ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для повышения пусковых качеств двигателя внутреннего сгорания, обеспечения на режиме торможения двигателем накопления энергии в виде сжатого под высоким давлением воздуха, с применением ее для форсирования двигателя при работе на переменных режимах и, как следствие, повышения надежности двигателя, экономических показателей, а также для обеспечения многотопливности.
Известен двигатель внутреннего сгорания (Бурячко, В.Р. Автомобильные двигатели: рабочие процессы. Показатели и характеристики. Методы повышения эффективности энергопреобразования / В.Р.Бурячко, А.В.Гук - СПб.: НПИКЦ, 2005. - С.292), содержащий: картер, в котором размещен кривошипно-шатунный механизм; цилиндр; поршень. В головке цилиндра расположены впускной и выпускной клапаны, форсунка для впрыскивания топлива.
Недостатками такого двигателя являются:
1. Низкие пусковые свойства в условиях низких температур окружающего воздуха, обусловленные недостаточно высокой степенью сжатия. Сделать же более высокую степень сжатия не позволяют возникающие при этом большие механические потери и нагруженностъ узлов и деталей при работе двигателя на различных эксплуатационных режимах.
2. Невозможность обеспечения оптимальной степени сжатия при работе на различных топливах.
3. Невозможность повторного использования тепловой энергии отработавших газов в рабочем цикле.
4. Невозможность резкого кратковременного форсирования двигателя при резком кратковременном увеличении внешней нагрузки.
Известен также двигатель внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия (Белов П.А. Двигатели армейских машин. Часть первая. Теория / П.А.Белов, В.Р.Бурячко, Е.Н.Акатов - М.: Воениздат, 1971. - С.488-492), содержащий: картер, в котором размещен кривошипно-шатунный механизм; цилиндр; поршень, регулирующий степень сжатия. В головке цилиндра расположены впускной и выпускной клапаны, форсунка для впрыскивания топлива.
Недостатками такого двигателя являются:
1. Сложность конструкции поршня, автоматически регулирующего степень сжатия.
2. Невозможность резкого кратковременного форсирования двигателя при резком кратковременном увеличении внешней нагрузки.
Данная конструкция двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышения пусковых качеств двигателя внутреннего сгорания, обеспечения на режимах торможения двигателем накопления энергии в виде сжатого под высоким давлением воздуха, с применением ее для форсирования двигателя при работе на переменных режимах и, как следствие, повышения надежности двигателя, экономических показателей, а также для обеспечения многотопливности без использования поршня сложной конструкции, автоматически регулирующего степень сжатия.
Решение поставленной задачи достигается тем, что двигатель изготавливается с высокой геометрической степенью сжатия. В головке цилиндра имеется нагнетательный и перепускной клапаны, которые, с одной стороны, позволяет наполнять сжатым воздухом с промежуточным его охлаждением ресивер низкого давления, и на режимах торможения двигателем наполнять воздухом, с промежуточным его охлаждением, ресивер высокого давления, а с другой - обеспечивать переменную фактическую степень сжатия. Сжатый воздух из ресивера высокого давления через специальный клапан, нагреваясь в тепловом аккумуляторе, в котором накапливается теплота отработавших газов, подается во время такта расширения на режиме резкого увеличения мощности.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания содержит: картер 1, в котором размещен кривошипно-шатунный механизм 2; цилиндр 3; поршень 4. В головке цилиндра 3 расположены топливная форсунка 5, впускной коллектор 6 с впускным клапаном 7, выпускной клапан 8, соединенный с тепловым аккумулятором 9, нагнетательный 10 и перепускной 11 клапаны, соединенные с охладителем воздуха 12 ресивера низкого давления 13 и охладителем воздуха 14 ресивера высокого давления 15, выпускного коллектора 16 с выпускным 17 и нагнетательным 18 электромагнитными клапанами.
Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
В условиях низких температур окружающего воздуха пуск двигателя осуществляется по обычному четырехтактному циклу дизеля с высокой степенью сжатия (24-28). Нагнетательный клапан 10 и перепускной клапан 11 закрыты. После пуска двигателя, выхода его на обычный режим и частичного перемещения поршня от нижней мертвой точки вверх до достижения давления 4-5 кПа, открывается перепускной клапан 11, сжатый воздух через охладитель 12 поступает в ресивер низкого давления 13. Затем перепускной клапан 11 закрывается, начинается процесс сжатия воздуха в цилиндре 3 двигателя. Поскольку процесс сжатия начинается не от нижней мертвой точки, фактическая степень сжатия будет меньше геометрической. Величину фактической степени сжатия можно изменять, регулируя моменты открытия и закрытия перепускного клапана 11. При приближении поршня 4 к верхней мертвой точке через форсунку 5 в цилиндр 3 подается топливо и рабочий процесс проходит по обычной схеме. Теплота отводится от отработавших газов и накапливается в тепловом аккумуляторе 9, а отработавшие газы через выпускной электромагнитный клапан 17 и выпускной коллектор 16 поступают в атмосферу.
На режиме торможения двигателем происходит двухступенчатое сжатие воздуха до 10-15 МП а с промежуточным охлаждением и накопление его в ресивере высокого давления 15. Подачи топлива через форсунку 5 не происходит, двигатель работает по четырехтактному циклу. На первом такте поршень 4 двигается из верхней мертвой точки к нижней, через впускной коллектор 6 и открытый впускной клапан 7 воздух за счет разряжения попадает в цилиндр 3. На втором такте при движении из нижней мертвой точки к верхней поршень 4 через открытый перепускной клапан 11 и охладитель воздух 12 нагнетает воздух в ресивер низкого давления 13. На третьем такте, поршень 4 двигается к нижней мертвой точке, закачивая в цилиндр 3 воздух из ресивера низкого давления 13 через перепускной клапан 11 и охладитель 12. На четвертом такте движением поршня 4 вверх воздух вытесняется через нагнетательный клапан 10 и охладитель 14 в ресивер высокого давления 15.
На режиме резкого кратковременного увеличения мощности двигатель работает по обычному четырехтактному циклу дизеля. В момент начала фактического расширения, на рабочем ходу, закрывается выпускной электромагнитный клапан 17, открывается выпускной клапан 8, и сжатый воздух из ресивера высокого давления 15 поступает через открытый нагнетательный электромагнитный клапан 18 и тепловой аккумулятор 9 в цилиндр 3, обеспечивая увеличение эффективного давления на такте расширения нагревом сжатого воздуха в тепловом аккумуляторе 9 и за счет смешивания его с горячими газами в цилиндре 3.
По сравнению с прототипом предлагаемый двигатель внутреннего сгорания:
1. Не имеет поршня сложной конструкции, автоматически регулирующего степень сжатия.
2. На режиме торможения двигателем позволяет накапливать энергию в виде сжатого воздуха под высоким давлением.
3. Позволяет кратковременно форсировать двигатель при резком увеличении внешней нагрузки, используя сжатый воздух и теплоту отработавших газов.