со скоростью около 2000 м/сек.;
При этом температура газов горения резко повышается - до 3500 - 4000 градусов Цельсия,
…Если бы удалось использовать могучую энергию и высокий КПД детонационного режима сгорания топлива, то появился бы двигатель внутреннего сгорания, который бы значительно превысил нынешний уровень КПД современных поршневых двигателей, а удельная мощность (отношение веса двигателя к его мощности) в два раза бы превзошла современных лидеров этого показателя - газовые турбины с их 6 кВт на 1 кг веса.»
Возможен ли детонационный двигатель? И. Исаев. [3]
Известны двигатели внутреннего сгорания с золотниковым (бесклапанным) газораспределением, которое осуществляется постоянно вращающимися цилиндрическими, коническими или дисковыми золотниками
А.С. Орлин, «Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчеты на прочность поршневых двигателей», М., Машиностроение, 1984 г.. стр. 284-287. [4]
К основным недостаткам золотникового газораспределения следует отнести:
- расходы на обеспечение высокой точности изготовления, проблемы с охлаждением и смазкой; и низкая степень герметичности цилиндрических и конических золотников, а также неработоспособность в режиме детонационного воспламенения топливовоздушной смеси
Известны:
1. двигатель внутреннего сгорания по Патенту РФ 2159857 с регулируемыми: степенью сжатия перемещением головки; фазами газораспределения перемещением относительно друг друга профилированных окон впуска вставленных в друг друга золотника, втулки и цилиндра и с винтовым нагнетателем воздуха на торце золотника вращающегося вокруг цилиндра.
Миронов А.А. Двигатель внутреннего сгорания с золотниковым газораспределительным механизмом № RU 2159857, 2000 г. [5]
2. двигатель внутреннего сгорания по АС СССР № 1590571 с впускным и выпускным вращающимися цилиндрическими золотниками с впускными и выпускными радиальными окнами и имеющий каждый нагнетающий и отсасывающий винтовые лопасти установленных в отверстиях головки цилиндра.
Миронов А.А. Двигатель внутреннего сгорания с золотниковым механизмом газораспределения № RU 211590571, 1988 г. [6]
Технической проблемой приведенных известных двигателей является невозможность работы в режиме детонационного воспламенения топливовоздушной смеси т.к. основной целью их конструкций является противодействие к возникновению детонационного воспламенения в многотопливных двигателях.
Наиболее близким техническим решением является двигатель внутреннего сгорания по Патенту РФ № 92476, с дисковым золотниковым механизмом газораспределения с золотником, выполненный в виде диска, прижатого пружиной к рабочей плоскости головки блока цилиндров, с осью вращения, совпадающей с осью цилиндра, и отверстием, предназначенным для открытия впускного и выпускного каналов головки блока цилиндров и кинематически связанный с механизмом его управления его движением.
Патент РФ на полезную модель № 92476. [7]
Технической проблемой полезной модели является невозможность работы в режиме детонационного воспламенения топливовоздушной смеси.
Цель предполагаемого изобретения повышение мощности, экономичности, надежности и экологической чистоты:
1. после впрыска топлива с созданием бедной топливовоздушной смеси при достижении в камере сгорания давления от 1,0 до 1,5 МПА в зависимости марки бензина от А72 до А95 от полости камеры сгорания отделяют две детонационные камеры; принудительное детонационное искровое воспламенение в камере сгорания производится при достижении давления в камере сгорания 2,0 Мпа, а детонационное самовоспламенение в впервой детонационной камере после 25 град. оборота от ВМТ при поступлении в его полость газов из камеры сгорания с давлением 5,0 Мпа и с температурой выше 1000 град., а во второй детонационной камере после 50 град оборота от ВМТ при поступлении в его полость газов из камеры сгорания с давлением 5,0 Мпа и с температурой выше 1000 град.
2. двухтактный многотопливный двигатель реализующий способ имеет: цилиндр с резьбой и головку цилиндра в форме цилиндрического стакана с внешней резьбой, с впускным осевым окном. впускно-детонационным отверстием, вставленный плоскую цилиндрический диск двумя последовательно расположенными детонационными камерами, каждая с впускно-детонационными отверстием на окружности расположения впускно-детонационного отверстия головки цилиндра, осевой цилиндрической втулкой с торцевой шестерней привода вращения и винтовой лопастью.
3. две свечи искрового зажигания диаметрально установлены в цилиндр.
4. полость головки разделена втулкой на промежуточную и нагнетательную полости сообщающиеся радиальными отверстиями втулки.
Предполагаемое изобретение устроено следующим образом:
Двигатель состоит блока цилиндров 1 коленвала 2; шатуна 3; цилиндра 4 с внутренней резьбой 5 на торце, с радиальными выпускными щелями 6 и с радиально-диаметральными свечами искрового зажигания 7 и 8; поршня 9, стаканчатой головки цилиндра 10 кинематически 11 связанной с механизмом 12 управления вращения. Головка 10 резьбой 13 установлена в резьбу 5 цилиндра 4.
Головка 10 имеет: центральную клапан-форсунку 14 с гидроприводом 15 и с топливной системой 16; центральное впускное окно 17 и впускно-детонационное 18 отверстие.
Система детонационного воспламенения состоит из плоского круглого детонационного диска 19, с детонационными камерами 20 и 21 с впускно-детонационными отверстиями 22 и с осевой полой цилиндрической втулки 23 с винтовой лопастью 24 и торцевой шестерней 25 кинематически 26 связанной с механизмом 27 управления его вращением и имеет радиальные отверстия 28.
К система зажигания с распределителем зажигания 29 подключены две свечи искрового зажигания 7 и 8 установленные диаметрально в цилиндре 4.
Камера сгорания 30 ограничена поверхностями стенки цилиндра 4, днищ головки 10, поршня 9 и клапан - форсунки 14.
Втулка 23 диска 19 разделяет полость головки 10 на переходную 31 и нагнетательную 31 полости разделенные втулкой 24 и сообщающиеся через радиальные отверстия 28.
Имеется выпускной коллектор 33.
На рис. 1 показана принципиальная схема предполагаемого изобретения;
На рис. 2 - Сечение А-А;
На рис. 3 - Сечение В-В;
На рис. 4 - Сечение С-С;
На рис. 5 - Сечение Д-Д;
На рис. 6 - индикаторные диаграммы дизельного прототипа и предполагаемого изобретения;
Предполагаемое изобретение работает следующим образом.
Соотношение хода и диаметра поршня Хп/Дп не менее 1,4.
Вращение детонационного диска 19 механизмом 27 через кинематическую связь 26 с шестерней 25 на торце втулки 23 постоянна.
Двухтактный цикл совершается за один оборот детонационного дискового 19 равного одному обороту коленчатого вала 2 двигателя, т.е. за 360 град.
МНОГОТОПЛИВНОСТЬ.
При смене топлива с маркой от А72 до АИ95 изменение геометрической степени сжатия/СС т.е. расчетное расстояние хода поршня 9 с момента конца впуска до ВМТ вращением головки 10 соединенной резьбой вдоль оси цилиндра 4 при вращении головки 10 механизмом 12 через кинематическую связь 11, с резьбой 5 цилиндра 4. При его перемещении вдоль оси цилиндра 4 устанавливается СС, при котором топливовоздушная смесь в камере сгорания не самовоспламеняется детонационно.
Выпуск выхлопных газов через коллектор 33 производится при открытии поршнем 9 радиальных выпускных щелей 6.
Фаза продувки при совпадении начала фазы впуска и до конца фазы выпуска.
Впуск в камеру сгорания 30 свежего заряда воздуха из промежуточной полости 31 через радиальные отверстия 28 втулки детонационного диска 19 в нагнетательной полость 32 под давлением созданным винтовой лопастью 24 при вращении детонационного диска 19 при открытии клапан - форсункой 14 впускного окна 17 головки 10.
Впрыск топлива производится клапан форсункой 14 управляемым системой питания 16. Объем впрыскиваемого топлива соответствует образованию в камере сгорания 30 бедной топливовоздушной смеси.
Впуск в детонационные камеры 20 и 20 вращающегося детонационного доска 19, при закрытом клапан-форсунке 14, поочередно при совпадение их впускного детонационного отверстия 22 с впускным детонационным отверстием 18 головки 10.
ПЕРВОЕ детонационного воспламенения в камере сгорания 30 инициированного принудительным воспламенением бедной топливовоздушной смеси при давлении 1,8 МПа для А72 и 2,3 Мпа для АИ95 одновременно в двух точках свечами 7 и 8 установленных в цилиндре 4 и с разницей в 20 град. производится ВТОРОЕ детонационное воспламенение в камере 20 при поступлении горячей газов с давлением 5,0 и температурой выше 2000 град. из камеры сгорания 30 через впускное детонационное отверстие 22 детонационного диска 19 и 18 головки 10.
Горячие газы с температурой свыше 2000 град. и давлением до 9,0 МПа из детонационной камеры 20 по впускным детонационным отверстиям 22 детонационного диска и 18 головки 10 проходят в камеру сгорания 30 повышают давление свыше 8,0 МПа.
С разницей от ПЕРВОГО в 50 град. и от ВТОРОГО в 25 град. оборота коленвала 2 производится ТРЕТЬЕ детонационное воспламенение в детонационной камере 21 детонационного диска 19 в результате поступления горячей газов с давлением 5,0 МП и температурой выше 2000 град. из камеры сгорания 30 через впускное детонационное отверстие 22 детонационного диска 19 и 18 головки 10.
Горячие газы с температурой свыше 2000 град. и давлением до 9,0 МПа из детонационной камеры 20 по впускным детонационным отверстиям 22 детонационного диска и 18 головки 10 проходят в камеру сгорания 30 повышают давление свыше 8,0 МПа.
Дальнейшие рабочие процессы аналогичны процессам аналогов и прототипов с принудительным воспламенением от сжатия.
Предполагаемое изобретение обеспечивает:
1. Не менее чем 3 кратное увеличение мощности т.к. в камере сгорания предполагаемый способ работы детонационного обеспечивает давление в камере сгорания выше 5,0 МПа в течении до 60 град. оборота коленвала по сравнению с обычным двигателем с воспламенением от сжатия, у которых давление свыше 5,0 МПа держится не более 15 град. оборота.
2. Надежность обеспечивается за счет создания бедной топливовоздушной смеси что обеспечивает ограничение максимального давления в камере не выше 10 МПА соответствующей расчетному по коэффициенту запаса прочности.
3. Не менее чем 2 кратное снижение расхода топлива т.к. при равном расходе топлива.
Повышение мощности, экономичности надежности подтверждается проведенным термодинамическими расчетами дизельного ПРОТОТИПА и предполагаемого изобретения при одинаковых степенях сжатия СС=21, ходах поршня и диаметра поршней в Хп=75 мм и Дп=50 мм.
«Тепловой и динамический расчет ДВС». БНТУ, МО Республики Беларусь, 2014 г. [8]
4. Повышение экологической чистоты выхлопных газов т.к. бедная топливовоздушная смесь с детонационным воспламенением при температурах свыше 2000 град. гарантированно способствует полное окисление составляющих бензин углеводородных соединений.
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ детонационной работы двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением топливовоздушной смеси при достижении давления в камере сгорания (30) обеспечивающего сгорание заключается в том, что после впрыска топлива с созданием бедной топливовоздушной смеси при достижении в камере сгорания (30) давления 1,0 - 1,5 МПА от полости камеры сгорания (30) отделяют две детонационные камеры (20). Принудительное детонационное искровое воспламенение в камере сгорания (30) производится при достижении давления в камере сгорания (30) 2,0 МПА. Детонационное самовоспламенение производится в впервой детонационной камере (20) после 25 градусов оборота коленчатого вала (2) от ВМТ при поступлении в его полость газов из камеры сгорания (30) с давлением 5,0 МПА и с температурой выше 1000 градусов Цельсия. Во второй детонационной камере детонационное самовоспламенение производится после 50 градусов оборота коленчатого вала (2) от ВМТ при поступлении в ее полость газов из камеры сгорания с давлением 5,0 МПА и с температурой выше 1000 градусов Цельсия. Раскрыт двухтактный многотопливный двигатель внутреннего сгорания. Технический результат заключается в повышении мощности и надежности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Способ детонационной работы двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением топливовоздушной смеси при достижении давления в камере сгорания обеспечивающего сгорание, заключающийся в том, что после впрыска топлива с созданием бедной топливовоздушной смеси при достижении в камере сгорания давления 1,0-1,5 МПА от полости камеры сгорания отделяют две детонационные камеры принудительное детонационное искровое воспламенение в камере сгорания производится при достижении давления в камере сгорания 2,0 МПА, а детонационное самовоспламенение производится в впервой детонационной камере после 25 градусов оборота коленчатого вала от ВМТ, при поступлении в его полость газов из камеры сгорания с давлением 5,0 МПА и с температурой выше 1000 градусов Цельсия, а во второй детонационной камере детонационное самовоспламенение производится после 50 градусов оборота коленчатого вала от ВМТ, при поступлении в ее полость газов из камеры сгорания с давлением 5,0 Мпа и с температурой выше 1000 градусов Цельсия.
2. Двухтактный многотопливный двигатель внутреннего сгорания прямоточный, с регулируемыми в зависимости от октанового или цетанового числа топлива и оборотов двигателя, степенью сжатия, углом опережения зажигания, впрыска топлива, содержащий цилиндрическую головку с внешней резьбой, соединенную с цилиндром, центральный клапан - форсунку с гидроприводом, систему питания, отличающийся тем, что двигатель снабжен плоским детонационным диском с двумя диаметральными детонационными камерами, каждая из которых снабжена впускным детонационными отверстием и осевой цилиндрической втулкой детонационного диска с торцевой шестерней привода вращения и винтовой лопастью, головка цилиндра выполнена в форме цилиндрического стакана и снабжена впускным детонационным отверстием, причем впуск в камеру сгорания свежего заряда воздуха осуществляется через радиальные отверстия цилиндрической втулки детонационного диска.
3. Двухтактный многотопливный двигатель внутреннего сгорания по п. 2, отличающийся тем, что две свечи искрового зажигания диаметрально установлены в цилиндр.
4. Двухтактный многотопливный двигатель внутреннего сгорания по п. 2, отличающийся тем, что полость головки разделена втулкой.
| Двигатель внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия | 1986 |
|
SU1416722A2 |
| Бесшатунный поршневой ДВС, работающий на энергии детонации топливно-воздушной смеси | 2018 |
|
RU2711853C1 |
| Поршневой двигатель внутреннего сгорания | 2017 |
|
RU2698383C2 |
| US 9739193 B2, 22.08.2017 | |||
| US 5239959 A, 31.08.1993 | |||
| СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЖНОГО ПОКРОВА У ТЯЖЕЛООБОЖЖЕННЫХ | 1991 |
|
RU2010028C1 |
