ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DIESEL ENGINE

Изобретение относится к области двигателестроения, точнее к дизельным двигателям внутреннего сгорания и их системам топливопитания.
Известен дизельный двигатель по патенту РФ на изобретение №2452866, МПК F02M 25/10, опубл. 10.06.2012, топливная система которого содержит топливный бак, фильтр, предпусковой подогреватель двигателя, активаторы дизельного топлива, форсунку, закрепленную на головке блока цилиндров и снабженную иглой, расположенной по центральной оси форсунки, насос высокого давления, связанный с рабочей камерой форсунки посредством топливопровода подачи дизельного топлива, снабженного клапаном, согласно предлагаемому решению содержит устройство подачи водорода, соединенное через топливопровод подачи водорода с рабочей камерой форсунки, сильфон с уплотнительной вставкой, установленный в верхней части форсунки и заполненный рабочей жидкостью, электроды, расположенные в полости сильфона, при этом сильфон снабжен поршнем, шток которого является продолжением иглы форсунки, а топливопровод подачи водорода снабжен дозирующим клапаном, при этом электроды сильфона и дозирующий клапан электрически связаны с датчиком угла поворота коленчатого вала двигателя.
Недостатки - узкоспециализированное назначение.
Известен многотопливный дизельный двигатель повышенной мощности по патенту РФ №2285814, МПК F02B 47/04, опубл. 20.10.2006.
Этот двигатель 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.
Недостаток - применим только для двигателей большой мощности.
Известен дизельный двигатель по патенту РФ на изобретение №2413854, МПК F02B 69/04, опубл. 10.03.2011.
Этот двигатель включает системы питания дизельным топливом, газом с регуляторами их количества и систему питания воздухом. Система питания воздухом состоит из воздушного фильтра, воздухопроводов и впускного тракта. После воздушного фильтра в воздухопровод установлена смесительная камера с тремя входами и одним выходом. Один из входов смесительной камеры содержит скруббер Вентури и сообщен с воздушным фильтром. Два других входа соединены с источниками газообразного топлива с низким цетановым числом и с высоким цетановым числом соответственно и содержат устройства для регулировки количества газообразных топлив, подаваемых в смесительную камеру.
Недостатки - сложность топливной системы и неприспособленность двигателя для работы при недостатке атмосферного воздуха.
Известны дизельный двигатель и способ его работы по патенту РФ на изобретение №2388916, МПК F02B 19/18, опубл. 10.05.2010, прототип.
Способ работы двигателя внутреннего сгорания включает введение части топлива во всасывающий коллектор. Внешнее смесеобразование осуществляют путем введения части топлива в объеме 20% от полной цикловой подачи топлива во всасывающий коллектор. Внутреннее смесеобразование осуществляют путем впрыскивания в цилиндр оставшейся части топлива в объеме 80% от полной цикловой подачи с воспламенением смеси от сжатия.
Полная цикловая подача топлива соответствует коэффициенту избытка воздуха α=1,0÷4,05. Устройство для осуществления комбинированного смесеобразования включает всасывающий коллектор, который снабжен смесительной камерой, выполненной в виде эллипсоида вращения. На смесительной камере установлена дополнительная форсунка и ультразвуковые магнитострикционные вибраторы, расположенные соосно с двух сторон под углом 30° к большой оси смесительной камеры.
Недостатки - невозможность работы двигателя в высокогорных условиях, в замкнутых помещениях и под водой при отсутствии воздуха.
Задачей создания изобретения является обеспечение его работоспособности при отсутствии воздуха.
Решение указанных задач достигнуто в дизельном двигателе внутреннего сгорания, содержащем коленчатый вал с ведущей звездочкой, систему газораспределения, выполненную в головке цилиндров, в свою очередь, содержащую систему впуска, систему выхлопа продуктов сгорания, по меньшей мере, один цилиндр с установленным в нем поршнем и форсункой горючего, тем, что в на входе системы впуска установлена герметичная заслонка, а внутри размещена форсунка окислителя, к которой подсоединен трубопровод подачи окислителя, а к каждой форсунке горючего через распределитель присоединен трубопровод подачи горючего. Дизельный двигатель внутреннего сгорания может содержать блок управления. Трубопроводы подачи окислителя и горючего могут быть соединены с выходами из турбонасосного агрегата, имеющего насосы окислителя и горючего с общим валом, который, в свою очередь, соединен с приводом. В качестве привода может быть применен электродвигатель.
Сущность изобретения поясняется на чертежах Фиг. 1…7, где:
на фиг. 1 приведен вид с торца,
на фиг. 2 приведен разрез А-А,
на фиг. 3 приведен продольный разрез двигателя внутреннего сгорания по В-В,
на фиг. 4 приведен продольный разрез двигателя по Б-Б,
на фиг. 5 приведена система охлаждения двигателя,
на фиг. 6 приведен разрез D-D,
на фиг. 7 приведен насосный агрегат.
Дизельный двигатель внутреннего сгорания (в дальнейшем - двигатель) содержит (фиг. 1…7), по меньше мере, один цилиндр 1 и установленный в нем поршень 2.
В дальнейшем описание изобретении приведено на примере двухцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя. Тем не менее изобретение распространяет свои права и на одноцилиндровый двигатель, а также на двигатели с любым числом цилиндров и с любым их расположением, например с V- образным расположением цилиндров. Также изобретение может быть применено в двухтактных двигателях, имеющих жидкостное охлаждение. Каждый поршень 2 имеет компрессионные и маслосъемные кольца 3 и 4 соответственно. Цилиндры 1 выполнены заодно с корпусом 5, имеющим поддон 6 для масла 7. Над цилиндрами 1 установлена головка цилиндров 8, между ними установлена прокладка 9.
Двигатель имеет коленчатый вал 10, систему газораспределения, выполненную в головке цилиндров 8.
Система газораспределения содержит систему впуска 11 с впускным патрубком 12, дроссельной заслонкой 13 и ее приводом 14 и систему выпуска выхлопных газов 15 с глушителем 16 и распределительный вал 17 с кулачками 18.
Распределительный вал 17 установлен параллельно оси коленчатого вала 10. В головке цилиндров 8 выполнены впускные отверстия 19 с впускными клапанами 20 и выпускные отверстия 21 с выпускными клапанами 22. В цилиндрах 1 при работе образуются камеры сгорания 23.
Поршни 2 связаны с коленчатым валом 10 шатунами 24, в которых установлены пальцы 25. Шатуны 24 имеют шатунные подшипники 26. Коленчатый вал 10 установлен на коренных подшипниках 27 и уплотнен уплотнениями 28. Внутри коленчатого вала 10 выполнены маслоканалы 29.
В систему газораспределения входят ведущая звездочка 30 и ведомая звездочка 31, соединенные цепью (или ремнем) 32. Диаметр ведомой звездочки 30 в 2 раза больше диаметра ведущей звездочки 31. За два оборота коленчатого вала 10 распределительный вал 17 совершает всего один оборот (Это относится только к четырехтактным двигателям).
Около бокового участка цепи 31 установлен натяжитель цепи 33.
Кроме того, двигатель имеет установленные в каждом цилиндре 1 топливные форсунки 34, соединенные трубопроводами высокого давления 35 с распределителем 36. К распределителю 36 присоединен трубопровод подачи топлива 37, другой конец которого соединен с насосным агрегатом 38. Трубопровод подачи топлива 37 содержит регулятор расхода горючего 39 с приводом 40 и отсечной клапан горючего 41.
В впускном патрубке 12 установлена форсунка окислителя 42, соединенная трубопроводом подачи окислителя 43 с насосным агрегатом 28. Трубопровод подачи окислителя 43 содержит регулятор расхода окислителя 44 с приводом 45 и отсечной клапан окислителя 46.
Насосный агрегат 38 (фиг. 7) содержит установленные на валу 47 насос окислителя 48, насос горючего 49 и привод 50. В качестве привода использован электродвигатель.
Привод 50 электрическими проводами 51, содержащими выключатель 52, соединен с аккумулятором 53. Система подачи горючего содержит бак горючего 54, который трубопроводом горючего 55, содержащим клапан 56, соединен с входом в насос горючего 48. В качестве горючего может использоваться улеводородное топливо или спирт.
Система подачи окислителя содержит бак окислителя 57, который трубопроводом окислителя 58, содержащим клапан окислителя 59, соединен с входом в насос окислителя 48. В качестве окислителя используется кислород или перекись водорода или любой окислитель.
Более подробно конструкция насосного агрегата 38 показана на фиг. 7. Насосный агрегат 38 содержит насосы окислителя 48 и насос горючего 49, имеющие общий вал 47, к которому присоединен привод 50.
Насос окислителя 48 содержит входной корпус 60, шнек 61, центробежное рабочее колесо 62, установленные на валу 47, выходной корпус 63, опору 64 и уплотнение 65.
Насос горючего 49 содержит входной корпус 66, шнек 67, центробежное рабочее колесо 68, выходной корпус 69, опору 70 и уплотнение 71.
Двигатель может быть оборудован блоком управления 72, который электрическими связями 73 соединен с приводами 14, 40 и 45.
В двигателе применена система жидкостного охлаждения. Между цилиндрами 1 и между корпусом 5 и цилиндрами 1 выполнена полость 74 для охлаждения цилиндров 1. Система охлаждения двигателя содержит полость 74, отводящий трубопровод 75, насос 76, промежуточный трубопровод 77, радиатор 78 и подводящий трубопровод 79.
ДАТЧИКИ КОНТРОЛЯ
Двигатель может быть оборудован датчиком углового положения дроссельной заслонки 80 и датчиком давления за дроссельной заслонкой 81. Датчики 80 и 81 электрическими связями 73 соединены с блоком управления 72 (фиг. 1). Это позволит скорректировать опережение зажигания при работе с минимальной нагрузкой на высоких оборотах коленчатого вала 10 для экономии топлива.
Кроме того, двигатель может быть оборудован датчиком температуры охлаждающей жидкости 82, датчиком частоты вращения коленчатого вала 83, датчиком углового положения распределительного вала 84, которые линиями связи 73 соединены с блоком управления 72.
РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ
Работает двигатель следующим образом. Возможны два режима работы двигателя:
- при наличии атмосферного воздуха,
- при полном отсутствии атмосферного воздуха (например, на подводной лодке).
ПЕРВЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ
В исходном положении заслонка 13 открыта.
Для запуска двигателя стартером (на фиг. 1…7 не показано) раскручивают коленчатый вал 10. Одновременно открывают клапаны, включают выключатель 52, и электрическая энергия с аккумулятора 53 по электрическим проводом 51 поступает на привод 50, который раскручивает насосный агрегат 38 (фиг. 1 и 7). Давление горючего и окислителя на выходах из насосов 48 и 49 возрастает. Открывают клапаны 46 и 56, и горючее и окислитель поступают в двигатель.
Окислитель из насоса окислителя 49 по трубопроводу окислителя 43 подается на форсунки 42 и впрыскивается в коллектор 12. Смесь воздуха с окислителем подается из впускного патрубка 12 по системе впуска (Фиг. 3) через впускные отверстия 19, при открытом впускном клапане 20 поступает в камеру сгорания 23. При этом первый поршень 2 находится в верхней мертвой точке ВМТ и начинает движение вниз, работая в режиме впуска топливовоздушной смеси. Смесь воздуха с окислителем поступает в камеру сгорания 23 первого цилиндра 1. Система выхлопа 15 первого цилиндра 1 в это время закрыта. В это же время для второго цилиндра 1 впускное отверстие 19 закрыто впускным клапаном 20. Продукты сгорания из второго цилиндра 1 поступают в систему выхлопа 15 и глушитель 16 через выпускное отверстие 21 при открытом впускном клапане 22. После того, как коленчатый вал 10 совершит полоборота, произойдет сжатие топливовоздушной смеси в камере сгорания 23 первого цилиндра 1 и блок управления 72 по электрической связи 73 подает сигнал на распределитель 36, который управляет подачей горючего на соответствующую форсунку горючего 34 первого цилиндра 1 первую серию импульсов для воспламенения топливовоздушной смеси. И так циклы повторяются Цилиндры 1 нагреваются до температуры 500…700°C и без охлаждения двигатель неработоспособен.
Наиболее эффективно жидкостное охлаждение. Для этого вокруг всех цилиндров 1 сформирована полость 74, заполненная охлаждающей жидкостью. Нагретая охлаждающая жидкость отбирается из полости 74 трубопроводом отбора 75 и насосом 76 через промежуточный трубопровод 77 подается в радиатор 78, где охлаждается воздухом. В существующих схемах это тепло не используется. В предложенном двигателе охлаждающая жидкость отбирается трубопроводом отбора 50 и подается в теплообменник 49, где охлаждается, нагревая при этом воздух.
ВТОРОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ
Для работы двигателя при полном отсутствии атмосферного воздуха полностью закрывают задвижку 13. Воздух в систему впуска 11 с впускным патрубком 12 не поступает.
Двигатель работает только на окислителе вместо воздуха. В остальном его работа аналогична работе в первом режиме.
КОНТРОЛЬ РАБОТЫ
Датчик положения дроссельной заслонки 80 позволяет контролировать ее положение при установлении соответствующего режима работы двигателя. Датчик давления за дроссельной заслонкой 81 дублирует эту функцию и контролирует это давление. Датчик температуры охлаждающей жидкости 82 позволяет контролировать перегрев двигателя.
Датчик частоты вращения коленчатого вала 83 контролирует частоту вращения коленчатого вала 10 (режим и нагрузку), а датчик углового положения распределительного вала 83 постоянно измеряет угловое положение распределительного вала 17 для управления моментом впрыска горючего.
Применение изобретения позволило:
1. Обеспечить работоспособность двигателя в разреженной атмосфере и при отсутствии воздуха.
2. Повысить КПД двигателя.
3. Исключить перегрев двигателя.
4. Повысить надежность и ресурс системы за счет исключения влияния регулировок и износа деталей механизма газораспределения.