ТЕПЛОВОЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ В.Н.МЕНЬШОВА Советский патент 1995 года по МПК F02G1/02 F02B75/12 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено в силовых установках с незамкнутым циклом.

Известен тепловой поршневой двигатель, содержащий по меньшей мере две пары цилиндров разного объема, первая пара включает цилиндры меньшего объема, а вторая пара цилиндры большего объема, рабочие поршни, размещенные внутри каждого цилиндра по одному с возможностью перемещения от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки и разделяющие объем каждого цилиндра на две полости: надпоршневую и подпоршневую, причем первая пара цилиндров сообщена через впускные клапаны с воздуховпускным трактом и через нагнетательные автоматические клапаны с перепускным каналом и теплообменником, размещенным в подогревателе, а вторая пара цилиндров сообщена через впускные управляемые клапаны с впускным каналом и теплообменником, а через выпускные клапаны с выхлопной магистралью, в которой установлен подогреватель, а поршни связаны с общим коленчатым валом.

В известном двигателе компрессор не имеет устройств для вытеснения рабочего тела при высоком давлении, что приводит к невысокому значению степени сжатия рабочего тела и уменьшению КПД.

Цель изобретения повышение КПД путем увеличения степени сжатия.

Для достижения цели в известном тепловом поршневом двигателе первая пара цилиндров дополнительно снабжена каналом, связывающим оба цилиндра, и управляемыми перепускными клапанами, установленными в стыке канала с каждым цилиндром и снабженными приводом с возможностью открытия каждого из управляемых клапанов в момент нахождения поршней первой группы цилиндров одного в верхней мертвой точке, а другого в нижней мертвой точке.

На чертеже изображен тепловой поршневой двигатель.

Тепловой поршневой двигатель состоит из двух пар цилиндров 1 и 2, в которых движутся поршни 3 и 4, связанные с общим коленчатым валом 5. Первая пара цилиндров 1 меньшего объема служит компрессором, впускные клапаны 6 которого выполнены управляемыми и сообщены с воздуховпускным трактом 7 и с атмосферой. Нагнетательные клапаны 8 выполнены автоматическими и сообщены через перепускной канал 9 с теплообменником 10. Кроме того, цилиндры 1 компрессора связаны между собой каналом 11, в котором на стыке канала с каждым цилиндром 1 установлены перепускные управляемые клапаны 12. Вторая пара цилиндров 2 большего объема является расширительными цилиндрами и сообщена через впускные управляемые клапаны 13 и впускной канал 14 с теплообменником 10. Выпускные клапаны 15 выполнены также управляемыми, сообщены через выхлопную магистраль 16 с подогревателем 17. Все управляемые клапаны имеют привод от общего газораспределительного вала 18. Теплообменник 10 размещен в подогревателе 17.

Тепловой поршневой двигатель работает следующим образом.

Вращая коленчатый вал 5, поршни 3 компрессора поочередно вытесняют воздух через автоматические нагнетательные клапаны 8 в перепускной канал 9 и теплообменник 10. Кулачки газораспределительного вала 18 открывают впускные клапаны 13 расширительных цилиндров 2 поочередно в верхней мертвой точке, в начале движения поршней 4 к нижней мертвой точке, впускают воздух в цилиндры 2 до объема, когда объем надпоршневой полости каждого из второй пары цилиндров 2 меньше объема одного из первой пары цилиндров 1 на величину степени сжатия, и перекрывают впускные клапаны 13, образуя камеры сжатия. Перед началом вращения коленчатого вала 5 во всех цилиндрах двигателя, в перепускном канале 9, теплообменнике 10 и впускном канале 14 давление атмосферное. Совершив один оборот коленчатого вала 5, поршни 3 компрессора вытесняют по одной порции воздуха в перепускной канал 9 и теплообменник 10, а впускается в расширительные цилиндры 2 часть этих порций, поскольку объем камер сжатия значительно меньше объема цилиндров 1 компрессора. Однако давление в перепускном канале 9, теплообменнике 10 и впускном канале 14 увеличилось незначительно, так как суммарный объем перепускного канала 9, теплообменника 10, впускного канала 14 и камер сжатия сравнительно большой. Затем давление в перепускном канале 9, теплообменнике 10, впускном канале 14 и в расширительных цилиндрах 2 до момента перекрытия впускных клапанов 13 с каждым оборотом коленчатого вала 5 увеличивается и через несколько оборотов давление устанавливается постоянным, так как порции воздуха, вытесненные поршнями 3 компрессора в перепускной канал 9, теплообменник 10 и впускной канал 14, и порции воздуха, впущенные в расширительные цилиндры 2 за каждый оборот коленчатого вала 5, равны. В двигателе с вращающимся коленчатым валом 5 с установившимся давлением в перепускном канале 9, теплообменнике 10 и впускном канале 14 в подогреватель 17 подают и воспламеняют топливо. Сжатый воздух в теплообменнике 10 нагревается, и давление в перепускном канале 9, теплообменнике 10, впускном канале 14 и расширительных цилиндрах 2 увеличивается. Совершается рабочий ход поршней 4 при постоянных температуре и давлении до момента перекрытия впускных клапанов 13. Далее расширение происходит без подвода теплоты до конца рабочего хода.

После расширения воздух выпускают через выпускные клапаны 15 и выхлопную магистраль 16 в подогреватель 17. Выпускные клапаны 15 расширительных цилиндров 2 перекрывают на такте выхлопа в момент нахождения поршней 4, когда объем надпоршневой полости каждого из второй пары цилиндров 2 больше объема надпоршневой полости в этих цилиндрах в момент нахождения поршней в верхней мертвой точке на величину степени сжатия. Поскольку в верхней мертвой точке в расширительных цилиндрах 2 есть подклапанный и надпоршневой объемы вредного пространства, то сжатие части выхлопных газов таким образом выравнивает давление в этом объеме и во впускном канале 14. Впускные клапаны 13 в начале рабочего хода объединяют впускной канал и объем вредного пространства с равным давлением, и расширение начнется с началом движения поршней к нижней мертвой точке, причем затраты работы на сжатие компенсированы тем, что полнее использована энергия очередной порции рабочего тела.

Для увеличения объемного наполнения цилиндров 1 компрессора и вытеснения сжатого воздуха в перепускной канал 9 при высоком давлении, которое образуется при подводе теплоты, служит способ получения высоких давлений газа, в котором многократно осуществляют процессы всасывания и сжатия в двух параллельно включенных полостях, где по окончании каждого цикла полости объединяют, а после выравнивания в них давлений вновь разъединяют. Для этого первая пара цилиндров 1 дополнительно снабжена каналом 11, связывающим оба цилиндра, и управляемыми перепускными клапанами 12, установленными в стыке канала с каждым цилиндром и снабженными приводом (кулачковый вал 18) с возможностью открытия каждого из управляемых клапанов 12 в момент нахождения поршней 3 первой группы цилиндров 1 одного в верхней мертвой точке, а другого в нижней мертвой точке.

Таким образом, использование дополнительного канала, связывающего первую пару цилиндров, и управляемые перепускные клапаны, установленные в данном канале и снабженные приводом, позволяет увеличить степень сжатия и тем самым повысить КПД двигателя. Применение управляемых впускных клапанов в первой паре цилиндров позволяет уменьшить влияние инерции впускных клапанов и увеличить объемное наполнение цилиндров воздухом, что также приводит к повышению КПД.

Использование: двигателестроение, силовые установки с незамкнутым циклом. Сущность изобретения: тепловой поршневой двигатель содержит по меньшей мере две пары цилиндров 1 и 2 разного объема, первая пара включает цилиндры меньшего объема, а вторая пара цилиндры большего объема, рабочие поршни 3 и 4, размещенные внутри каждого цилиндра по одному. Первая пара цилиндров 1 сообщена через впускные управляемые клапаны 6 с воздуховпускным трактом 7 и через нагнетательные автоматические клапаны 8 с теплообменником 10, а вторая пара цилиндров 2 сообщена через впускные клапаны 13 с теплообменником, а через выпускные клапаны 15 с подогревателем 17, в котором размещен теплообменник. Первая пара цилиндров 1 дополнительно снабжена каналом 11, связывающим оба цилиндра, и управляемыми перепускными клапанами 12, установленными в стыке канала с каждым цилиндром 1. Клапаны 12 снабжены приводом с возможностью открытия клапанов в момент нахождения поршня 3 либо в верхней, либо в нижней мертвых точках. Таким образом использование дополнительного канала, связывающего цилиндры первой пары и управляемые перепускные клапаны, позволяет увеличить степень сжатия и тем самым повысить КПД. Применение управляемых впускных клапанов в первой паре цилиндров позволяет увеличить объемное наполнение цилиндров, что также приводит к повышению КПД. 1 ил.

Тепловой поршневой двигатель, содержащий по меньшей мере две пары цилиндров разного объема, первая пара включает цилиндры меньше объема, а вторая пара цилиндры большего объема, рабочие поршни, размещенные внутри каждого цилиндра по одному с возможностью перемещения от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки и разделяющие объем каждого цилиндра на две полости, надпоршневую и подпоршневую, причем первая пара цилиндров сообщена через впускные клапаны с воздуховпускным трактом и сообщена через нагнетательные автоматические клапаны с перепускным каналом и теплообменником, размещенным в подогревателе, а вторая пара цилиндров сообщена через впускные управляемые клапаны с впускным каналом и теплообменником, а через выпускные клапаны с выхлопной магистралью, в которой установлен подогреватель, а поршни связаны с общим коленчатым валом, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем увеличения степени сжатия, первая пара цилиндров дополнительно снабжена каналом, связывающим оба цилиндра, и управляемыми перепускными клапанами, установленными в стыке канала с каждым цилиндром и снабженными приводом с возможностью открытия каждого из управляемых клапанов в момент нахождения поршней первой группы цилиндров одного в верхней мертвой точке, а другого в нижней мертвой точке, впускные клапаны первой пары цилиндров выполнены управляемыми.