Способ работы комбинированного двигателя и двигатель внутреннего сгорания с наддувом

(5 Ц Б Г ОЗ В 41 Об ПАТК Комитет Российской Федерации пе патентам я товарным .щакам(76) 8 ладимиров Порфирий Сергеевич(54) СПОСОБ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГДВИГАТВЗЯ И ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГОООРАНИЯ С НАДДУВОМ(57) Сущность изобретения двигатель имеет дополните варительного сжатия и прод действие которых отстает расширения в цилиндрах дв пи 5 ил. закпючается в том, что ьные цилиндры предопженного расширения, по фазе от процесса гатей 2 с и 4 зпф 2002082Изобретение относится к энергетическому машиностроению, конкретно к способам действия и устройству комбинированных двухтактных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), например к дизелям,Известен автомобильный, комбинированный двухтактный двигатель, способ работы которого характеризуется операциями предварительного сжатия воздуха в турбокомпрессоре и в роторном обьемном нагнетателе, продувки сжатцм воздухом рабочих камер цилиндров ДВС, сжатия в последних воздушного заряда, впрыака топлива, его воспламенения, расширения продуктов сгорания, перепуска их в турбокомпрессор, где реализуется продолженное расширение продуктов сгорания, и выпуска отработавших газов в выхлопной тракт,Известный способ отличается относительно низкой экономичностью, обусловленной неэффективнцм использованием энергии газов в Фазе свободного выпуска перед продувкой, малоэффективным (порядка 0.5) КПД турбокомпрессора, неполным использованием тепловой энергии выпускных газов,Известна поршневая машина, содержа щая цилиндры с располоеными в них оппозитными поршнями, шарнирно соединенными с кронштейнами втулок, установленных посредством подшипников на косых кривошипах силового вала, причем кронштейн шарнирно связан с коромыслом, установленным на цапфах в корпусе. Эта машина является основой конструкции для реализации предлагаемого способа, т.е. она является прототипом изобретения в части устройства.Целью изобретения является повышение экономичности и экологичности.Цель достигается реализацией операций предварительного сжатия и и родолженного расширения в дополнительных цилиндрах, действующих с отставанием от фазы действия в основных цилиндрах ДВС, кроме того, выпускные газы направляются в нагреватель двигателя внешнего сгорания, создающего на валу двигателя дополнительную мощность,На Фиг. 1 изображен двигатель, осевой разрез; на Фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг, 3 - нагреватель с турбокомпрессором;на фиг. 4- холодильник двигателя внешнегосгорания; на Фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг, 2,вариант двигателя,Двигатель содержит блок цилиндров 1,2, 3, 4, расположенных вокруг силового вала5 и неподвижно закрепленных в корпусе(на фигурах не показан), Цилиндры 1; 3 являют ся основными рабочими цилиндрами, в которых реализуется рабочий процесс ДВС. Они содержат сдвоенные поршни 6, 7, разделяющие полости цилиндров на рабочие 5 камеры 8, 9 с топливными форсунками 10,11, впускными окнами 12, 13 и выпускными окнами 14, 15 (одна из двух концевых камер 9 на фигурах не показана), Поршни посредством гидростатических опор - ползунов 16 и сферических вкладышей 17 шарнирно сопряжены с кронштейнами 18, которые выполнены за одно целое, с втулками 19, установленными посредством подшипников 20 на косых кривошипах силового вала 15 5, Кронштейны 18 с возможностью поворотав подшипниках 21 сопряжены с коромыслами 22, которые посредством роликоподшипвыпускной 41, соединенный с входом 42 холодильника, нагнетательнцй 43, соединенный с входом 44 нагревателя 45, и наполнительный 46, соединенный с выходом 47 нагревателя. Клапаны.38; 41, 43, 46 имеют привод, обеспечивающий газообмен в камерах цилиндра 34 с четырехтактным циклом. Конструкция привода широко известна, подобна приводу клапанов в четырехтактных ДВС, т.е, она содержит кулачковый 40 вал, толкатели, коромысла и т,п. Теплоносителем в нагревателе 45 являются выпускные 45 газы турбины турбокомпрессора 48, хладагентом в холодильнике 40 может быть наружный воздух или вода, В качестве рабочего тела в камерах цилиндра 34 могут использоваться сжатый воздух, азот, угле кислый гаэ, гелий, водород, сжиженные газы и др, Совокупность элементов в цилиндре 34 с нагревателем и холодильником образует двигатель внешнего сгорания.утилизирующий тепло выхлопных газов.55 Поршни 33 разделяют полости цилиндров49 на две камерц 50, 51, которые патрубками 52, 53 соединены с выпускными окнами 14, 15 и через клапаны 54, 55 - с входом 56 газовой турбины турбокомпрессора 48, выход 57 компрессора соединен с впускными ниов 23 установлены на цапфах 24, закрепленных в проушинах 25, которые за фиксированы в корпусе, Цапфы 24 выполне.ны в виде пустотелых колец. в осевых отверстиях которых с зазором пропущены кронштейны 26, шарнирно соединенные посредством ползунов 27 и сферических вкла дышей 28 со штоками 29, 30, на концахкоторых жестко закреплены поршни 31, 32, 33 (четвертый поршень, идентичный поршню 33, на фигурах не показан). Поршни 31, 32 разделяют полость цилиндра 34 на три 30 камеры 35. 36, 37, в каждой из которых установлены четьре клапана: впускной 38, соединенный с выходом 39 холодильника 40,2002082 окнами 12, 12, причем выпускные окна 14, 15 соединены с теми камерами цилиндров 49, которые остаются по фазе действия от фазы работы соответствующего цилиндра ДВС. В частности, поршень 7 в камере 9 на фиг. 1 находится в положении нижней "мертвой" точки, т.е, опережает (при указанном стрелками направлении движения) по фазе действия 33 в камере 51 на 90 О, поэтому патрубки 53 соединены с выпускными окнами 15, а камера 50 через клапаны 54 соединена с входом 56 турбины,На фиг, 5 изображен вариант. допускающий исполнение без турбокомпрессора и клапанов в цилиндре предложенного расширения. Вариант содержит цилиндры 58 ДВС. в которых кроме впускных 12, 13 и выпускных 14 окон выполнены дополнительные окна с впускными патрубками 59, 60 и выпускными патрубками 61, на поршнях имеются перепускные каналы - выемки 62. 63,64, концевые камеры снабжены выпускными клапанами 65, Дополнительные цилиндры содержат цилиндр 66 предварительного сжатия, цилиндр 49 продолженного расширения и цилиндры двигателя внешнего сгорания (на фигурах не показаны), Полость цилиндра 66 разделена поршнями 67, 68 на камеру 69, соединенную патрубками 70 с впускными окнами 12, и на две камеры 71, 72, соединенные патрубками 73, 74 с впускными окнами 13 двух концевых камер 9 и с впускными окнами центральной камеры другого цилиндра 3 ДВС. Патрубок 70 соединен также с впуск- ными окнами концевых камер цилиндра 3. Камера 50 соединена патрубками 75 с выпускными клапанами 65 и с выпускными окнами центральной камеры цилиндра 3, камера 51 соединена патрубками 76 с выпускными окнами 14 и с выпускными клапанами концевых камер цилиндра 3,Устройство двигателя внешнего сгорания может быть иным по сравнению с описанным выше, оно может соответствовать двухтактному двигателю, при этом число клапанов этого двигателя может быть сокращено вдвое или они все могут быть исключены из конструкции,Реализация способа и действие двигателя происходят следующим образом. Формула изобретения 1. Способ работы комбинированного двигателя путем предварительного сжатия свежего заряда. впуска, сжатия, последующего сгорания, расширения, продолженного расширения и выпуска отработанных газов, отличающийся тем, что, с целью поПосле продувки рабочих камер 8, 9 сжатым воздухом происходит процесс сжатия, впрыск топлива форсунками 10, 11, сгорание смеси, расширение продуктов сгорания примерно до фазы, 100 после ВМТ до давления порядка 10 бар, перепуск газов в полости цилиндров 49 продолженного расширения, которые отстают по фазе от камеры цилиндра ДВС на 90 О, т.е, в начале перепуска находятся в фазе 10 от ВМТ, когда их обьем пренебоежимо мал. После продолженного расширения газы через клапаны 54 или 55 выпускаются в турбину турбокомпрессора 48 и затем в нагреватель 45. Сжатый воздух от турбокомпрессора подается в ресивер впускных окон 12, 13, и цикл ДВС повторяется,В цилиндре 34 двигателя внешнего сгорания рабочее тело поршнями 31, 32 сжимается и через нагнетательные клапаны 43 вытесняется на вход 44 нагревателя, где температура и давление его повышаются, Через выход 47 и наполнительные клапаны 46 рабочее тело подается в камеры цилиндра 34, где расширяется, совершает работу на вал двигателя, и выпускается через клапаны 41 на вход 42 холодильника, откуда через выход 39 и клапан 38 снова заполняет камеры цилиндра 34,Вариант двигателя, соответствующий фиг, 5. действует подобным образом, отличие заключается в том; что предварительное сжатие осуществляется в цилиндрах 66, а коммутация газовых потоков в цилиндрах 66 и 49 осуществляется через патрубки 70, 73, 75,.76, клапаны 65, перепускные каналы 62, 63, 64, впускные патрубки 59, 60 и выпускные патрубки 61, Возможна реализация изобретения в двигателях других конструкций, в частности в конструкциях со звездообразным расположением цилиндров. с Ч-образным расположением, с рядной компоновкой и разворотом кривошипов вала на угол, соответствующий фазе отставания действия дополнительных цилиндров от фазы основных цилиндров ДВС. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50(56) Алексеев А.В, и др. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей, М.:Машиностроение. 1990. с.220-224. вышения топливной экономичности, отработавшие газы после выпуска направляют в нагреватель, а предварительное сжатие и продолженное расширение осуществляют с отставанием по фазе от расширения 2. Двигатель внутреннего сгорания снаддувом, содержащий блок цилиндров споршнями и впускными и выпускными клапанами и патрубками, подключенными соответственно к впускным и выпускным окнам цилиндров. компрессор сжатия свежего заряда и турбину расширения отрабо тавших газов, причем компрессор подсоединен к цилиндрам ивходу турбины, отличающийся тем, что, с целью повышения топливной экономичности. он снабжен по меньшей мере одним дополнительным цилиндром продолженного расширения с входом и выходом, связанным с внешней средой блока цилиндров, дополнительным двигателем внешнего сгорания 5 и нагревателем, подсоединенным к, выходу дополнительного цилиндра продолженного расширения через турбину или непосредственно. 3, Двигатель по п.2, отличающийся тем, что, компрессор выполнен поршневым,4, Двигатель по п,2, отличающийся тем, что впускные и выпускные клапаны выполнены в виде перепускных каналов в юбках поршней и дополнительных патрубков на цилиндрах,5, Двигатель по пп,З - 5, отличающийся тем, что цилиндры поршневого компрессора и дополнительный цилиндр предварительного сжатия расположены соосно, а их поршни - на общих штоках.6, Двигатель по пп.2, 3 и 5, отличающийся тем, что цилиндры поршневого компрессора и дополнительного цилиндра предварительного сжатия смещены на 90 оносительно блока цилиндров.2002082 ЕЕ Составитель П,ВладимировТехред М. Моргентал Корректор МЯетрова Редактор Т,Юрчикава акаэ 3163 писное Тираж П НПО "Поиск" Роспатент113035, Москва. Ж, Раушская н Произ твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина.