ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Предложение относится к области машиностроения и может быть использовано, преимущественно, в качестве поршневого двигателя транспортного средства.
Из уровня техники известен поршневой двигатель (Патент RU 183893 F02G 3/02, F02G 5/02, F02B 33/16 Опубл. 08.10.2018), состоящий из блока цилиндров, включающий нагнетательный и расширительный цилиндры, кривошипно-поршневые группы, работающие на общий коленчатый вал, ресивер-теплообменник связанный с расширительным цилиндром с нормально открытым впускным самодействующим клапаном и выхлопными окнами, сообщенными через обратный клапан с камерой сгорания.
Основным недостатком такого двигателя является невозможность форсирования его мощностных показателей при работе на режимах, обусловленных значительным увеличением внешней нагрузки на транспортное средство, в условиях бездорожья, сложного рельефа местности, преодоления крутых подъемов.
Устройство поршневого двигателя (Патент RU 183893 F02G 3/02, F02G 5/02, F02B 33/16 Опубл. 08.10.2018) является наиболее близким к предлагаемой в заявке по технической сущности и принято за прототип.
Техническим результатом заявленной полезной модели является форсирование мощностных показателей работы двигателя на режимах, обусловленных значительным увеличением внешней нагрузки на транспортное средство, в условиях бездорожья, сложного рельефа местности, преодоления крутых подъемов.
Технический результат достигается тем, что камера сгорания через газовый редуктор и регулирующий вентиль, управляемый сигналом датчика давления, размещенного на ресивере-теплообменнике, сообщена трубопроводом с баллоном сжатого воздуха высокого давления.
Предложение поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема поршневого двигателя.
Предлагаемый поршневой двигатель содержит: блок цилиндров 1, общий коленчатый вал 2, к которому кривошипно-поршневыми группами присоединены нагнетательный цилиндр 3 и расширительный цилиндр 4 с поршнем 5. Расширительный цилиндр 4 снабжен нормально открытым самодействующим впускным клапаном 6 и выхлопными окнами 7, объединенными коллектором 8, и соединенным трубопроводом 9 со змеевиком 10 ресивера-теплообменника 11 и трубопроводом 12 выхода отработавших газов. Камера сгорания 13 с системами питания топливом и зажигания через регулирующий вентиль 14, управляемый сигналом датчика давления 15, установленном на ресивере-теплообменнике 11, соединена трубопроводом 16 через газовый редуктор 17 с баллоном сжатого воздуха высокого давления 18. Ресивер-теплообменник 11 соединен трубопроводом 19 через обратный клапан 20 с камерой сгорания 13.
кр
Предлагаемый поршневой двигатель работает следующим образом. Сжатый воздух из нагнетательного цилиндра 3, дополнительно подогретый отработавшими газами, поступающими по трубопроводу 9 в змеевик 10 ресивера-теплообменника 11 из коллектора 8 расширительного цилиндра 4, подается по трубопроводу 19 через обратный клапан 20 в камеру сгорания 13, куда также впрыскивается топливо. При воспламенении топливно-воздушной смеси системой зажигания горячее рабочее тело из камеры сгорания 13 поступает в расширительный цилиндр 4 через нормально открытый самодействующий впускной клапан 6. В процессе наполнения расширительного цилиндра 4 рабочим телом поршень 5 перемещается с увеличением скорости от верхней мертвой точки (ВМТ) в направлении нижней мертвой точки (НМТ), совершая механическую работу, создавая при этом крутящий момент М своей кривошипно-поршневой группой на коленчатом валу 2 поршневого двигателя. При этом растет перепад давлений на подпружиненный запорный элемент нормально открытого впускного клапана 6 и впускной клапан 6 закрывается. Поступившее в цилиндр рабочее тело оказывает давление на поршень 5 и при его дальнейшем перемещении к НМТ расширяется, продолжая совершать механическую работу, обеспечивая при этом одновременно движение транспортного средства, а также сжатие и перемещение воздуха в ресивер-теплообменник 11 нагнетательным цилиндром 3. При открытии поршнем 5 выхлопных окон 7 в нижней части расширительного цилиндра 4 расширившееся отработанное рабочее тело отводится в коллектор 8 и по трубопроводу 9 подается в змеевик 10 ресивера-теплообменника 11, и затем отработавшие газы по трубопроводу 12 выводятся в атмосферу. При обратном ходе поршня к ВМТ, обеспечиваемом моментом инерции маховика двигателя (или другими параллельно работающими расширительными цилиндрами), происходит сжатие оставшегося в расширительном цилиндре 4 рабочего тела и при превышении давления в расширительном цилиндре 4 давления газов в камере сгорания 13, впускной клапан 6 открывается, и при достижении поршнем 5 ВМТ цикл в расширительном цилиндре 4 повторяется.
При значительном увеличении внешней нагрузки для форсирования мощностных показателей двигателя с увеличением количества подаваемого топлива дополнительное количество сжатого воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, подается из баллона сжатого воздуха высокого давления 18 в камеру сгорания 13 по трубопроводу 16 через регулирующий вентиль 14, управляемый сигналом от датчика давления 15, размещенного на ресивере-теплообменнике 11, и газовый редуктор 17.
Большая часть механической энергии, снимаемой с коленчатого вала 2, расходуется на привод движителя транспортного средства, а меньшая ее часть воспринимается кривошипно-порпшевой группой нагнетательного цилиндра 3, приводя ее в движение, обеспечивая при этом сжатие атмосферного воздуха.
Внешнее расположение камеры сгорания позволит сжигать топливно-воздушную смесь практически при постоянном объеме, что приведет к уменьшению шумности работы двигателя, обеспечит процесс сгорания при снижении токсичности выхлопа. Конструкция камеры сгорания позволит использовать более простую топливоподающую аппаратуру и систему зажигания, даст возможность применения в двигателе различных видов топлива (природный и попутный нефтяной газы, тяжелое дизельное топливо, легкие нефтяные фракции, бензин и керосин, порошкообразный уголь и др.)
При движении торможении транспортного средства накатом, спусках с подъемов, торможении крутящий момент, создаваемый на коленчатом валу 2 движителем, приведет в движение поршневые группы нагнетательного цилиндра 3. В этом случае происходит сжатие атмосферного воздуха, поступающего в нагнетательный цилиндр 3 с его перемещением в ресивер-теплообменник 11, обеспечивая тем самым накопление сжатого воздуха в ресивере-теплообменнике 11 и последующую рекуперацию накопленной пневматической энергии.
По сравнению с прототипом предложенное техническое решение позволяет форсировать мощностные показатели двигателя при работе на режимах, обусловленных значительным увеличением внешней нагрузки на транспортное средство в условиях бездорожья, сложного рельефа местности, преодоления крутых подъемов.