Двигун внутрішнього згоряння

Реферат: Двигун внутрішнього згоряння включає блок циліндрів з поршнями і порожнинами-каналами системи охолодження для циркуляції охолоджуючої рідини, впускний колектор системи подачі повітря в простір камери згоряння двигуна, що пов'язана із системою подачі дизельного палива, причому впускний колектор системи подачі повітря у двигун за допомогою газоводу пов'язаний з ємкістю, яка містить скраплений горючий газ, при цьому зазначена ємкість має теплообмінник, що зв'язаний трубопроводом із системою охолодження двигуна, при цьому зазначений трубопровід оснащений регулюючим виконавчим механізмом, пов'язаним із системою керування і виконаним з можливістю регламентованої подачі охолодної рідини із системи охолодження двигуна в теплообмінник ємкості зі скрапленим газом. UA 114188 U (12) UA 114188 U UA 114188 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до машинобудування, зокрема, корисна модель може бути використана для модернізації дизельних двигунів при їхньому виготовленні або виконанні поточних ремонтних робіт, при яких можливо внести зміни в конструкцію двигуна, не міняючи його компонування в агрегатному відсіку автомобіля і не міняючи положення інших агрегатів, що забезпечують його роботу при експлуатації. Корисна модель може бути використана при модернізації дизельних двигунів великовантажних автомобілів, які експлуатуються для транспортування, наприклад, гірської маси або будівельних матеріалів. Крім того, корисна модель може бути використана при модернізації двигунів легкових двигунів. Корисну модель доцільно використовувати на автомобілях, де режим експлуатації двигуна передбачає можливість значного навантаження при транспортування вантажу або при переміщенні по пересіченій місцевості. Відома конструкція двигуна внутрішнього згоряння, який містить блок циліндрів, систему впускних і випускних клапанів, системи подачі палива і повітря. Блок циліндрів має канали для циркуляції охолоджуючої рідини в процесі роботи двигуна для стабілізації температурного режиму (http://carnovato.ru/gazovyj-dvigatel-vnutrennego-sgoranija/). У відомому пристрої робота двигуна відбувається за рахунок згоряння в циліндрах природного газу - пропану, що подають у камеру згоряння. Одночасно з газом у камеру згоряння подають у заданому об'ємі і повітря, при цьому утворюють суміш, яку підпалюють за допомогою свічок. Під дією утворених продуктів згоряння палива поршні переміщуються вниз і перетворюють зворотно-поступальне переміщення в обертовий рух колінчатого вала, за допомогою якого приходять у дію виконавчі механізми. Недоліком відомого пристрою є те, що двигун не має достатньої питомої потужності, що приводить до значної перевитрати палива при експлуатаційному навантаженні. Застосування газу, як основного палива, вимагає тривалого періоду для переходу двигуна в експлуатаційний режим. Як правило, для виводу на експлуатаційний режим двигунів цієї конструкції необхідно застосування додаткового висококалорійного палива, наприклад бензину. У цьому випадку двигун прогрівається і виходить на експлуатаційний режим, після чого припиняється подача висококалорійного палива і далі як основне паливо використовують газ. Зазначений двигун, як правило, застосовується в малооб'ємних двигунах з відносно невеликою потужністю і невеликою витратою палива. Експлуатаційні умови застосування цих двигунів передбачають невеликі експлуатаційні навантаження, при яких не відбувається значної перевитрати палива. Зазначений двигун недоцільно використовувати для великовантажних автомобілів і автомобілів, які довго переміщаються при значному навантаженні. Найбільш близьким рішенням, вибраним як прототип, є конструкція двигуна внутрішнього згоряння, що являє собою блок циліндрів, усередині якого розташовані циліндри з поршнями, а також камера згоряння палива. Блок циліндрів зв'язаний за допомогою впускного колектора із системою подачі повітря. Система подачі палива двигуна являє собою насос високого тиску, за допомогою якого здійснюється упорскування дизельного палива при стиску повітря в циліндрах за допомогою поршнів (http://amastercar.ru/articles/engine_car_32.shtml). Стабілізація температурного режиму забезпечується за рахунок того, що блок циліндрів має систему охолодження у вигляді каналів, у яких може рухатися охолоджуюча рідина. У дизельному двигуні подача палива і повітря відбувається роздільно. Спочатку в циліндри надходить чисте повітря. Наприкінці стиску, коли воно нагрівається до температури 700-800°°, у камеру згоряння форсунками під великим тиском вприскується паливо, що майже миттєво самозаймається. Самозапалювання супроводжується різким наростанням тиску в циліндрі. Утворені продукти горіння повітряно-паливної суміші, розширюючись, впливають на поршні і у результаті їхнє зворотно-поступальне переміщення перетворюється в обертовий рух колінчатого вала, пов'язаного з виконавчими вузлами і механізмами, які переміщують автомобіль. Якщо двигун є турбінованим, то в цьому випадку вихлопні гази обертають турбіну і закріплену з нею на одному валу турбіну компресора, вбудованого в систему подачі повітря в циліндри. У цьому випадку повітря в циліндри подається примусово під більш високим тиском. Збільшений об'єм повітря і, відповідно, палива за один цикл забезпечує приріст потужності двигуна на 25 %. Недоліком відомого пристрою є те, що при його використанні на великовантажних автомобілях спостерігається значна перевитрата дизельного палива. Це збільшує собівартість транспортування вантажів, особливо на пересіченій місцевості. Особливо більші витрати 1 UA 114188 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пов'язані із транспортуванням вантажів - корисних копалин з кар'єрів, де найбільше навантаження на двигун, коли автомобіль рухається по затяжному підйомі до місця розвантаження або перевантаження. Задачею корисної моделі є вдосконалення двигуна внутрішнього згоряння за рахунок того, що: - двигун конструктивно має дві взаємозалежні системи подачі палива: дизельного і газоподібного палива, - основною системою є система подачі дизельного палива, що забезпечує експлуатаційний стійкий режим роботи двигуна; - допоміжна паливна система забезпечує подачу в дизельний двигун палива у вигляді газу; - двигун може використовувати метан з температурою зберігання у ємкості -162 °C; - подача газоподібного палива забезпечується за рахунок перетворення його з рідкої фази в газоподібну при термічному впливі нагрітої рідини з системи охолодження дизельного двигуна; - впускний колектор системи подачі повітря у двигун за допомогою газоводу пов'язаний з ємкістю, що містить скраплений горючий газ; ємкість зі скрапленим газом має теплообмінник, що зв'язаний трубопроводом із системою охолодження двигуна; - трубопровід має регулюючий виконавчий механізм, пов'язаний із системою керування, який виконаний з можливістю регламентованої подачі охолоджуючої рідини із системи охолодження двигуна в теплообмінник ємкості зі скрапленим газом. - об'єм перетворення газу з рідкої фази в газоподібну забезпечується за допомогою системи керування, яка за допомогою виконавчих механізмів дозує подачу нагрітої рідини із системи охолодження на теплообмінник ємкості, яка наповнена скрапленим газом; - система керування виконана з можливістю подачі команд на виконавчі механізми в тому випадку, коли зростають експлуатаційні навантаження або інші умови, які закладені в алгоритм роботи системи керування; - виконавчі механізми виконані з можливістю забезпечення необхідного об'єму надходження газоподібного палива в дизельний двигун за рахунок перетворення його в заданих обсягах з рідкої в газоподібну фазу. Двигун внутрішнього згоряння включає блок циліндрів з поршнями і каналами системи охолодження для циркуляції охолодної рідини, впускний колектор системи подачі повітря в простір камери згоряння двигуна, яка пов'язана із системою подачі дизельного палива. Відповідно до корисної моделі, впускний колектор системи подачі повітря у двигун за допомогою газоводу пов'язаний з ємкістю, яка містить скраплений горючий газ. Зазначена ємкість має теплообмінник, який зв'язаний трубопроводом із системою охолодження двигуна. Зазначений трубопровід має регулюючий виконавчий механізм, пов'язаний із системою керування, і виконаний з можливістю регламентованої подачі охолоджуючої рідини із системи охолодження двигуна на теплообмінник ємкості зі скрапленим газом. Для збільшення питомої потужності двигуна і зниження витрати палива ємкість містить скраплений метан. Для максимальної ефективності формування корисного об'єму скрапленого газу, розташованого у ємкості, вона містить скраплений метан, при температурі -162 °C. Технічний результат від реалізації корисної моделі полягає в тому, що: - забезпечується приріст потужності двигуна за рахунок можливості змішування основної паливної суміші з газоподібним паливом для згоряння в дизельному двигуні; - запобігається перевитрата дизельного палива при русі автомобіля на затяжних підйомах або пересіченій місцевості; - газ у вигляді палива зберігається в окремій ємкості в скрапленому вигляді, що збільшує необхідний запас ходу і безпеку обслуговування газової установки; - реконструкція двигуна для роботі одночасно на двох видах палива: дизельному паливі і газі, не вимагає значних матеріальних витрат; - знижується собівартість транспортування вантажів особливо у важких експлуатаційних умовах; - використання рідини із системи охолодження для перетворення з рідкої в газоподібну фазу додаткового палива забезпечує високу ефективність регламентування роботи двигуна з низьким ступенем імовірності виходу його з ладу при експлуатації; - реалізація конструкції не вимагає спеціальних умов і устаткування, що робить можливість його модернізації у механічних майстернях транспортних підприємств; Заявлена корисна модель ілюструється компонувальною схемою дизельного двигуна із двопаливною системою. 2 UA 114188 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Двигун внутрішнього згоряння включає блок циліндрів 1, усередині якого в циліндрах 2 розміщені поршні 3. У верхній частині кожного циліндра 2 виконані камери згоряння 4. Для стабілізації температурного режиму двигуна в блоці циліндрів 1 виконані порожниниканали 5 системи охолодження для циркуляції охолоджуючої рідини. До блока циліндрів 1 приєднано впускний колектор 6 системи подачі повітря 7. Повітря надходить у простір камери згоряння 4. Крім того, камера згоряння 4 пов'язана із системою подачі дизельного палива 8. Впускний колектор 6 системи подачі повітря 7 у двигун зв'язаний газоводом 9 з ємкістю 10. Ємкість 10 заповнена скрапленим горючим газом. Корпус ємкості 10 має теплообмінник 11, який зв'язаний трубопроводом 12 із каналами системи охолодження двигуна. На трубопроводі 12 установлено регулюючий виконавчий механізм 13, що пов'язаний із системою керування 14. Регулюючий виконавчий механізм 13 виконаний з можливістю, по команді системи керування 14, регламентовано подавати охолоджуючу рідину із системи охолодження двигуна на теплообмінник 11 ємкості 10 зі зрідженим газом. Пристрій реалізується в такий спосіб: Як правило, двигун заявленої конструкції встановлюється на великовантажні автомобілі, які при експлуатації рухаються по затяжних підйомах або по пересіченій місцевості. В обох випадках необхідно збільшення потужності для забезпечення заданого експлуатаційного режиму. Особливості роботи двигуна полягають у наступному. У режимі руху по горизонтальній місцевості, або при русі вниз, або при оптимальному навантаженні двигун працює на дизельному паливі за традиційною схемою. За традиційною схемою роботи, при циклі впуску при повороті колінчатого вала через відкритий впускний клапан, повітря із впускного колектора надходить у циліндр 2, і клапан закривається. При такті стиску, поршень 3, рухаючись до верхньої мертвої точки, стискає повітря. При робочому ході за допомогою насоса в камеру згоряння 4 здійснюється розпилення палива і відбувається ініціація його загоряння. Паливо спалахує і згоряє в міру надходження з форсунки. Утворені продукти горіння, розширюючись, рухають поршень 3 униз, при цьому процес горіння триває рівно стільки часу, скільки потрібно для сприскування даної порції палива, але не довше часу робочого ходу. Це приводить до того, що робочий процес протікає при постійному тиску газів. При робочому ході поршня З він впливає за допомогою шатуна на колінчатий вал, у результаті чого зворотно-поступальне переміщення поршня 3 перетворюється в обертовий рух колінчатого вала. При такті випуску поршень іде нагору, через відкритий вихлопний клапан, виштовхуючи відпрацьовані гази із циліндра 2 в атмосферу. Далі перераховані цикли повторюються. При збільшенні навантаження на двигун, пов'язаного з умовами, експлуатації, необхідно додаткове збільшення потужності. Це досягається тим, що по сигналу, який надходить від відповідного датчика або контрольно-вимірювального пристрою, система керування 14 подає керуючий сигнал на виконавчий механізм 13, який регулює об'єм нагрітої охолоджуючої рідини, що надходить із порожнин-каналів 5 системи охолодження у блоці 1 циліндрів 2 дизельного двигуна на теплообмінники 11 ємкості 10 зі скрапленим газом. Охолодна рідина циркулює в порожнинах-каналах 5 блоку 1 циліндрів 2, тому при роботі двигуна вона має високу температуру. Керуючий сигнал надходить на регулюючий виконавчий механізм 13, який змінює прохідний переріз трубопроводу 12, що з'єднує порожнину 5 системи охолодження в блоці 1 циліндрів 2 з теплообмінником 11 ємкості 10 зі скрапленим газом. За рахунок теплообмінуз нагрітою рідиною, скраплений газ переходить із рідкої фази в газоподібну. Об'єм утвореного горючого газу залежить від об'єму надходження нагрітої охолодної рідини й, відповідно, від режиму теплообміну, що протікає, між нагрітими елементами теплообмінника 11 і скрапленим горючим газом. Газоподібна фаза горючого палива спрямовується по газоводу 9 у впускний колектор 6 системи подачі повітря 7 дизельного двигуна. У впускному колекторі 6 в циклі впуску, газоподібне паливо змішується з повітрям і надходить у камери згоряння 4. Далі, у циклі стиску в газоповітряну суміш з системи подачі дизельного палива 8 подають розпилене дизельне паливо, яке загоряється і запалює повітряно-газову суміш. Процес горіння системи: повітрягорючий газ-дизельне паливо є висококалорійним з утворення значного об'єму продуктів горіння. Відповідно великий об'єм продуктів горіння здійснює підвищений тиск на поршні 3, збільшуючи питому потужність двигуна. 3 UA 114188 U 5 10 15 20 25 30 Після зниження експлуатаційного навантаження на дизельний двигун, надходження нагрітої охолоджуючої рідини на теплообмінник 11 ємкості 10 зі зрідженим газом зменшується або зовсім припиняється. У результаті цього, відповідно, теплообмін нагрітої рідини з теплообмінником 11 ємкості зводиться до мінімуму або припиняється залежно від ступеня зниження експлуатаційного навантаження. Двигун переходить на використання тільки дизельного палива або дизельного палива з газом у зменшеному обсязі. Дослідження показали, що досягти максимальної ефективності заповнення максимального об'єму скрапленого газу у ємкості 10, його розташовують у ємкості при температурі -162 °C, а як скраплений газ використовують метан. Дослідно-промислові дослідження заявленого способу на великовантажних автомобілях показав, що застосування газоподібного палива в сполученні з дизельним паливом дозволяє збільшити потужність двигуна під час експлуатаційних навантажень, при цьому досягається запобігання перевитраті палива, зниження собівартості транспортування вантажів, особливо при відкритій розробці корисних копалин. Спосіб забезпечує збільшення міжремонтних строків, тому що знижується зношування конструктивних елементів двигуна. Реалізація способу може бути забезпечена силами як спеціалізованих, так і транспортних підприємств і вимагає мінімального обсягу спеціального устаткування. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Двигун внутрішнього згоряння включає блок циліндрів з поршнями і порожнинами-каналами системи охолодження для циркуляції охолоджуючої рідини, впускний колектор системи подачі повітря в простір камери згоряння двигуна, що пов'язана із системою подачі дизельного палива, який відрізняється тим, що впускний колектор системи подачі повітря у двигун за допомогою газоводу пов'язаний з ємкістю, яка містить скраплений горючий газ, при цьому зазначена ємкість має теплообмінник, що зв'язаний трубопроводом із системою охолодження двигуна, при цьому зазначений трубопровід оснащений регулюючим виконавчим механізмом, пов'язаним із системою керування і виконаним з можливістю регламентованої подачі охолодної рідини із системи охолодження двигуна в теплообмінник ємкості зі скрапленим газом. 2. Двигун за п. 1, який відрізняється тим, що ємкість містить скраплений метан. 3. Двигун за п. 1, який відрізняється тим, що ємкість містить скраплений метан, при температурі -162 °С. 4 UA 114188 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5