Способ андреева работы двигателя внешнего сгорания Советский патент 1975 года по МПК F02G1/04 

1

Изобретение относится к двигателям внешнего сгорания. Известны способы работы этих двигателей, снабженных связанными с общим коленчатым валом спаренными цилиндрами, путем последовательного осуществления в цилнндрах нагрева рабочего тела и его охлаждения.

Тепловой цикл известных двигателей недостаточно совершенен.

Целью изобретения является повышение к.п.д. работы двигателя. Для этого после нагрева рабочего тела в первом из цилиндров его перепускают в другой цилиндр с последующнм выпуском в ресивер, охлаждают и подают в первый цилиндр последовательно из ресивера и другого цилиндра. Рабочие циклы в спаренных цилиндрах осуществляют со сдвигом на 180° относительно поворота коленчатого вала.

На фиг. 1 представлена круговая диаграмма шеститактного цикла; на фиг. 2 схематически изображен двигатель, работающий по этому способу: а - поршень в верхней мертвой точке, когда происходит газообмен между цилиндрами, б-момент выхлопа из нижнего цилиндра в ресивер, в - порщень в среднем положении, когда цилиндры разобщены; на фиг. 3 - диаграмма изменения давлений в цилиндрах в зависимости от угла

новорота коленвала; на фиг. 4 - диаграмма крутящих моментов двухцилиндровых двигателей с оппозитным расположением цилиндров (сплошной линией - крутящий момент при работе но предлагаемому способу, а щтрих-пунктирной - при работе по способу Стирлинга).

Сущность описываемого способа заключается в то.м, что в двухцилиндровом двигателе внещнего нагрева в течение одного цикла дважды происходит газообмен рабочими цилиндрами и по очереди - рабочих цилиндров с ресивером, т. е. осуществлен ступенчатый наддув: сначала из ресивера, а затем из оппозитного цилиндра. В результате количество рабочего тела в рабочих цилиндрах периодически изменяется от максимума при рабочем ходе до минимума при вспомогательном.

Этот способ реализуется в данном случае в виде шеститактного цикла. Как видно из диаграммы цикла (см. фиг. 1), в обоих рабочих цилиндрах двигателя протекают идентичные процессы, но сдвинутые по фазе на 180°. Цикл состоит из следующих тактов:

Iтакт - рабочий ход (нагрев и расширение рабочего тела при повышении давления);

IIтакт - выхлоп в оппозитный цилиндр (некоторое количество рабочего тела вытесняется в другой цилиндр);

IIIтакт - выхлоп в ресивер (еще некоторое количество рабочего тела вытесняется в ресивер);

IVтакт - вспомогательный ход (охлаждение оставшегося в цилиндре рабочего тела и уменьшение его объема с одновременным надением давления);

Vтакт - наддув из ресивера (приток некоторого количества рабочего тела из ресивера);

VIтакт - наддув из опнозитного цилиндра (приток еще некоторого количества рабочего тела из другого цилиндра).

При положении поршней в верхней Л1ертвой точке цилиндры сообщены и между ними происходит газообмен, т. е. перетекание части рабочего тела из нижнего цилиндра, где идет такт выхлопа, в верхний, где происходит такт наддува. Этот процесс протекает благодаря тому, что в нижнем цилиндре почти все рабочее тело находится в горячей цолости «ГП, а в верхнем - в холодной «ХП.

В верхнем цилиндре 1 (см. фиг. 2 б) начинается рабочий ход, а в нижнем 2 - такт выхлопа в ресивер, где давление равно исходному. К концу такта в нижнем цилиндре и в ресивере 3 устанавливается одинаковое давление и к началу подготовительного такта охлаждення в нижнем цилиндре остается рабочего тела меньше, чем в верхнем.

Далее процессы в цилиндрах цроисходят автономно: в верхнем - рабочий ход, так как при движении поршней вниз в верхнем цилиндре рабочее тело вытесняется в горячую зону, т. е. расширяется, и в результате нагрева давление его возрастает. В нижнем цилиндре происходит вспомогательный ход, т. е. охлажденное рабочее тело вытесняется из горячей полости в холодную - объем уменьшается, а давление падает.

Этот процесс хорошо виден на диаграмме (см. фиг. 3) текущих значений давления в цилиндрах.

При достижении области нижней мертвой точки нижний цилиндр сначала сообщается с ресивером, и так как к этому моменту давление в цилиндре стало меньше, чем в ресивере, начинается такт наддува рабочего тела из ресивера. Затем цилиндр разобщается от

ресивера, а цилиндры сообщаются вновь и начинается обратное перетекание рабочего тела из верхнего цилиндра в нижний, т. е. происходит выхлоп из верхнего цилиндра и наддув в нижний цилиндр и т. д.

Индикаторное давление (см. фиг. 3) представляет собой разность давлений в цилиндрах, а его произведение на ллечо кривошипа дает величину крутящего момента Мкр, который в течение одного цикла не приобретает отрицательных значений и протекает, по сравнению с циклом Стирлинга, весьма благоприятно (см. график на фиг. 4).

Из вышеизложенного следует, что способ работы двигателя внешнего нагрева с газообменом по шеститактному циклу дает возможность получить более высокий термодинамический к. п. д. и более благоприятный характер индикаторной диаграммы, т. е. избавиться от отрицательных значений крутящего момента, так как отсутствуют затраты механической энергии на сжатие рабочего тела. Следовательно, можно снизить нагрузку на силовой механизм и получить двигатель с меньшим относительным весом и более простой по устройству но сравнению с двигателем, работающим ло принципу Стирлинга, с регулировкой мощности, числа оборотов и направления вращения при помощи газораспределительного механизма.

Предмет изобретения

1.Способ работы двигателя внешнего сгорания, снабженного связанными с общим коленчатым валом спаренными цилиндрами, путем последовательного осуществления в цнлиндрах нагрева рабочего тела и его охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повышения к. п. д., после нагрева рабочего тела в первом из цилиндров его перепускают в другой цилиндр с последующим выпуском в ресивер, охлаждают рабочее тело и подают его в первый цилиндр последовательно из ресивера и другого цилиндра.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочие циклы в спаренных цилиндрах осуществляют со сдвигом на 180° относительно поворота коленчатого вала.

SM.T

Фиг j

„./.

2

А

V

иг 2 Sbif,ncn .1-:ии Выхлоп Рабочий 7ак.ты д дэр)(н и линд Такты днихн. шлинд ре

60 40 120 /5/7 180 2iO 240 7О 300 J5O f

- Давление в полостях беркнего б-пока Дибление 6 полостя)(. нижнего блока

° - Давление 6 ресивере цилиндр в ресивер

г/г J Нсдоуб из наддуд из иижресидера него цилиндра ждение

MKji.Kr-cfi

5000

Фиг 4