Бинарный двигатель с теплоизолированной камерой сгорания

Полезная модель относится к разработке поршневых двигателей внутреннего сгорания, в первую очередь с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением от сжатия, работающих с разделением объема рабочего цилиндра на камеру нагнетания и камеру сгорания.
Известен двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия (патент РФ №2065982, F02D 23/06, F02F 3/26. Опубл. 09.04.1992 г.), содержащий цилиндр с установленной в нем кольцевой вставкой из жаропрочного теплоизолирующего материала, внутренний диаметр которой равен диаметру цилиндра, крышку цилиндра с форсункой и поршень, снабженный вытеснителем с выполненной в нем камерой сгорания, размещенным с зазором в кольцевой вставке при положении поршня в верхней мертвой точке, причем высота вставки и вытеснителя равна величине хода поршня, а вытеснитель выполнен раздельно от поршня и отделен от последнего при помощи теплоизолирующей прокладки. Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. В начале движения поршня совместно с вытеснителем вверх к верхней мертвой точке во время такта сжатия, вытеснитель входит во вставку и сжатие воздуха осуществляется в пространстве, ограниченном внутренней цилиндрической поверхностью вставки, камерой сгорания вытеснителя и крышкой цилиндра. При движении поршня от верхней мертвой точки во время рабочего хода раскаленный вытеснитель движется внутри теплоизолирующей вставки с минимальными потерями тепла.
Недостатком двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия является снижение эффективной мощности.
Наиболее близким аналогом является способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания (патент РФ №2146007, МПК F02B 3/04, F02B 25/10. Опубл. 27.02.2000 г.), который состоит из двух поршней, один из которых кинематически связан с валом двигателя, а второй разделяет рабочий объем цилиндра на камеры нагнетания и сгорания и перемещается под действием разности давлений между камерами и имеет возможность сообщать эти камеры только для подачи в камеру сгорания свежей порций окислителя, причем оба поршня совершают возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра, который имеет сквозные окна, связанные с магистралью подачи свежей порции окислителя, а стенки цилиндра двигателя имеют дополнительный ряд сквозных окон, которые посредством магистрали с клапаном соединены с охлаждаемой герметичной емкостью, причем эти окна установлены так, что в процессе наполнения аккумулирующая емкость подключается к цилиндру двигателя до подачи свежей порции окислителя от принудительного источника или после подачи свежей порции окислителя от естественного источника. Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Раздельное сжатие среды с окислителем в камере нагнетания и горячих газов в камере сгорания, с превышением давления среды с окислителем и последующей подачей этой среды в камеру сгорания, в которую предварительно подано топливо. Причем передачу энергии расширения продуктов сгорания на вал двигателя осуществляют через сжимаемую среду, не участвующую в сгорании, а в процессе наполнения двигателя свежей порцией окислителя исключают контакт этой среды с горячими газами камеры сгорания, в завершающей стадии процесса расширения часть среды из камеры нагнетания направляют в аккумулирующую емкость, удаление отработанных газов из камеры сгорания двигателя производят без или с использованием их энергии для обеспечения принудительной подачи свежей порции окислителя при завершении заполнения аккумулирующей емкости, которую подключают к нагнетательной камере или в стадии завершения наполнения камеры нагнетания свежей порцией окислителя от естественного источника или(и) перед началом принудительной подачи свежей порции окислителя. Аккумулированную среду с окислителем охлаждают до подачи ее в нагнетательную камеру.
Недостатком двигателя внутреннего сгорания является потеря тепла из камеры сгорания через стенки цилиндра и автономный поршень.
Задачей, на которую направлена полезная модель, является теплоизоляция камеры сгорания бинарных двигателей от окружающей среды и камеры нагнетания.
Технический результат заключается в установке втулки теплоизоляционной и нанесении покрытия теплоизоляционного.
Технический результат достигается тем, что бинарный двигатель с теплоизолированной камерой сгорания, состоящий из двух поршней, один из которых кинематически связан с валом двигателя, а второй разделяет рабочий объем цилиндра на камеры нагнетания и сгорания и перемещается под действием разности давлений между камерами и имеет возможность сообщать эти камеры только для подачи в камеру сгорания атмосферного воздуха, причем оба поршня совершают возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра, который имеет окна впускные, связанные с магистралью подачи атмосферного воздуха, отличающийся тем, что цилиндр рабочий дополнительно снабжен втулкой теплоизоляционной, которая жестко закреплена в верхней части цилиндра рабочего, имеет высоту равную высоте камеры сгорания и содержит упор, ограничивающий перемещение поршня автономного с покрытием теплоизоляционным, расположенным со стороны камеры сгорания.
Сопоставительный анализ с аналогом показывает, что заявленный бинарный двигатель с теплоизолированной камерой сгорания соответствует критерию «новизна», так как имеет отличия от прототипа:
1. Цилиндр рабочий дополнительно снабжен втулкой теплоизоляционной.
2. Втулка теплоизоляционная жестко закреплена в верхней части цилиндра рабочего.
3. Втулка теплоизоляционная имеет высоту равную высоте камеры сгорания.
4. Втулка теплоизоляционная содержит упор, ограничивающий перемещение поршня автономного.
5. Поршень автономный имеет покрытие теплоизоляционное, расположенное со стороны камеры сгорания.
Для теплоизоляции камеры сгорания от окружающей среды цилиндр рабочий дополнительно снабжен втулкой теплоизоляционной, которая изготовлена из силикатного материала.
Для сохранения жесткости конструкции при перемещении поршня основного и поршня автономного втулка теплоизоляционная жестко закреплена в верхней части цилиндра рабочего.
Для теплоизоляции полного объема камеры сгорания от окружающей среды втулка теплоизоляционная имеет высоту равную высоте камеры сгорания. Кроме того, внутренний диаметр втулки теплоизоляционной соответствует внутреннему диаметру цилиндра рабочего. Высота камеры сгорания зависит от расположения упора, фиксирующего полный объем камеры сгорания.
Для фиксации постоянного объема камеры сгорания втулка теплоизоляционная содержит упор, ограничивающий перемещение поршня автономного.
Для теплоизоляции камеры сгорания от камеры нагнетания поршень автономный имеет покрытие теплоизоляционное, расположенное со стороны камеры сгорания. Покрытие теплоизоляционное наносится на поршень автономный методом дозированного налива на основе силикатного материала с последующей термообработкой. Наличие поршня автономного позволило исключить температурное влияние на поршень основной, поэтому при его изготовлении, возможно исключить нанесение покрытия теплоизоляционного со стороны камеры нагнетания.
На фигуре представлен бинарный двигатель с теплоизолированной камерой сгорания, содержащий камеру нагнетания 1; окна впускные 2; форсунку 3; камеру сгорания 4; поршень основной 5; поршень автономный 6; упор 7; втулку теплоизоляционную 8; клапан невозвратный 9; цилиндр рабочий 10; покрытие теплоизоляционное 11; клапан выпускной 12.
Бинарный двигатель с теплоизолированной камерой сгорания работает следующим образом. Поступление атмосферного воздуха в камеру нагнетания Осуществляется через окна впускные 2, а топлива - через форсунку 3 в камеру сгорания 4. Поршень основной 5 и поршень автономный 6 перемещается к верхней мертвой точке (верхняя мертвая точка на фигуре не показана), происходит сжатие топлива в камере сгорания 4 и атмосферного воздуха в камере нагнетания 1. Поршень автономный 6 достигает упора 7, расположенного во втулке теплоизоляционной 8, давление в камере сгорания 4 фиксируется на постоянном уровне. Поршень основной 5 продолжает движение, досжимая атмосферный воздух в камере нагнетания 1. Давление атмосферного воздуха в камере нагнетания 1 превышает давление топлива в камере сгорания 4, открывается клапан невозвратный 9, расположенный в поршнеавтономном 6. Досжатый атмосферный воздух устремляется в камеру сгорания 4, где происходит смешивание сжатого топлива и досжатого атмосферного воздуха, что приводит к самовоспламенению топливо-воздушной смеси. Температура в камере сгорания 4 достигает 2430 К. Втулка теплоизоляционная сохраняет температуру в камере сгорания 4 за счет чего происходит ее теплоизоляция от окружающей среды. Кроме того, покрытие теплоизоляционное 11 на автономном поршне 6 не передает температуру в камеру нагнетания 1. Топливо-воздушная смесь сгорает с образованием отработанных газов, которые удаляются через клапан выпускной 12.
Заявляемая полезная модель обеспечивает теплоизоляцию камеры сгорания от окружающей среды и камеры нагнетания, что позволяет уменьшить потери тепла из камеры сгорания через стенки цилиндра и автономный поршень бинарных двигателей на 5-7%.