Поршневой двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1990 года по МПК F02G1/02 F02G3/02 

Фиг

, rJ

автоматическими клапанами 15 и 16, ра- оочий 7 и компрессорный 14 поршни, соединенные шатунами 8 и 37 с коленчатым ва- юм 9. Цилиндры сообщаются между собой но каналу 18. Двигатель также снабжен вращающимся цилиндрическим регенератором 11, насадка 12 которого содержит пакет реберных решеток. Внутри компрессорного цилиндра 13 размещены теплообмен- ные поверхности, охлаждающие воздух при сжатии. Сжатый в компрессорном цилиндре 13 воздух по каналу 18 перетекает в рабочий цилиндр 2, проходя через реберные решетки-насадки 12 вращающегося цилиндрического регенератора, и нагревается от них. После впрыска топлива форсункой 10 происходит его воспламенение и сгорание, расширение отработавших газов и их выпуск. На такие выпуски отработавшие газы проходят через реберные решетки-насадки 12 вращающегося цилиндрического теплообменника, нагревая их. 2 з. п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение позволяет повысить КПД поршневого двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: насадка цилиндрического регенератора выполнена в виде заключенного между верхней и нижней реберными решетками пакета реберных решеток, разделенных при помощи упругих элементов и контактирующих по поверхности ребер с размещением ребер каждой решетки пакета между ребрами двух соседних решеток, вал регенератора связан с нижней реберной решеткой с возможностью совместного возвратно-поступательного перемещения вдоль оси рабочего цилиндра, верхняя реберная решетка выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно вала и кинематически связана с выпускным клапаном, и компрессор снабжен устройством для охлаждения сжатого воздуха. Компрессор выполнен в виде поршневой машины, цилиндр которой снабжен теплообменными поверхностями, размещенными в нем. Ребра верхней и нижней решеток насадки цилиндрического регенератора в поперечном сечении выполнены в форме трапеции, а ребра решеток пакета - в форме ромба со срезанными острыми углами. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1444548.

Цель изобретения - повышение КПД двигателя.

На фиг. 1 приведен двигатель, разрез по оси рабочего цилиндра и по оси компрессорного цилиндра в процессе впуска сжатого воздуха в рабочий цилиндр и в процессе сжатия в компрессоре; на фиг. 2 - то же, в процессе расширения в рабочем цилиндре и нагнетания в компрессоре; на фиг. 3 - то же, в процессе выпуска из рабочего цилиндра и впуска в компрессоре; на фиг. 4 - регенератор с цилиндрической насадкой в сложенном виде в момент между окончанием выпуска и началом впуска; на фиг. 5 - то же, во время впуска в рабочий цилиндр; на фиг. 6 - то же, во время расширения сжатого воздуха в теплообменнике и расширения газов в двигателе; на фиг. 7 - то же, во время выпуска отработавших газов; на фиг. 8 - узел I на фиг. 7; на фиг. 9 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 10 - разрез Б-Б на фиг. 6; на фиг. 11 - разрез В-В на фиг. 9.

Двигатель содержит корпус 1, рабочий цилиндр 2, снабженный впускным клапаном 3 со штоком 4 и выпускным клапаном 5 со штоком 6, поршень 7 размещенный в рабочем цилиндре 2 и связанный через шатун 8 с коленчатым валом 9, форсунку 10, цилиндрический регенератор 11 с насадкой 12 размещенный в рабочем цилиндре 2 между клапанами 3 и 5, компрессорный цилиндр 13 с компрессорным поршнем 14 и самодействующими впускным 15 и перепускным 16 клапанами, установленными во впускном 17 ч перепускном 18 каналах. Рабочий цилиндр 2 и компрессорный цилиндр 13 сообщены между собой через впускной 3 и перепускной 16 клапаны при помощи перепускного канала 18.

Насадка 12 цилиндрического регенератора 11 выполнена в виде пакета 19 реберных решеток 20 и 21, заключенного между верхней 22 и нижней 23 реберными решетками. Нижняя реберная решетка 23 связана с валом 24 цилиндрического реге0 нератора 11 с возможностью совместного возвратно-поступательного перемещения вдоль оси рабочего цилиндра 2. Верхняя реберная решетка 22 имеет втулку 25, которая установлена соосно валу 24 цилиндри - ческого регенератора 11 и кинематически связана с ним при помощи шлицевого соединения, благодаря чему она имеет возможность возвратно-поступательного перемещения совместно с верхней реберной решеткой 22 относительно вала 24. Кроме того, втул0 ка 25 кинематически связана со штоком 6 выпускного клапана 5. Реберные решетки 20 и 21 пакета 19 отделены друг от друга и от верхней 22 и нижней 23 реберных решеток при помощи упругих элементов 26, выполненных в виде пары тарельчатых пру5 жин, зафиксированных штифтами 27. Реберные решетки 20 и 21 не соприкасаются с валом 24, и вращательное движение к ним передается через тарельчатые пружины упругих элементов 26 от верхней реберной решетки 22.

0

Ребра верхней 22 и нижней 23 реберных решеток в поперечном сечении выполнены в форме трапеции, а ребра решеток 20 и 21 пакета 19 - в форме ромба со срезан5 ными острыми углами.

В плане ребра каждой решетки представляют собой набор концентрических колец, соединенных радиальными ребрами. В положении насадки 12 цилиндрического регенератора 11, соответствующем крайнему верх0 нему расположению нижней реберной решетки 23, реберные решетки контактируют по поверхностям ребер с размещением ребер каждой решетки пакета 19 между ребрами двух соседних решеток.

Компрессорные цилиндр 13 и поршень 14

5 снабжены теплообменными поверхностями, выполненными в виде ребер. В ребрах 28 компрессорного цилиндра 13 выполнены охлаждающие каналы 29, по которым циркулирует охлаждающая жидкость, подводимая по трубе 30 и отводимая по трубе 31.

Ребра 32 компрессорного поршня 14 соединены в блок 33, закрепленный на торце компрессорного поршня 14 при помощи плоской пружины 34. Концы пластин пружины 34 соединены между собой шарнирами 35. Между ребрами 28 компрессорного цилиндра 13 установлены амортизирующие прокладки 36, выполненные из эластомера. Ребра 32 и 28 выполнены в плане прямолинейными. Коленчатый вал 9 соединен с компрессорным поршнем 14 при помощи шатуна 37. Двигатель снабжен трубкой 38 для подвода сжатого воздуха при пуске, распределительным валом 39, кинематически связанным с коленчатым валом 9 и воздействующим на коромысла 40 и 41 выпускного 5 и впускного 3 клапанов рабочего цилиндра 2. Кроме того, двигатель снабжен механизмом 42 вращения регенератора, кинематически связанным с валом 24.

Коромысло 43 связано с валом 24 и-сооб- щает ему возвратно-поступательное перемещение. Поршень 7 рабочего цилиндра 2 снабжен укрепленной на его торце керамической теплоизолирующей накладкой 44.

Поршни 7 и 14, а также верхняя 22 и нижняя 23 решетки цилиндрического регенератора снабжены уплотнениями в виде компрессионных колец. Штоки 4 к 6 клапанов, вал 24 и втулка 25 также имеют уплотнения.

Двигатель работает следующим образом.

В компрессорном цилиндре 13 при движении поршня 14 вверх производится сжатие воздуха с отводом тепла, выделившегося при сжатии, к ребрам 28 и 32, благодаря чему процесс сжатия приближен к изотермическому. Когда давление воздуха в компрессорном цилиндре 13 выше давления в перепускном канале 18, открывается перепускной клапан 16 и производится нагнетание воздуха в перепускной канал 18.

При приближении компрессорного поршня 14 к верхней мертвой точке ребра 32 по своим боковым поверхностям вступают в контакт с ребрами 28. При этом теплота, накопленная в процессе сжатия блоком 33 ребер 32 компрессорного поршня 14, отводится к ребрам 28 и уносится охлаждающей жидкостью, циркулирующей по каналам 29. При дальнейшем движении поршня 14 к верхней мертвой точке сжимается пружина 34, деформируя амортизирующие прокладки 36 и прижимная ребра 32 к ребрам 28. После прихода компрессорного поршня 14 в верхнюю мертвую точку клапан 16 закрывается.

В начале движения вниз компрессорного поршня 14 открывается впускной клапан 15, обеспечивая всасывание воздуха по впускному каналу 17 в полость компрессорного цилиндра 13. При этом, пока усилие

плоской пружины 34 больше усилия сжатия амортизирующих прокладок 36, ребра 32оста- ются прижатыми к ребрам 28. Когда пружина 34 разжимается, блок 33 ребер 32 начинает движение вниз вслед за компрессорным поршнем 14. После достижения компрессорным поршнем 14 нижней мертвой точки рабочий цикл компрессора повторяется.

В процессе работы двигателя механизм 42 вращения постоянно сообщает вращательное движение регенератору 11 через вал 24.

В рабочем цилиндре 2 в начале движения вниз поршня 7 коромысло 41 открывает впускной клапан 3, а коромысло 43 через вал 24 передвигает вниз нижнюю

5 реберную решетку 23. За счет упругих элементов 26 реберные решетки 20 и 21 сдвигаются вниз, образуя между ребрами зазоры. Сжатый воздух из перепускного канала 18 поступает в рабочий цилиндр 2, проходит через насадку 12 цилиндрическо- го регенератора 11, нагреваясь в ней. Когда до закрытия впускного клапана 3 остается время, соответствующее времени задержки воспламенения, с помощью фореун- ки 10 осуществляется впрыск топлива.

5 После прохождения поршнем 7 10-15% рабочего хода коромысло 41 закрывает впускной клапан 3, после чего происходит воспламенение топлива в горячем воздухе. Поршень 7 продолжает двигаться вниз осуществляя рабочий ход. Одновременно после

0 закрытия впускного клапана 3 коромысло 43 через вал 24 перемещает нижнюю реберную решетку 23 вниз со скоростью, пропорциональной скорости поршня 7. При этом между реберной решеткой 21 и нижней реберной решеткой 23 образуется полость,

5 в которую перетекает, расширяясь, сжатый воздух, находившийся в полостях между решетками 20-22.

После прихода поршня 7 в нижнюю

0 мертвую точку коромысло 40 открывает выпускной клапан 5. Вместе с ним благодаря кинематической связи втулки 25 с выпускным клапаном 5 сдвигается вниз верхняя реберная решетка 22 и решетки 20 и 21 пакета. Затем поршень 7 движет5 ся вверх, вытесняя отработавшие газы, которые при этом проходят через реберные решетки, отдавая им тепло. При подходе поршня 7 к нижней реберной решетке 23 коромысло 43 через вал 24 перемещает ее вверх, а коромысло 40 переме0 щает вверх выпускной клапан 5, закрывая его, при этом вместе с клапаном 5 перемещается вверх также втулка 25 с верхней реберной решеткой 22. Вместе с реберными решетками 22 и 23 движутся вверх решет5 ки 20 и 21 пакета 19. В момент прихода поршня 7 в верхнюю мертвую точку выпускной клапан 5 закрывается, а реберные решетки плотно складываются, контакпуя друг с другом по поверхностям ре- ф. Затем цикл повторяется.

Формула изобретения

53

фиг..

ного перемещения вдоль оси рабочего цилиндра, верхняя реберная решетка выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно вала и ки- нематически связана с выпускным клапаном, и компрессор снабжен устройством для охлаждения сжатого воздуха.

поршневой машины, цилиндр которой снабжен теплообменными поверхностями, размещенными в нем.

4Ш

50 Л6

1

л

-fc

с .°0

л

ел оо о о ш -

Г-.

n о o

CO Ю

JSl

o

)

8r-

CO

о О oo

LTl

Si