Намечается техническая революция: многотопливные моторы постепенно вытеснят двигатели внутреннего сгорания. Многотопливный двигатель принцип работы

Многотопливный двигатель - это... Что такое Многотопливный двигатель?

Многотопливный двигатель Двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для работы на различных нефтяных топливах, начиная от бензина и кончая дизельным топливом. Первые М. д. появились в 30-х гг. 20 в. в Германии. Они строились на базе карбюраторных двигателей, но имели раздельную подачу воздуха и топлива. Воздух поступал в цилиндры под действием разрежения, а топливо впрыскивалось насосом с давлением около 5 Мн/м2 (50 кгс/см2). Пуск двигателя осуществлялся на бензине при помощи карбюратора, выключавшегося при нормальной работе. Смесь воспламенялась электрической системой зажигания. В 40-е гг. получили развитие М. д., построенные на базе автомобильных дизельных двигателей. Топливо в них подавалось насосом под давлением около 21 Мн/м2 (210 кгс/см2). При переходе с одного топлива на другое при помощи насоса подачи топлива устанавливался одинаковый расход топлива по массе, тем самым сохранялась та же мощность двигателя.

Применение М. д. на автомобилях и тракторах значительно расширяет их топливную базу. По сравнению с карбюраторными двигателями М. д. обладают лучшей топливной экономичностью, но уступают дизелям. К недостаткам М. д. относятся сложность конструкции и необходимость тщательного наблюдения за работой системы топливоподачи. М. д. получили широкое распространение за рубежом, особенно в ФРГ.

А. А. Сабинин.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

Многотиражная печать
Многоточие

Смотреть что такое "Многотопливный двигатель" в других словарях:

многотопливный двигатель — 3.9 многотопливный двигатель: Двигатель, обладающий свойством многотопливности, т.е. способностью работать помимо основного топлива (дизельного) также на керосинах, бензинах и других видах жидкого топлива или их смесях, соответствуя при этом… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Двигатель внутреннего сгорания — Тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу. Первый практически пригодный газовый Д. в. с. был сконструирован французским механиком Э. Ленуаром… … Большая советская энциклопедия
Танковый двигатель — В 92 cовременный российский четырёхтактный, V образный, 12 цилиндровый, многотопливный дизельный танковый двигатель жидкостного охлаждения с … Википедия
Т-64 — Т 64А ранних выпусков после капитального ремонта Т 64А (197 … Википедия
T-64 — Т 64А ранних выпусков после капитального ремонта Т 64А (1974 года выпуска) Классификация основной боевой танк Боевая масса, т … Википедия
T64 — Т 64А ранних выпусков после капитального ремонта Т 64А (1974 года выпуска) Классификация основной боевой танк Боевая масса, т … Википедия
T 64 — Т 64А ранних выпусков после капитального ремонта Т 64А (1974 года выпуска) Классификация основной боевой танк Боевая масса, т … Википедия
ГОСТ Р 53638-2009: Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Общие технические условия — Терминология ГОСТ Р 53638 2009: Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Общие технические условия оригинал документа: 3.3 гамма процентный ресурс (срок службы): По ГОСТ 27.002. Определения термина из разных документов: гамма процентный ресурс ( … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Бронетанковая техника Великобритании — Великобритания является одной из активных стран участниц агрессивного блока НАТО. Консервативное правительство этого государства следует в фарватере внешней политики американского империализма. Английское командование продолжает наращивать … Энциклопедия техники
Бронетанковая техника ФРГ — Как известно, ФРГ является активной участницей блока НАТО. Командование бундесвера наряду с проведением различных мероприятий в плане наращивания боевой мощи вооруженных сил большое внимание уделяет оснащению их новыми, более эффективными… … Энциклопедия техники

dic.academic.ru

Способ работы многотопливного двигателя внутреннего сгорания и многотопливный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению. Способ работы включает впуск в цилиндр воздуха, его сжатие с перепуском его части в вихрекамеру, впрыск топлива во время сжатия в соединительный канал с переносом его части в вихрекамеру и образованием в ней топливовоздушной смеси, воспламенение от свечи зажигания, выброс горящих газов из вихрекамеры в основную полость камеры сгорания, расширение продуктов сгорания и выброс отработавших газов, при этом топливо впрыскивается в расширенную полость соединительного канала навстречу перетекающему воздуху. В вихрекамере имеются утеплительная вставка и калильная свеча зажигания, соединительный канал, сопло и вихрекамера расположены под углом к поршню, в котором имеется клиновидная камера сгорания с турбулизатором. Изобретение обеспечивает повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, т.е. к классу многотопливных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) двухкамерного исполнения с электроискровым способом воспламенения форкамерного заряда.

Предлагаемое изобретение может быть реализовано как в ДВС автотракторного типа, так и больших размерностей, например тепловозной, морской в стационарном и транспортном исполнении, а также в поршневой авиации. Широко известны способы смесеобразования, основанные на использовании энергии перетока при сжатии-смесеобразовании и расширении-сгорании. Наиболее близким техническим решением является изобретение SU 1810593 A1, 23.04.1993, F 02 В 19/10. Сущность которого: топливо впрыскивается в уширительную полость соединительного канала, причем в форкамеру перепускаемым воздухом переносят мелкодисперсную часть струи топлива, а крупнодисперсную часть струи осаждают на стенках уширительной полости в виде пленки, которую испаряют выбрасываемыми из форкамеры горящими газами. Недостаток прототипа заключается в том, что он не обеспечивает эффективную работу на различных скоростных режимах с одинаково высокими показателями по экономичности, мощностным и экологическим показателям. Это объясняется тем, что отсутствует стабильность воспламенения в предкамере из-за различных условий распыливания топлива, в зависимости от скоростного режима двигателя. Распыливание топлива при определенно-заданном значении давления впрыска форсунки регламентируется динамикой топливоподачи, т.е. законом подачи или профилем кулачка топливного насоса высокого давления, поэтому количество топлива, впрыскиваемого форсункой в начальный период топливоподачи 10 - 12o п.к.в., остается постоянным вне зависимости от скоростного режима двигателя. Вследствие преобладающего влияния пневматической составляющей в процессе распыливания топлива следует отметить, что при изменении скоростного режима двигателя с 800 до 2000 мин-1 произойдет изменение скорости перетекания смеси из основного объема в дополнительный с 98 до 247 м/с, что сопоставимо с изменением давления впрыска с 8 до 45 МН и вызовет резкое увеличение мелкости распыла. Также следует отметить, что стенки уширительной полости (прогретого двигателя) имеет примерно ту же температуру, что и заряд, поэтому, когда фронт топливного факела достигает стенки, вся неиспарившаяся часть топлива действительно оседает и нагревается на ней. При оседании топлива на стенке образуется тонкая пленка, которая быстро прогревается от металлической стенки, так как коэффициент теплоотдачи от металла к топливной пленке очень велик и во много раз превосходит коэффициент теплоотдачи от воздуха к каплям топлива, на нагрев и испарение которых затрачивается не более 10 кал. Поэтому временем прогрева и испарения топлива на стенке практически можно пренебречь; это время неизмеримо меньше движения факела к стенке и не превосходит 0,1 мс. Эти факторы подвергают сомнению возможность существования пленки топлива в условиях соединительного канала продолжительное время и проливают свет на причины неустойчивого воспламенения топлива в форкамере. Различия в мелкости распыливания и отсутствие организованного движения топливовоздушной смеси в форкамере приводят к возникновению локальных очагов переобогащения ввиду неопределенности траектории движения капель топлива (независимо от их дисперсности), в том числе и возле электродов свечи зажигания. Плоское сопло не обеспечивает всережимного поддержания динамики тепловыделения в заданных пределах, т.е. повышения давления продуктов сгорания в форкамере и ее проточной части и является пассивным элементом, выполняющим свою функцию лишь на определенных, с точки зрения повышения давления продуктов сгорания в форкамере, режимах, что приводит к малоэффективности работы вытеснителя. Задача изобретения - повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов. Решение поставленной задачи заключается в том, что топливо впрыскивается в расширенную полость соединительного канала навстречу перепускаемому воздуху с целью получения однородной дисперсности в процессе сгорания при обратном перетоке горячих газов из вихрекамеры, расширенная полость выполняет роль термоэнергетического аккумулятора, уменьшая тепловые потери и увеличивая скорость пламени в локальном участке поступления топлива конечной части впрыска, чем благоприятно влияет на поддержание динамики процесса сгорания. На фиг. 1 изображен предлагаемый двигатель внутреннего сгорания (ДВС), поперечный разрез; на фиг. 2 - вид камеры сгорания (в поршне) с турбулизатором, а также проекция сопла дополнительной камеры на плоскость поршня. Двигатель включает цилиндр 1, поршень 2 с кольцами, а также размещенную в нем основную полость камеры сгорания 3 с турбулизатором 4, цилиндровую головку 5 с размещенной в ней дополнительной вихрекамерой 6, которая сообщается с основной полостью камеры сгорания в поршне посредством составленного из ряда конструктивных элементов соединительного канала. Составной соединительный канал включает в себя размещенные на общей продольной оси, т.е. соосно последовательно, три участка канала разного поперечного сечения, т.е. двух меньших 7 и 8, первый сопряжен с выходным соплом 9, выполненным в форме сопла Лаваля, последний примыкает к вихрекамере. Между этими участками находится участок большего поперечного сечения 10. Распылитель 11 форсунки 12 расположен перпендикулярно участку большего поперечного сечения. В вихрекамере 6 установлены электроискровая свеча зажигания 13, калильная свеча 14, нижняя и противоположная соединительному каналу часть вихрекамеры снабжена термоизоляционной (утеплительной) вставкой 15. В цилиндровой головке установлены впускной 16 и выпускной клапаны. Работает двигатель следующим образом. При перемещении поршня 2 от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) на такте впуска в цилиндр двигателя через открытый впускной клапан 16 за счет образующегося разрежения поступает свежий заряд (атмосферный воздух), заполняя надпоршневое пространство, а также основную полость камеры сгорания 3. Окончание такта впуска регламентируется, как обычно, фазой наполнения. В конце этой фазы впускной клапан 16 закрывается. При дальнейшем перемещении поршня 2 от НМТ к ВМТ и закрытых клапанах в цилиндре 1 начинается такт сжатия. В основной полости камеры сгорания 3 возникает вытеснительное вихреобразование, как это показано на фиг. 1. Одновременно с этим последовательно через составной соединительный канал, включающий сопловой канал 9, каналы меньшего 7,8 и большего 10 поперечного сечение, под воздействием межкамерного перепада давлений происходит переток части цилиндрового заряда из основной 3 в вихрекамеру основной полости камеры сгорания. Вблизи ВМТ, т. е. в фазе топливоподачи, посредством топливного насоса высокого давления (ТНВД) (на чертеже не указан) через форсунку 12 и распылитель 11 впрыскивается топливо в участок соединительного канала 10 большего сечения, навстречу перетекающему воздушному заряду. В процессе топливоподачи происходит разделение цикловой дозы топлива в соответствии с наличием воздушного заряда в полостях камеры сгорания в момент подачи электроискрового разряда с учетом продолжающейся топливоподачи в период задержки воспламенения. Это разделение осуществляется за счет того, что динамика топливоподачи регламентируется законом подачи, профилем кулачка ТНВД, к которому предъявляются требования обеспечения в первые 15o поворота коленчатого (п.к.в.) топливоподачи, состава смеси в вихрекамере в пределах воспламеняемости

= 0,5 - 2,5. После начала топливоподачи все распыленное топливо попадает в вихрекамеру 6 через канал 8, расположенный тангенциально, создает вращательное движение заряда в камере, что благотворно влияет на смесеобразование топливных паров с воздухом. При завихрении заметно меньше падает температура за счет дополнительного поступления воздуха, что и объясняет более полную испаряемость. Наличие утеплительной вставки 15 и калильной свечи 14 стимулирует улучшение испарения и сокращение периода задержки воспламенения. Через 5 - 10o п.к.в. топливоподачи при достижении состава смеси в вихрекамере 6

= 1,5 - 2,0 в зависимости от скоростного режима ДВС на электроды свечи зажигания 13 подается высоковольтное напряжение. После чего в ней получают развитие предпламенные реакции. Благодаря более высокой на 150 - 250oC температуре в вихрекамере, наличию организованного вихревого движения, утеплительной вставки и калильной свечи зажигания значительно сокращаются по отношению к однокамерным модификациям задержки воспламенения и составляют для дизтоплива 1 - 3o, для бензина А-76 3 - 5o. За период задержки воспламенения состав вихрекамерного заряда несколько обогащается до

= 0,8 - 1,2 и наступает фаза видимого горения, сопровождающегося резким повышением давления в вихрекамере 6 и началом обратного перетока пламенных газов в основную полость 3 камеры сгорания. Обратный переток факела пламенных газов сталкивается в сечении 10 с топливом продолжающегося процесса топливоподачи. Большой диаметр сечения 10 благотворно влияет на ускоренное испарение, протекание предпламенных реакций и воспламенения этого топлива посредством локального уменьшения тепловых потерь в стенки и увеличения скорости пламени [1], стимулируя в дальнейшем турбулентное горение конечной части впрыска. Всережимное регулирование повышения давления продуктов сгорания, т.е. поддержание динамики тепловыделения в заданных пределах, осуществляется созданием определенных соотношений давлений на выходе из вихрекамеры, которые изменяются пропорционально нагрузке двигателя и обеспечивают в полости сгорания вихрекамеры постоянные, заданные условия для развития процесса сгорания, а также используют сопутствующее увеличение скорости истечения продуктов сгорания для улучшения смесеобразования в основном объеме. Это осуществляется благодаря тому, что пламенные газы, а также несгоревшая часть топлива в испаренном и мелкодисперсном состоянии поступает в основную камеру сгорания 3 через сообщающееся с ней сопло Лаваля 9. Выгорание заряда вихрекамерной полости с ускорением обратного перетока, а следовательно, и турбулизации в основной полости камеры сгорания 3 обеспечивает наряду с интенсивным протеканием смесеобразовательных процессов также и быстрое догорание заряда в этой полости вблизи от ВМТ на такте расширения с соответствующим улучшением показателей эффективности рабочего цикла. После окончания процесса сгорания и расширения открывается выпускной клапан и цилиндр двигателя 1 очищается при движении поршня от НМТ к ВМТ от отработавших газов. Рабочий цикл заканчивается и периодически повторяется. Для обеспечения эффективности работы двигателя на различных топливах, скоростных и нагрузочных режимах с учетом других конструкционных и эксплуатационных факторов с помощью соответственных конструктивных элементов и автоматов угол опережения начала топливоподачи изменяется в интервале 24 - 18o п.к.в.. Внутри этого интервала изменяется угол опережения зажигания. Для обеспечения наиболее эффективного протекания процессов смесеобразования и сгорания, бездымной работы на всем диапазоне эксплуатационных режимов работы двигателя и всех видах жидких топлив (бензин, керосин, дизтопливо, газоконденсат и т. д. ) относительный объем вихрекамерной полости а = Vк/Vс выбирается в пределах а = 0,3 - 0,6 предпочтительно сферической формы. Расчет геометрических параметров сопла Лаваля производится на основе расчета процесса расширения и истечения продуктов сгорания в сопле [2]. Для определения скорости истечения продуктов сгорания из вихрекамеры необходимо знать температуру Tа, давление Pа и их состав в выходном сечении сопла. Эти параметры могут быть определены при тепловом расчете двигателя. Площадь выходного сечения сопла определяется Fа=Vа/

a, (1) где Vа - действительный удельный объем продуктов сгорания в выходном сечении сопла при газовой постоянной Rа продуктов сгорания и действительной температуре Tа, а также расчетном давлении сжатия Pа на выходе из сопла;

a - скорость истечения продуктов сгорания из сопла. Площадь наименьшего сечения сопла Fкр=Vк/

кр, (2) где Vк - удельный объем продуктов сгорания при Tк температуре на выходе из вихрекамеры, Pк - давление в вихрекамере перед соплом и Rк - газовая постоянная продуктов сгорания в наименьшем сечении сопла;

кр - скорость истечения продуктов сгорания в наименьшем сечении сопла. Фактором, влияющим на площадь соединительного канала Fк, участки 7,8, является относительная площадь fк=Fк/Fкр (3) Определение относительной площади обуславливается рядом причин: 1. Возможность использования энергии перетока в процессе сжатия-сгорания для придания форсунке лишь дозирующих функций; 2. Оптимальный с экономической точки зрения режим расхода продуктов сгорания и в то же время поддержание динамичности процесса сгорания; 3. Наименьшее дросселирование; 4. Ограниченность конструкционных размеров. Нужно отметить, что использование в экспериментах камер с fкк = 1 вообще наблюдался эффект пламягашения. Согласно проведенным расчетам для двигателя УД-15, конвертированного в многотопливный вариант и исходя из выбора оптимальной скорости перетока и критериев сочетания площади соединительного канала и наименьшего сечения сопла, имеем следующие значения: площадь соединительного канала Fк = 100 мм2, наименьшая площадь сечения сопла Fкр = 11,6 мм2, площадь выходного сечения сопла Fа = 30 мм2. Учитывая общепринятое воззрение на то, что диаметр соединительного канала находится в прямой зависимости от объема дополнительной камеры, в пределах исследованных значений отношений объемов и диаметров соединительного канала, находим оптимальные соотношения для Fк из исследованного диапазона Vк/Fк=8,5 -17,5; Vк/Fк=10 и для Fкр из исследованного диапазона Vк/Fк= 40 - 20; Vк/Fкр=25. Практически же меньшее сечение соединительных каналов 7; 8 диаметром 8 -12 мм выбрано из условия обеспечения оптимальной скорости перетока в процессе сжатия-смесеобразования для номинального скоростного режима 2000 мин-1. Их длины определяются традиционным отношением l/d, для участка 7 l/d = 1 - 3, для участка 8 l/d = 0,5 - 2. Диаметр D участка 10 большего диаметра выбирают в интервале D = d (1,1 - 1,4), длиной D (1 - 1,5). В связи со скоротечностью протекания процесса сгорания и медлительностью процесса гомогенизации на диффузионной основе конструктивный вариант гомогенизации (равномерное распределение топлива в воздушном заряде) базируется на принципе организованного вихреобразования при взаимном согласовании форм и размеров соплового канала с соответственными конструктивными элементами турбулизатора 4 фиг.2. С учетом этого ось симметрии соединительного канала относительно плоскости поршня расположена под углом 25o с возможными вариациями 20 - 40o. Основная полость камеры сгорания в поршне клиновидной формы ограничена со стороны, противоположной соплу, большим турбулизатором 4 фиг. 2 указанной формы. Благодаря отсутствию клапанов в основной плоскости камеры сгорания турбулизатор можно сделать выступающим за центральную ось симметрии поршня, а также использовать более плавные сопряжения с поверхностью поршня. Важно, чтобы передняя часть камеры сгорания, примыкающая к соплу, была поверхностью, имеющей угол наклона, равный углу раствора сопла, линией его продолжения до пересечения с осью симметрии поршня, с плавным сопряжением, как на фиг. 1. Угол раствора сопла в вертикальной плоскости выбирается 5o от оси симметрии. В данном случае угол наклона плоскости передней части камеры сгорания 30o. Угол конуса камеры сгорания в горизонтальной плоскости поршня фиг.2 выбирается в интервале 50 - 70o, в данном случае 60o. Выходное отверстие сопла выполняется в форме эллипса с большей (горизонтальной) осью (2 - 4) dкр, меньшей (вертикальной) (1 - 2) dкр, длина сопла выбирается 10 - 30 мм. Такое устройство конструкционных элементов камеры сгорания обеспечивает не только высокий уровень гомогенизации заряда в ее основной полости 3, но также и более полное выжигание этого заряда как по отношению к аналогам, так и прототипу. При правильном выборе вышеописанных определяющих характеристик конструктивных элементов двигателя обеспечивается бездымная работа двигателя при затяжке пружины форсунки Pф = 0,1 - 0,5 МН. При этом рекомендуется применять однодырчатые или открытые форсунки с отверстием, направленным навстречу перетекающей смеси на такте сжатия. При столь низком уровне давления топливоподачи насос высокого давления, форсунки работают в очень облегченном режиме, и это гарантирует резкое увеличение моторесурса топливоподающей аппаратуры. Однако в этом конструктивном варианте требуется оптимальное моделирование закона подачи (профиля кулачка ТНВД), что осуществимо на основе расчета динамики изменения состава смеси в вихрекамере.

=Gв/15Gт, (4) где Gв определяется как

где a - объем вихрекамеры; В - коэффициент дросселирования наименьшего сечения соединительного канала; f(б) - функция поворота коленчатого вала. Использование калильной свечи мощностью 50 - 100 Вт [3], расположенной на оси симметрии соединительного канала, а также утеплительной вставки совместно с электроискровой свечой зажигания при использовании степени сжатия 12 - 14 создает эквивалент эффекта повышения показателя политропы сжатия, что позволяет уменьшить влияние октановых и цетановых чисел используемых топлив, а также состава смеси на процесс воспламенения. Вследствие преобладающего влияния пневматической составляющей в процессе распыливания топлива достигается более высокий уровень дисперсности и гомогенизации в полостях камеры сгорания по отношению к традиционным схемам смесеобразования. Оба эти смесеобразующие фактора стимулируют резкое снижение выбросов токсичных компонентов CO и CH с отработавшими газами двигателя. Смещение сгорания основной массы заряда основной полости 3 к заключительным его фазам в сочетании с кратковременностью высокотемпературного воздействия обеспечивают соответственно снижение выбросор наиболее токсичного компонента Nox с отработавшими газами двигателя. Благодаря высокой эффективности подготовительных процессов в смесеобразующей системе вихрекамера-составной соединительный канал, обеспечивающий газификацию топливного заряда перед поступлением в основную полость камеры сгорания 3 в сочетании с управляемым высокотурбулентным процессом гомогенизации, обеспечивается приближение на мощностном номинале составов заряда в основных полостях камеры сгорания, близких к

0,95, полностью исключая дымный выхлоп, что стимулирует вместе с повышением частоты вращения ДВС уровня литровой мощности. Интенсивное протекание испарительных и воспламенительных процессов, устранение эффекта накопления топлива в основной полости камеры сгорания 3 за период задержки воспламенения повышает меру управляемости процессом тепловыделения и величиной нарастания давления

законом топливоподачи, регламентируемым профилем кулачка ТНВД, на всех видах жидкого топлива, что стимулирует также повышение моторесурса двигателя. Слабая зависимость от температурного режима заряда в процессе сжатия и начальных стадиях воспламенения топлива в сочетании с высоким уровнем управляемости процессом сгорания, обеспечивающим мягкую бездетонационную работу двигателя, позволяет с наибольшей эффективностью сжигать все виды жидких топлив при оптимальных с термодинамической точки зрения степенях сжатия

= 12 - 14. Литература 1. Свиридов Ю. Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях. - Л.: Машиностроение, 1972, с. 126, 151, 164 - 168, 180 - 185, 209 - 218. 2. Кулагин И.И. Теория жидкостных реактивных двигателей. - Министерство обороны СССР, 1972. - 518 с. 3. Вохмин Д. М. Применение калильной свечи зажигания в многотопливном двигателе //Тюмень, ТюмГНГУ// Труды конференции "Эксплуатация технологического транспорта и специальной техники в отраслях топливно-энергетического комплекса", 1997.

Формула изобретения

1. Способ работы многотопливного двигателя внутреннего сгорания путем впуска в цилиндр воздуха, сжатия воздуха в цилиндре с перепуском его части в вихрекамеру, впрыска топлива во время сжатия в соединительный канал с переносом его части перепускаемым воздухом в вихрекамеру и образованием в последней топливовоздушной смеси, воспламенении смеси в вихрекамере от свечи зажигания, выброса горящих газов из вихрекамеры с переносом остальной части топлива в основную полость камеры сгорания, сгорания топлива, расширения продуктов сгорания и выброса отработавших газов, отличающийся тем, что топливо впрыскивается в расширенную полость соединительного канала навстречу перетекающему воздуху с целью получения однородной дисперсности, в процессе сгорания при обратном перетоке горящих газов из вихрекамеры расширенная полость выполняет роль термоэнергетического аккумулятора, уменьшая тепловые потери и увеличивая скорость пламени. 2. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем с камерой сгорания в нем, головку цилиндра, вихрекамеру, имеющую свечу зажигания, размещенную в головке и сообщенную с основной полостью камеры сгорания при помощи соединительного канала, выполненного из соосных последовательно соединенных между собой участков меньшего сечения, примыкающих к вихрекамере и выходному соплу, а также участка большего сечения между ними, а также расширяющегося сопла, примыкающего к основной полости камеры сгорания, и топливную форсунку с распылителем, размещенным в соединительном канале, отличающийся тем, что в вихрекамере имеются утеплительная вставка и калильная свеча зажигания, соединительный канал, сопло и вихрекамера расположены под углом к поршню, в котором имеется клиновидная камера сгорания с турбулизатором, а расширяющееся сопло выполнено в форме сопла Лаваля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

Многотопливный дизельный двигатель повышенной мощности

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к многотопливным двигателям. Изобретение позволяет повысить мощность многотопливного дизельного двигателя. Многотопливный дизельный двигатель повышенной мощности содержит блок цилиндров с картером, газораспределительный механизм, кинематически связанный с кривошипно-шатунным механизмом, систему воздухоподготовки с регенератором, воздушный циклон, связанный с системой выпуска, системы питания, охлаждения, смазки, запуска и управления. Заявляемый двигатель объединяет в себе основной двухтактный и дополнительный двухтактный двигатели. Цилиндр каждого из этих двигателей содержит два впускных канала, размещенных симметрично один над другим на некотором расстоянии друг от друга, входные отверстия которых соединены с нагнетателем воздуха. Соосно нижнему впускному каналу на противоположной стороне цилиндра выполнен выпускной канал, выходное отверстие которого через глушитель связано о атмосферой. В нижней части цилиндра установлен упор в форме закругленной спереди пластины. В средней части цилиндра выполнено отверстие, в которое вставлен стопор в форме цилиндрического стержня, нагруженного пружиной. В средней части цилиндра установлена также форсунка дополнительного двигателя, соединенная с выходным штуцером дополнительного насоса высокого давления, подключенного к напорной и сливной магистралям топливной системы. Кроме того, в цилиндр вставлен наружный поршень с элементами уплотнения, выполненный в форме перевернутого стакана и закрытого в нижней части крышкой в форме кольца с пазом, имеющего в средней части впускное и выпускное окна, в верхней части отверстие для стопора и в донной части Г-образный канал, один конец которого открывается внутрь поршня, а другой выходит на его боковую поверхность. На нижней части поршня выполнено отверстие, соединенное с продольным пазом, кроме того, внутрь наружного поршня вставлен внутренний поршень с элементами уплотнения, соединенный шатуном с кривошипом коленчатого вала и имеющий в средней части поперечный канал, в который вставлен круглый цилиндрический стопор, нагруженный пружиной и взаимодействующий с отверстием, соединенным с продольным пазом наружного поршня. Между внутренней поверхностью дна наружного поршня, его боковыми стенками и днищем внутреннего поршня образована камера сгорания дополнительного двигателя, которая через Г-образный канал наружного поршня и наклонный канал цилиндра соединена с форсункой дополнительного двигателя. Цилиндр закрыт крышкой, имеющей выпускной канал с выпускным клапаном. Выпускной канал через распределительный кран соединен с воздушным циклоном и глушителем, а выпускной клапан кинематически связан с распределительным валом. Днище наружного поршня, стенки и крышка цилиндра образуют камеру сгорания основного двигателя и на последней закреплена форсунка. Форсунка соединена с выходным штуцером основного насоса высокого давления, подключенного к напорной и сливной магистралям топливной системы. Рубашка охлаждения воздушного циклона посредством трубопроводов соединена с регенератором нагнетателя воздуха. 1 з.п. ф-лы, 16 ил.

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве теплового двигателя.

Известен двухтактный дизельный двигатель 37Д, содержащий блок цилиндров с картером, закрытый крышкой, в отверстиях которой установлены форсунки, кривошипный механизм, газораспределительный механизм, воздушный нагнетатель, насос высокого давления, выходные штуцеры которого посредством трубопроводов соединены с форсунками, системы питания, охлаждения, смазки и запуска, пост управления /С.И.Прасолов, М.Б.Амитин, Устройство подводных лодок. Военное издательство Министерства обороны СССР, М., 1973, с.254-242/.

Недостатками известного дизельного двигателя являются недостаточная мощность, большие тепловые потери, большой расход органического топлива, значительный шум, загрязнение окружающей среды выхлопными газами.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя.

Известен также тепловой двигатель, содержащий блок цилиндров с картером, закрытый крышкой, в отверстия которой вставлены форсунки, кривошипно-шатунный механизм, воздушный регенератор, воздушный нагнетатель, который через воздушный регенератор соединен с впускными окнами цилиндров, воздушный циклон, который через регенератор и охладитель соединен а атмосферой и накопительным баком, системы питания, охлаждения, смазки и запуска, механизм управления. Рабочее тело двигателя - легкокипящая жидкость /Патент РФ №2151048, кл. F 02 В 45/12, опубл. 27.05.99. Бюл. №15/.

Известный тепловой двигатель по патенту РФ №2151048, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатком известного теплового двигателя, принятого за прототип, является недостаточная мощность.

Указанный недостаток обусловлен небольшой степенью сжатия воздуха и его низкой температурой в цилиндре и конструкцией самого двигателя.

Целью настоящего изобретения является повышение мощности дизельного двигателя.

Указанная цель обеспечивается тем, что согласно изобретению блок цилиндров с поршнями заменены блоком цилиндров, каждый из которых содержит два впускных канала, размещенных симметрично один над другим, на некотором расстоянии друг от друга, входные отверстия которых соединены с нагнетателем воздуха, причем соосно нижнему впускному каналу на противоположной стороне цилиндра выполнен выпускной канал, выходное отверстие которого через глушитель связано с атмосферой, причем в нижней части цилиндра установлен упор в форме закругленной спереди пластины, а в средней части цилиндра выполнено отверстие, в которое вставлен стопор в форме цилиндрического стержня, нагруженного пружиной, в средней части цилиндра установлена также форсунка дополнительного двигателя, причем блок цилиндров закрыт крышкой, имеющей выпускные каналы с выпускными клапанами, при этом выпускной канал через распределительный кран соединен с воздушным циклоном и глушителем, а каждый выпускной клапан кинематически связан с распределительным валом, причем рубашка охлаждения воздушного циклона посредством трубопроводов соединена с регенератором нагнетателя воздуха, кроме того, в отверстиях крышки блока цилиндров установлены форсунки, соединенные трубопроводами с выходными штуцерами насоса высокого давления, подключенного к напорной и сливной магистралям топливной системы наружными поршнями с элементами уплотнения, вставленными в цилиндры, каждый из которых выполнен в форме перевернутого стакана и закрытого в нижней части крышкой в форме кольца с пазом, имеющего в средней части впускное и выпускное окна, в верхней части отверстие для стопора и в донной части Г-образный канал, один конец которого открывается внутрь наружного поршня, а другой выходит на его боковую поверхность, кроме того, на нижней части наружного поршня выполнено отверстие, соединенное с продольным пазом, причем крышка, стенки цилиндра и донная часть наружного поршня образуют камеру сгорания основного двигателя, внутренними поршнями с элементами уплотнения, каждый из которых вставлен внутрь наружного поршня, имеет в передней части поперечный канал, в который вставлен круглый цилиндрический стопор, нагруженный пружиной и взаимодействующий с отверстием, соединенным с пазом наружного поршня и соединенного посредством шатуна с кривошипом коленчатого вала, причем между днищем внутреннего поршня, днищем наружного поршня и его стенками образована камера сгорания дополнительного двигателя, которая через Г-образный канал наружного поршня и наклонный канал цилиндра соединена в форсункой дополнительного двигателя, дополнительным насосом высокого давления, выходные штуцеры которого посредством трубопроводов соединены с форсунками дополнительного двигателя, и подключенного к напорной и сливной магистралям топливной системы, причем рабочим телом дополнительного двигателя является дизельное топливо, а рабочим телом основного двигателя является дизельное топливо, или дистиллированная вода, или легкокипящая жидкость.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид дизельного двигателя, на фиг.2 - вид на дизельный двигатель сверху, на фиг.3 - общая схема дизельного двигателя, на фиг.4 - устройство воздушного циклона, на фиг.5 - устройство внутреннего поршня, на фиг.6 - вид на внутренний поршень сверху, на фиг.7 - общий вид наружного поршня с частичным разрезом, на фиг.8 - вид на наружный поршень справа, на фиг.9 - общий вид крышки наружного поршня, на фиг.10 - кинематическая схема дизельного двигателя, на фиг.11-14 - схема работы дизельного двигателя, на фиг.15 - схема управления дизельным двигателем, на фиг.16 - диаграмма работы дизельного двигателя.

Многотопливный четырехцилиндровый двухтактный двигатель повышенной мощности объединяет в себе основной двухтактный двигатель и дополнительный двухтактный двигатель и содержит блок цилиндров, в котором размещены цилиндры 1, 2, 3, 4, соединенный с картером 5, в подшипниках которого установлен коленчатый вал 6, крышку картера 7. Все цилиндры одинаковы по конструкции. Каждый цилиндр содержит рубашку охлаждения 8, два воздушных впускных канала - верхний 9 и нижний 10, размещенных симметрично один над другим, на некотором расстоянии друг от друга, входные отверстия которых связаны с нагнетателем воздуха 11, имеющим воздушный фильтр 12. Впускной коллектор 13 соединяет впускные каналы цилиндров с воздушным нагнетателем. На противоположной стороне цилиндра соосно с нижним впускным каналом расположен выпускной канал 14, соединенный через выпускной коллектор 15 и глушитель 16 с атмосферой. В нижней части цилиндра установлен упор 17 в форме закругленной впереди пластины. Внутрь цилиндра вставлен наружный поршень 18 с элементами уплотнения, выполненный в форме перевернутого стакана, закрытого снизу крышкой 19 в форме кольца, имеющего прорезь 20. В верхней части наружный поршень имеет Г-образный канал 21, связанный через наклонный канал 22 в стенке цилиндра с форсункой 23 дополнительного двигателя, которая трубопроводом соединена с выходным штуцером дополнительного насоса высокого давления 24, подключенного к напорной и сливной магистралям топливного насоса 25 системы писания, имеющей топливный бак 26. В средней части наружный поршень имеет впускное окно 27 и выпускное окно 28 для впуска воздуха и выпуска отработанных газов из камеры сгорания 29 дополнительного двигателя, образованной внутренней поверхностью днища наружного поршня и его боковыми стенками, а также днищем внутреннего поршня. В низшей части наружного поршня выполнено отверстие 30, через диаметр которого проходит продольный паз 31, в который входит упор, установленный в нижней части цилиндра. В верхней части наружного поршня выполнено отверстие 32, в которое входят стопор 33, установленный в стенке цилиндра и нагруженный пружиной 34. В верхней части цилиндр закрыт крышкой 35, имеющей рубашку охлаждения 36, выпускной канал 37 с выпускным клапаном 38. Выпускной канал через распределительный кран 39 соединен с выпускным коллектором, глушителем и воздушным циклоном 40, выходной патрубок которого через распределительный кран 41 соединен с накопительным баком 42 и атмосферой. Кроме того, в отверстии крышки закреплена форсунка 43 основного двигателя, связанная с камерой сгорания 44, образованной крышкой цилиндра, его стенками и днищем наружного поршня, причем форсунка посредством трубопровода соединена с выходным штуцером основного насоса высокого давления 45, подключенного к напорной и сливной магистралям топливного насоса 46 системы питания, имеющей топливный бак 47. Внутрь наружного поршня вставлен внутренний поршень 48 с элементами уплотнения, имеющий в средней части поперечный канал, в который вставлен круглый цилиндрический стопор 49, нагруженный пружиной 50 и взаимодействующий с отверстием наружного поршня, через диаметр которого проходит продольный паз. Внутренний поршень посредством шатуна 51 соединен с кривошипом 52, коленчатого вала, в передней части которого закреплен маховик 53, зубчатый венец которого взаимодействует с шестерней 54 стартера 55, и шестерня 56 привода топливных насосов и нагнетателя воздуха. В задней части коленчатого вала закреплены шестерни 57, 58 привода водяного 59 и масляного 60 насосов, а также распределительного вала 61, имеющего кулачки 62, которые через штанги 63 открывают выпускные клапаны. В средней части распределительного вала закреплена шестерня 64, которая входит в зацепление с шестерней 65 привода основного и дополнительного насосов высокого давления. Воздушный циклон содержит корпус 66 с рубашкой охлаждения 67, имеющей фланцы 68, 69, которые посредством трубопроводов соединены с регенератором 70, установленным внутри воздушного нагнетателя. В верхней части воздушный циклон содержит впускной канал 71, соединенный со спиральным каналом, образованным спиральными ребрами 72 и выхлопной трубой 73, входное отверстие которой расположено внутри воздушного циклона, а выходное - снаружи. Внизу корпус воздушного циклона заканчивается выпускным патрубком 74. Система управления двигателем содержит ручку управления 75, закрепленную на оси, установленную на подшипниках, на которой также закреплены две шестерни 76, 77 разного диаметра. Зубчатый венец малой зубчатой шестерни входит в зацепление с зубчатой рейкой 78 тяги 79, имеющей на другом конце зубчатую рейку 80, входящую в зацепление с шестерней 81 изменения подачи топлива дополнительным насосом высокого давления. Зубчатый венец большой шестерни входит в зацепление с зубчатой рейкой 82 тяги 83, имевшей на другом конце зубчатую рейку 84, входящую в зацепление с зубчатой шестерней 85 регулирования подачи топлива основного насоса высокого давления. Рабочим телом дополнительного двигателя является дизельное топливо. Рабочим телом основного двигателя является дистиллированная вода или легкокипящая жидкость декафторбутан (С4F10), перфторгексан (С6F14) или дизельное топливо.

На диаграмме, представленной на фиг.16, цифрами обозначено: 86 - выпуск отработанных газов и впуск воздуха в дополнительном двигателе, 87 - сжатие воздуха в дополнительном двигателе, 88 - впрыск топлива в дополнительном двигателе, 89 - рабочий ход в дополнительном двигателе, 90 - холостой ход в дополнительном двигателе, 91 - выпуск отработанных газов и впуск воздуха в основном двигателе, 92 - сжатие воздуха в основном двигателе, 95 - впрыск топлива в основном двигателе и 94 - рабочий ход в основном двигателе.

Работа многотопливного дизельного двигателя повышенной мощности

Перед запуском двигателя необходимо проверить исправность его систем. Затем повернуть ручку 75 против часовой стрелки. Зубчатый венец малой шестерня 77 войдет в зацепление с зубчатой рейкой 78 тяги 79, которая переместится вправо и посредством зубчатой рейки 80 повернет зубчатую шестерню 81 дополнительного насоса высокого давления 24, установив необходимую величину постоянной подачи топлива. При дальнейшем повороте ручки 75 зубчатый венец малой шестерни 77 выходит из зацепления с зубчатой рейкой 78, а зубчатый венец большой шестерни 76 входит в зацепление с зубчатой рейкой 82. Тяга 83 перемещается вправо и зубчатая рейка 84 поворачивает зубчатую шестерню 85 основного насоса высокого давления 45, устанавливая необходимую величину подачи топлива. Включается стартер 55, зубчатая шестерня 54 входит в зацепление с зубчатым венцом маховика 55 и поворачивает коленчатый вал 6. Двигатель запускается и работает следующим образом. В исходном положении (фиг.3) внутренний поршень 48 находится в нижней мертвой точке. Упор 17 утопил круглый цилиндрический стопор 49 внутрь внутреннего поршня 48, отсоединив его от наружного поршня 18, сжав пружину 50, Наружный поршень 18 также находится в нижней мертвой точке и зафиксирован неподвижно стопором 33, который под действием пружины 34 входит в отверстие 32 наружного поршня 18. Нагнетатель воздуха 11 через воздушный фильтр 12 засасывает из атмосферы воздух и подает его через каналы 9 и 10 в камеру сгорания 29 дополнительного двигателя и в камеру сгорания 44 основного двигателя. При этом выпускной клапан 38 и выпускной канал 14 открыты и воздух через глушитель 16 выходит в атмосферу, вытесняя отработанные газы, Отработанные газы из камеры сгорания 44 могут выходить в зависимости от положения золотника распределительного крана 59 и через воздушный циклон 40. На диаграмме обозначено цифрами 86 и 91. Коленчатый вал 6 вращается в направлении, показанном стрелкой. Внутренний поршень 48 начинает движение вверх, перекрывает впускное окно 27 и выпускное окно 28 наружного поршня 18, сжимая находящийся в нем воздух. На диаграмме обозначено цифрой 87. Степень сжатия 30-40 кг/см2. Температура воздуха повышается до 530-680°С. Как только внутренний поршень 48 достигнет точки, соответствующей повороту коленчатого вала 170 градусов, внутрь камеры сгорания через наклонный канал 22, Г-образный канал 21 дополнительной форсункой 23 впрыскивается дизельное топливо. На диаграмме обозначено цифрой 88, внутренний поршень 48 при этом занимает положение, показанное на фиг.12. От высокой температуры дизельное топливо воспламеняется. Образовавшиеся газы расширяются и нажимают на стопор 33, сжимая пружину 34 и освобождая наружный поршень 18, который под действием газов движется вверх, перекрывает впускной канал 9, выпускной клапан 38 при этом закрыт, и с большой силой сжимает воздух в камере сгорания 44 основного двигателя. На диаграмме обозначено цифрой 92. Степень сжатия 120-130 кг/см2. Воздух нагревается до температуры 1500-1700°С. Посредством основной форсунки в камеру сгорания 44 впрыскивается топливо. На диаграмме показано цифрой 93. В момент, когда внутренний 48 и наружный 18 поршни находятся в верхней мертвой точке (фиг.13), круглый цилиндрический стопор 49 под действием пружины 50 входит в отверстие 32, соединяя вместе оба поршня. Топливо в камере сгорания 44 воспламеняется и образовавшиеся газы производят давление до 300 кг/см2 при температуре 2500-2900°С на дно наружного поршня 18, заставляя его вместе с внутренним поршнем 48 двигаться вниз, передавая усилие через шток 51 на кривошип 52 коленчатого вала 6, заставляя последний вращаться, совершая при этом рабочий ход в основном двигателе. Внутренний поршень в этот момент совершает холостой ход. На диаграмме обозначено цифрами 94 и 90. Как только внутренний 48 и наружный 18 поршни займут положение, показанное на фиг.3, они разделяются друг с другом, а наружный поршень фиксируется неподвижно и все повторяется сначала (фиг.11). Если в качестве рабочего тела в основном двигателе используется дистиллированная вода, то золотник распределительного крана 39 должен находиться в положении, показанном на фиг.3, а золотник распределительного крана 41 поворачивают на 90 градусов по часовой стрелке от положения, показанного на фиг.3. Дистиллированная вода, подаваемая основной форсункой 43 в камеру сгорания 44 основного двигателя, от высокой температуры мгновенно испаряется и пар давит на наружный поршень 18, заставляя его вместе с внутренним поршнем 48 двигаться вниз и совершать рабочий ход. В момент открытия впускного канала 9 и выпускного клапана 38 отработавший пар через распределительный кран 39 поступает в воздушный циклон 40, где совершает вращательное движение, двигаясь по спиральному каналу и отдавая тепло стенкам, нагревая воду в рубашке охлаждения 67. Затем сконденсированная вода и максимально охлажденная через распределительный кран 41 вытекает наружу, а воздух через выхлопную трубу 73 выходит в атмосферу. Нагретая в рубашке охлаждения 67, вода поступает в регенератор 70 воздушного нагнетателя 11 и нагревает воздух, поступающий в цилиндры двигателя. При работе основного двигателя на легкокипящих жидкостях последние посредством основной форсунки 43 подаются в камеру сгорания 44. Вследствие высокой температуры легкокипящие жидкости мгновенно испаряются и создают высокое давление. Внутренний 48 и наружный 18 поршни двигаются вниз, совершая рабочий и холостой ход. После открытия впускного канала 9 и выпускного клапана 38 отработанная смесь из камеры сгорания 44 черва распределительный кран 39 (положение золотника показано на фиг.3) поступает в воздушный циклон 40, где происходит охлаждение смеси и отделение легкокипящей жидкости от воздуха под действием центробежной силы. Воздух по выхлопной трубе 73 выходит в атмосферу, а легкокипящая жидкость через распределительный кран 41 (положение золотника его показано на фиг.3) поступает в накопительный бак 42 и затем после ее очистки может быть вновь использована. Ввиду того, что степень сжатия в камере сгорания 44 основного двигателя намного выше, чем в камере сгорания 29 дополнительного двигателя основной насос высокого давления 45 должен создавать более высокое давление впрыска. Таким образом назначение дополнительного двигателя - создать при малых затратах в камере сгорания основного двигателя сверхвысокое давление воздуха и значительно более высокую температуру с целью значительного повышения мощности основного двигателя. Подача топлива в дополнительном двигателе постоянна, а в основном двигателе может изменяться в больших пределах посредством ручки 75. Для остановки двигателя необходимо прекратить подачу топлива в оба двигателя, повернув ручку 75 по часовой стрелке до отказа, и прекратить подачу воздуха заслонкой, не показанной на чертеже, Предлагаемый двигатель может быть использован на судах, тепловозах, дизель-генераторных установках.

Положительный эффект: более высокая мощность на валу при меньших размерах двигателя, более высокий КПД, экономия дизельного топлива, меньшее загрязнение окружающей среды выхлопными газами вследствие более полного сгорания топлива.

1. Многотопливный дизельный двигатель повышенной мощности, содержащий блок цилиндров с картером, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, кинематически связанный с кривошипно-шатунным механизмом, систему воздухоподготовки с регенератором, воздушный циклон, связанный с системой выпуска, системы питания, охлаждения, смазки, запуска и управления, отличающийся тем, что объединяет в себе основной двухтактный и дополнительный двухтактный двигатели, цилиндр каждого из которых содержит два впускных канала, размещенных симметрично один над другим на некотором расстоянии друг от друга, входные отверстия которых соединены с нагнетателем воздуха, причем соосно нижнему впускному каналу на противоположной стороне цилиндра выполнен выпускной канал, выходное отверстие которого через глушитель связано с атмосферой, причем в нижней части цилиндра установлен упор в форме закругленной спереди пластины, а в средней части цилиндра выполнено отверстие, в которое вставлен стопор в форме цилиндрического стержня, нагруженного пружиной, в средней части цилиндра установлена также форсунка дополнительного двигателя, соединенная с выходным штуцером дополнительного насоса высокого давления, подключенного к напорной и сливной магистралям топливной системы, кроме того в цилиндр вставлен наружный поршень с элементами уплотнения, выполненный в форме перевернутого стакана и закрытого в нижней части крышкой в форме кольца с пазом, имеющего в средней части впускное и выпускное окна, в верхней части отверстие для стопора и в донной части Г-образный канал, один конец которого открывается внутрь поршня, а другой выходит на его боковую поверхность, и на нижней части поршня выполнено отверстие, соединенное с продольным пазом, кроме того, внутрь наружного поршня вставлен внутренний поршень с элементами уплотнения, соединенный шатуном с кривошипом коленчатого вала и имеющий в средней части поперечный канал, в который вставлен круглый цилиндрический стопор, нагруженный пружиной и взаимодействующий с отверстием, соединенным с продольным пазом наружного поршня, причем между внутренней поверхностью дна наружного поршня, его боковыми стенками и днищем внутреннего поршня образована камера сгорания дополнительного двигателя, которая через Г-образный канал наружного поршня и наклонный канал цилиндра соединена с форсункой дополнительного двигателя, кроме того цилиндр закрыт крышкой, имеющей выпускной канал с выпускным клапаном, причем выпускной канал через распределительный кран соединен с воздушным циклоном и глушителем, а выпускной клапан кинематически связан с распределительным валом, причем днище наружного поршня, стенки и крышка цилиндра образуют камеру сгорания основного двигателя, и на последней закреплена форсунка, соединенная с выходным штуцером основного насоса высокого давления, подключенного к напорной и сливной магистралям топливной системы, кроме того рубашка охлаждения воздушного циклона посредством трубопроводов соединена с регенератором нагнетателя воздуха.

2. Многотопливный дизельный двигатель повышенной мощности по п.1, отличающийся тем, что рабочим телом дополнительного двигателя является дизельное топливо, а рабочим телом основного двигателя является дизельное топливо или дистиллированная вода или легкокипящая жидкость.

www.findpatent.ru

Намечается техническая революция: многотопливные моторы постепенно вытеснят двигатели внутреннего сгорания

Намечается техническая революция: многотопливные моторы постепенно вытеснят двигатели внутреннего сгорания Новинка — многотопливный двигатель — готов к запуску в массовое производство. Разработанный мотор более чем вдвое легче двигателя внутреннего сгорания (ДВС) аналогичной мощности, пишет cnews.ru.

Компанией «Cyclone Power Technologies» объявлено об успешном завершении этапов разработки и тестирования нового типа многотопливного двигателя. Сейчас он перешел в стадию коммерциализации и сертификации для выпуска в автомобильной промышленности. Разработка названа «Waste Heat Engine» (WHE), ее основой является преобразование тепловой энергии сжигаемого топлива в механическую работу. В принципе ДВС делает то же самое, но отличие в том, что WHE является двигателем внешнего сгорания.

Принцип действия WHE очень прост: внутри внешней камеры сгорания нагревается теплоноситель — деионизированная вода, которая толкает поршни либо крутит турбину. КПД у WHE такой же, как у дизеля, однако, внешнее сгорание обладает рядом преимуществ:

1. Потребляет любой вид топлива (возможно использование и жидкого, и газообразного: этанола, дизельного топлива, бензина, угля, биомассы и их смесей, отработанного пара и даже тепловой энергии солнечного света). Интересно, что тестирование проводилось на топливе, полученном из апельсиновой кожуры, пальмового масла и куриного жира. При этом не потребовалось разбавления биотоплива нефтяными компонентами, что подразумевает экологическую чистоту выхлопа.

2. Устойчиво работает при низких температурах (до 225 градусов Цельсия).

3. В конструкции незначительное количество деталей, она более проста, нежели устройство ДВС. При внешнем сгорании не используются сложные системы клапанов и газораспределительных механизмов, единственное, что работа с высоким давлением требует высокопрочных материалов. В итоге WHE-DR оказался намного легче привычного ДВС. Типичный 4-х цилиндровый блок ДВС весит примерно 90 кг, а его аналог из алюминия WHE – примерно 35 кг.

4. Широкий диапазон мощностей (двигатели WHE мощностью 1-10 кВт имеют небольшие размеры и могут принимать любое топливо – это отличные аварийные источники энергии, генераторы для работы газонокосилок и иных промышленных устройств). А вот WHE средних размеров мощностью в 100-400 лошадиных сил станут идеальным решением для автомобилей или небольших лодок. Ну а большие агрегаты смогут двигать целые корабли!

Отсутствие дыма, вибраций, меньший шум при работе и более экологичный выхлоп позволят двигателям внешнего сгорания внедриться в энергоснабжение городских поездов и другого общественного транспорта.Новинка — многотопливный двигатель — готов к запуску в массовое производство. Разработанный мотор более чем вдвое легче двигателя внутреннего сгорания (ДВС) аналогичной мощности, пишет cnews.ru.

2. Устойчиво работает при низких температурах (до 225 градусов Цельсия).

expertpost.ru

Многотопливный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. Технический результат заключается в обеспечении работы двигателя внутреннего сгорания на различных сортах топлива. Согласно изобретению камеры сгорания отдельных цилиндров поршневого двигателя соединены между собой в порядке очередности рабочих ходов каналами с размещенными в них управляемыми клапанами. Перепускаемые по каналам раскаленные газы обеспечивают воспламенение рабочей смеси в цилиндрах, что дает возможность применения в двигателе различных сортов топлива. Топливо подается непосредственно в цилиндры двигателя через форсунки, установленные на уровне остановки верхней кромки поршня при его положении в нижней мертвой точке, что обуславливает пониженные требования к топливной аппаратуре двигателя и ведет к упрощению конструкции топливного насоса и форсунок. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к многотопливным двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания [1], включающий цилиндры с размещенными в них поршнями, днища которых совместно со стенками и крышкой цилиндра образуют камеру сгорания. В крышке цилиндра установлен регулятор давления, представляющий собой дополнительную камеру значительного объема, соединенную с камерой сгорания каналом с клапаном. Работа клапана осуществляется от сжатого воздуха, получаемого от аккумулятора, компрессора или другого источника.

Недостатком известного двигателя внутреннего сгорания является необходимость иметь источник сжатого воздуха, а также то, что газы, перепущенные из камеры сгорания в дополнительную камеру, расширяются в ней без совершения полезной работы и не воспламеняют топливо.

Известен многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания [2], содержащий цилиндры с размещенными в них поршнями, днища которых совместно со стенками и крышкой цилиндра образуют камеру сгорания. Камеры сгорания цилиндров соединены попарно каналами в порядке, обратном очередности рабочих ходов поршней, а регулятор давления установлен в канале между цилиндрами.

Недостатком известного многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания является то, что он не является многотопливным.

Наиболее близкими техническими решением, выбранным в качестве прототипа, является двигатель внутреннего сгорания [3], содержащий основной и дополнительный цилиндры, расположенные рядом, с размещенными в них поршнями, и головки цилиндров, образующие камеры сгорания и расширения. Дополнительный цилиндр соединен с основным каналом с установленным в нем регулятором давления.

Недостатком описанного технического решения, принятого за прототип, является невозможность работы основного цилиндра на различных сортах топлива из-за высокой степени сжатия и значительные потери энергии из-за большой площади поверхности охлаждения рабочего тела.

Цель изобретения - обеспечение работы двигателя внутреннего сгорания на различных сортах топлива.

Поставленная цель достигается в двигателе внутреннего сгорания с низкой степенью сжатия и воспламенением топлива перепускаемыми газами. Двигатель содержит цилиндры с размещенными в них поршнями, головки цилиндров, образующие со стенками цилиндровых втулок и днищами поршней камеры сгорания, форсунки для подачи топлива и газораспределительные клапаны в головках цилиндров. Камеры сгорания соединены между собой в порядке очередности рабочих ходов их поршней. Форсунки установлены в нижней части цилиндровой втулки и расположены у верхней кромки поршня при его положении в нижней мертвой точке.

Новым в двигателе внутреннего сгорания является соединение камер сгорания между собой в порядке очередности рабочих ходов их поршней и установка форсунок в нижней части цилиндровой втулки у верхней кромки поршня при его положении в нижней мертвой точке.

На фиг.1 изображены два цилиндра многотопливного двигателя внутреннего сгорания, камеры сгорания которых соединены каналом с установленным в нем управляемым клапаном; на фиг.2 - схема соединений камер сгорания цилиндров двухтактного шестицилиндрового двигателя внутреннего сгорания.

Многотопливный двигатель внутреннего сгорания с низкой степенью сжатия и воспламенением топлива перепускаемыми газами (фиг.1) содержит цилиндры 1 и 2 с размещенными в них поршнями 3 и 4 и головки цилиндров 5 и 6 с установленными в них впускными 7 и 8 и выпускными 9 и 10 клапанами. Головки цилиндров 5 и 6 со стенками цилиндровых втулок 11 и 12 и днищами поршней 3 и 4 образуют камеры сгорания 13 и 14, соединенные между собой при помощи канала 15 с размещенным в нем управляемым клапаном 16. Для подачи топлива в двигатель в цилиндровых втулках 11 и 12 установлены форсунки 17 и 18 у верхней кромки поршней 3 и 4 при их положении в нижней мертвой точке. Камеры сгорания 13 и 14 цилиндров 1 и 2 соединены в порядке очередности рабочих ходов их поршней.

Так, в шестицилиндровом двухтактном двигателе внутреннего сгорания с порядком рабочих ходов 1-5-3-4-2-6 такое соединение выполнено следующим образом (фиг.2): камера сгорания первого цилиндра соединена с камерой сгорания пятого; камера сгорания пятого - с камерой сгорания третьего цилиндра; камера сгорания третьего - с камерой сгорания четвертого; камера сгорания четвертого - с камерой сгорания второго; камера сгорания второго - с камерой сгорания шестого; камера сгорания шестого - с камерой сгорания первого цилиндра.

При работе двигателя в камеру сгорания 14 цилиндра 2 на такте сжатия при положении поршня в нижней мертвой точке после закрытия газораспределительных органов (впускного клапана 8 и выпускного клапана 10) подается топливо форсунками 18. По мере перемещения поршня 4 к верхней мертвой точке давление и температура в цилиндре 2 повышаются, а топливо испаряется и хорошо перемешивается с воздухом. Вследствие низкой степени сжатия температура топливовоздушной смеси в цилиндре 2 при подходе поршня 4 к верхней мертвой точке не достигает величины, достаточной для самовоспламенения топлива, и оно не самовоспламеняется. Одновременно за счет горения топлива в камере сгорания 13 цилиндра 1 давление в начале рабочего хода поршня 3 возрастает. В соответствии с порядком работы цилиндров положение поршня 4 в цилиндре 2 отстает по фазе от положения поршня 3 в цилиндре 1 на угол заклинки коленчатого вала. Поэтому в момент подхода поршня 4 в цилиндре 2 к верхней мертвой точке, в цилиндре 1 происходит догорание топлива на такте расширения и давление в цилиндре 1 выше, чем давление сжатия в цилиндре 2.

При достижении поршнем 4 цилиндра 2 верхней мертвой точки кратковременно открывается управляемый клапан 16 (например, от импульса распределительного вала, на чертеже не показан) и часть раскаленных газов в виде факела пламени из камеры сгорания 13 цилиндра 1 по каналу 15 перетекает в камеру сгорания 14 цилиндра 2, воспламеняя в ней топливо.

В процессе пуска двигателя первоначальное воспламенение рабочей смеси производится известными вспомогательными средствами: свечой накаливания, увеличением степени сжатия в период пуска, пуском двигателя на этиловом эфире с последующим переводом на рабочее топливо и др.

Воспламенение топлива раскаленными газами, перепускаемыми из цилиндров в порядке рабочих ходов поршней, обеспечивает работу двигателя на всех сортах жидкого и газообразного топлива.

Установка форсунок в нижней части цилиндровой втулки у верхней кромки поршня при его положении в нижней мертвой точке предъявляет пониженные требования к топливной аппаратуре двигателя по дисперсности распыла, углу и продолжительности подачи топлива, а также давлению впрыскивания. Топливо может подаваться в цилиндр в виде струй без распыливания, а в период сжатия оно разносится воздухом по всему объему цилиндра, хорошо перемешивается с воздухом, испаряется, и топливовоздушная смесь оказывается близкой к гомогенной. Низкое давление впрыска значительно упрощает конструкцию топливного насоса и форсунки и снижает нагрузки на их детали. При работе на газообразном топливе не требуется подача запальной порции жидкого топлива, что упрощает конструкцию двигателя. При сгорании топливо - воздушной смеси с меньшим коэффициентом избытка воздуха снижается расход топлива, а низкая степень сжатия уменьшает потери энергии на сжатие рабочего тела, что повышает КПД двигателя.

Таким образом, использование предлагаемой конструкции двигателя внутреннего сгорания обеспечивает работу многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания на различных сортах топлива.

ЛИТЕРАТУРА

1. Заявка Франции №2315002, F02B 41/00, опубл. 1977 г.

2. А.С. СССР №1728514, опубл. 23.04.92, бюл. №15.

3. Патент США №4307687, F02B 75/20, опубл. 1981 г.

Многотопливный двигатель внутреннего сгорания с низкой степенью сжатия и воспламенением топлива перепускаемыми газами, содержащий цилиндры с размещенными в них поршнями и головки цилиндров, образующие со стенками цилиндровых втулок и днищами поршней камеры сгорания, соединенные между собой каналами с размещенными в них управляемыми клапанами, и форсунки для подачи топлива, отличающийся тем, что камеры сгорания цилиндров соединены в порядке очередности рабочих ходов их поршней, а форсунки установлены в цилиндровой втулке на уровне остановки верхней кромки поршня при его положении в нижней мертвой точке.

www.findpatent.ru

Простой многотопливный мотор вытеснит привычный двигатель внутреннего сгорания

Новый многотопливный двигатель готов к массовому производству. При той же мощности, новый двигатель более чем в 2 раза легче ДВС

17.01.2014 в 14:25, просмотров: 38973

Компания Cyclone Power Technologies объявила о завершении разработки и тестирования многотопливного двигателя нового типа. В настоящее время начался этап коммерциализации новинки, а также ее сертификации для автомобильной промышленности. Новый тип двигателя под названием Waste Heat Engine (WHE) является устройством для превращения тепловой энергии сгорающего топлива в механическую работу. Собственно, то же самое делает и двигатель внутреннего сгорания (ДВС), но в отличие от него WHE – это двигатель внешнего сгорания.

Простой многотопливный мотор вытеснит привычный двигатель внутреннего сгорания

Принцип работы WHE очень прост: во внешней камере сгорания происходит нагрев теплоносителя, деионизированной воды, которая в свою очередь толкает поршни или крутит турбину. КПД WHE не превышает таковой у дизельного двигателя, однако двигатель внешнего сгорания имеет несколько преимуществ.

Прежде всего, WHE может потреблять любое топливо: жидкое или газообразное. Это может быть этанол, дизельное топливо, бензин, уголь, биомасса или их смеси – в общем, все что угодно, включая тепло солнечного света, отработанного пара и т.д. Например в первоначальных тестах использовалось топливо, получаемое из кожуры апельсина, пальмового или хлопкового масла, куриного жира. При этом биотопливо можно не разбавлять нефтяным, а значит выброс двигателя WHE может быть более чистым. Поскольку WHE способен работать при относительно низкой температуре в 225 градусов Цельсия, он может использовать для работы самые разные источники тепла.

Одно из главных преимуществ WHE – меньшее количество деталей и более простое устройство, чем у ДВС, рассказывает cnews.ru. Внешнее сгорание не требует сложной системы клапанов и газораспределительного механизма, хотя из-за высокого давления необходимо применять высокопрочные материалы. В целом, WHE-DR намного легче традиционного ДВС. Так, типичный 4-цилиндровый блок цилиндров ДВС весит около 90 кг, в то время, как аналогичный алюминиевый блок цилиндров WHE весит около 35 кг.

Стоимость изготовления WHE должна быть не выше, чем стоимостьизготовления аналогичного по мощности ДВС, но при этом новый двигатель будет легче и сможет использовать самые дешевые виды топлива.

Небольшое автомобильное шасси с двигателем WHE мощностью 330 л.с. В центре баки для различных видов топлива: угольный порошок, сжиженный газ (водород, метан и т.д.), жидкое топливо (бензин, биотопливо и т.д.).

Двигатели WHE можно использовать во всем диапазоне мощностей. В частности, небольшие электрогенераторы мощностью от 1 кВт до 10 кВт будут иметь небольшие размеры и смогут питаться любым видом топлива, что крайне важно для аварийных источников энергии. Такие же двигатели можно использовать для небольшой техники, вроде газонокосилок, или составить их в пакеты для применения в промышленности, на морских судах и т.д.

Двигатели WHE среднего размера мощностью 100-400 л.с. идеально подойдут для автомобилей и небольших лодок, а большие двигатели мощностью от 400 до 1000 л.с. – для кораблей.

Благодаря отсутствию дыма, вибрации, меньшему шуму при работе и более экологичному выхлопу, двигатели внешнего сгорания могут использоваться для энергоснабжения городских поездов и других видов общественного транспорта.

www.mk.ru

Многотопливный двигатель внутреннего сгорания

Использование: машиностроение, в частности двигателестроение. Сущность изобретения: в систему питания многотопливного двигателя дополнительно включен электронный блок 12 контроля температуры отработавших газов, связанный с одной стороны с управляющим клапаном 6, а с другой с датчиком температуры 11, установленным в газовыпускном тракте дизеля на входе в каталитический нейтрализатор 10. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и направлено на усовершенствование систем питания многотопливных двигателей внутреннего сгорания, работающих преимущественно на готовой водотопливной эмульсии в условиях подземных шахт и выработок.

Известные многотопливные двигатели внутреннего сгорания содержат систему питания, включающую расходный бак основного топлива с трубопроводом основного топлива, расходный бак дополнительного топлива с трубопроводом дополнительного топлива, фильтры грубой и тонкой очистки основного и дополнительного топлива, установленные на соответствующих трубопроводах, управляющий клапан с двумя входами, первый из которых сообщен с трубопроводом основного топлива, а второй с трубопроводом дополнительного топлива, и одним выходом, топливный насос высокого давления, сообщенный с выходом управляющего клапана, топливные форсунки, сообщенные с топливным насосом высокого давления, топливоподкачивающий насос, причем управляющий клапан снабжен электромагнитным приводом. Однако такие двигатели обладают высокой токсичностью отработавших газов, особенно в отношении содержания окиси углерода, сажи и углеводородов. Целью изобретения является снижение токсичности отработавших газов. Это достигается тем, что двигатель дополнительно содержит каталитический нейтрализатор отработавших газов, установленный в газовыпускном тракте, и снабжен датчиком температуры, установленным на входе в нейтрализатор, блок контроля температуры отработавших газов электрически соединен с датчиком температуры и приводом управляющего клапана, а топливоподкачивающий насос установлен между выходом управляющего клапана и топливным насосом высокого давления. На чертеже представлена конструктивная схема системы питания многотопливного двигателя внутреннего сгорания. Двигатель 1 содержит систему питания, включающую расходный бак 2 основного топлива с трубопроводом основного топлива, расходный бак 3 дополнительного топлива с трубопроводом дополнительного топлива, топливные фильтры 4 и 5 соответственно основного и дополнительного топлива, управляющий клапан 6 с двумя входами, первый из которых сообщен с трубопроводом основного топлива, а второй с трубопроводом дополнительного топлива, и одним выходом, топливный насос высокого давления 7, топливные форсунки 8, сообщенные с топливным насосом высокого давления 7, топливоподкачивающий насос 9, установленный между топливным насосом высокого давления и выходом управляющего клапана 6, снабженного электромагнитным приводом, каталитический нейтрализатор 10, установленный в газовыпускном тракте двигателя и снабженный датчиком температуры 11, установленным на входе в нейтрализатор, блок 12 контроля температуры отработавших газов, электрически соединенный с датчиком 11 и приводом управляющего клапана 6. Для двигателей транспортного назначения электромагнитный блок 12 дополнительно включает в себя реле задержки времени формирования сигнала переключения управляющего клапана 6, учитывающее тепловую инерционность каталитического нейтрализатора и высокую частоту изменений эксплуатационных режимов работы (на чертеже не показано). Работа двигателя заключается в следующем. Пуск дизеля, работа его на холостом ходу и малых нагрузках осуществляются на основном топливе. При этом управляющий клапан 6 находится в крайнем нижнем положении и топливоподкачивающий насос 9 из бака 2, через фильтр 4 и соответствующую полость клапана 6 подает основное топливо к топливному насосу высокого давления 7, а далее через форсунки 8 в цилиндры двигателя 1. При увеличении нагрузки на двигатель и соответствующем повышении температуры отработавших газов на входе в каталитический нейтрализатор 10 до температуры начала активной работы нейтрализатора датчик 11 подает сигнал на электромагнитный блок 12, который с определенной временной задержкой воздействует на клапан 6, поднимая шток золотника вверх, перекрывая доступ основного топлива и открывая доступ дополнительного топлива из бака 3 через фильтр 5 к насосу 9, а затем к насосу 7 и через форсунки 8 в цилиндры двигателя. При дальнейшем изменении режима работы двигателя, например при снижении нагрузки и соответствующем понижении температуры отработавших газов до температуры, при которой каталитический нейтрализатор прекращает свою активную работу, датчик 11 подает сигнал на электромагнитный блок 12, который с определенной временной задержкой воздействует на шток золотника клапана 6, перекрывая доступ дополнительного топлива и открывая доступ основного топлива из бака 2 к двигателю. Двигатель продолжает работу на основном топливе. При аварийной остановке двигателя с помощью ручной секции топливоподкачивающего насоса 9 система предусматривает прокачку топливного насоса высокого давления 7 и топливных форсунок 8 основным топливом путем прокручивания коленчатого вала. Таким образом, описанная многотопливная система питания двигателя за счет рационального использования основного и дополнительного топлив в зависимости от температурного режима работы, а также использования каталитического нейтрализатора позволяет снизить токсичность отработавших газов дизелей, в частности, транспортного назначения.

Формула изобретения

МНОГОТОПЛИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий систему питания, включающую расходный бак основного топлива с трубопроводом основного топлива, расходный бак дополнительного топлива с трубопроводом дополнительного топлива, фильтры грубой и тонкой очистки основного и дополнительного топлива, установленные на соответствующих трубопроводах, управляющий клапан с двумя входами, первый из которых сообщен с трубопроводом основного топлива, а второй с трубопроводом дополнительного топлива, и одним выходом, топливный насос высокого давления, сообщенный с выходом управляющего клапана, топливные форсунки, сообщенные с топливным насосом высокого давления, топливоподкачивающий насос, причем управляющий клапан снабжен электромагнитным приводом, отличающийся тем, что, с целью снижения токсичности отработавших газов, двигатель содержит каталитический нейтрализатор, установленный в газовыпускном тракте двигателя, и снабжен датчиком температуры, установленным на входе в нейтрализатор, блок контроля температуры отработавших газов, электрически соединенный с датчиком температуры и с приводом управляющего клапана, а топливоподкачивающий насос установлен между выходом последнего и топливным насосом высокого давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1

www.findpatent.ru