ДИЗЕЛЬ С ПНЕВМАТИЧЕСКИМ РАСПЫЛИВАНИЕМ ТОПЛИВА

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для повышения эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу.
Известен дизель с пневматическим распыливанием топлива - «компрессорный дизель» (Бальян С.В. Техническая термодинамика и тепловые двигатели. М. - Л.: Машгиз, 1958. - 311 с.), который представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий кривошипно-шатунный механизм, поршень, впускной и выпускной клапаны, пневматическую форсунку для распыливания жидкого топлива в цилиндре с помощью сжатого воздуха, и оборудованный компрессором для выработки сжатого воздуха, приводимым в действие от коленчатого вала поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Недостатком этого двигателя является расходование значительной части энергии, произведенной при расширении (18-20%), на сжатие воздуха в компрессоре и соответствующее снижение мощности, снимаемой с коленчатого вала. Следствием этого недостатка стало прекращение производства дизелей с пневматическим распыливанием топлива в первой половине XX в.
Данный двигатель является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и принят за прототип.
Задачей предложения является исключение затрат энергии, производимой при расширении, на выработку сжатого воздуха и повышение таким образом мощности, снимаемой с коленчатого вала на соответствующую величину.
Решение поставленной задачи достигается тем, что впускная система дизеля оборудуется утилизационным термокомпрессором на базе двигателя Стирлинга, который, используя теплоту отработавших газов дизеля, производит сжатый воздух, обеспечивающий пневматическое распыливание топлива в цилиндре дизеля.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предлагаемый дизель с пневматическим распыливанием топлива представляет собой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус 1 с кривошипно-шатунным механизмом 2, поршнем 3, впускным 4, выпускным 5 клапанами, выпускным патрубком 6 и пневматической форсункой 7 с блоком электронного управления 8; топливный бак 9 с топливопроводом 10; двигатель Стирлинга 11 с полостью для прохода отработавших газов 12; компрессор 13, сообщающийся трубопроводом 14 с ресивером 15, который соединен воздухопроводом 16 с пневматической форсункой 7.
Предлагаемый дизель с пневматическим распыливанием топлива работает следующим образом.
После завершения очередного рабочего цикла, отработавшие газы из надпоршневого пространства через выпускной клапан 4 по выпускному патрубку 6 поступают в полость 12, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 11. Мощность, вырабатываемая двигателем Стирлинга, используется для сжатия воздуха в компрессоре 13. Сжатый воздух по трубопроводу 14 подается в ресивер 15, откуда по воздухопроводу 16 поступает в пневматическую форсунку 7, в которую одновременно из топливного бака 9 по топливопроводу 10 подается топливо.
Новый рабочий цикл начинается с движения поршня 3 вниз при открытом впускном клапане 5, через который происходит заполнение надпоршневого пространства воздухом из атмосферы. После достижения поршнем 3 крайнего нижнего положения впускной клапан 5 закрывается и при движении поршня 3 от нижнего крайнего положения до верхнего крайнего положения происходит сжатие воздуха. При приближении поршня 3 к крайнему верхнему положению в сильно сжатый и нагретый воздух над поршнем 3 блок электронного управления 8 открывает сопловое отверстие пневматической форсунки 7, и в надпоршневое пространство под давлением воздуха, поступившего из ресивера 14 распыливается топливо. Высокая температура в надпоршневом пространстве обеспечивает самовоспламенение топлива и под действием расширяющихся продуктов сгорания поршень 3 перемещается в крайнее нижнее положение, производя полезную работу. Последующее перемещение поршня 3 к верхнему крайнему положению сопровождается выталкиванием отработавших газов через выпускной клапан 4, которые по выпускному патрубку 6 поступают в полость 12, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 11 и рабочий цикл повторяется.
По сравнению с прототипом в предлагаемом дизеле с пневматическим распыливанием топлива привод компрессора производится за счет теплоты отработавших газов, что исключает затраты части вырабатываемой энергии на получение сжатого воздуха, в результате чего эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу повышается на 18-20%.