close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

устройство топливно-универсального экологически чистого двигателя внутреннего сгорания с двухтактным рабочим циклом

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 300 646
(13)
C2
(51) МПК
F02B 33/10
F02B 75/28
(2006.01)
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2004106224/06, 02.03.2004
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
02.03.2004
(43) Дата публикации за вки: 10.08.2005
(45) Опубликовано: 10.06.2007 Бюл. № 16
(73) Патентообладатель(и):
Ахметов Сафа Ахметович (RU),
Ишми ров Марат Хафизович (RU),
Ахметов Салават Сафаевич (RU),
Кузеев Искандер Рустемович (RU),
Наумкин Евгений Анатольевич (RU)
2 3 0 0 6 4 6
R U
(54) УСТРОЙСТВО ТОПЛИВНО-УНИВЕРСАЛЬНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ДВИГАТЕЛЯ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ДВУХТАКТНЫМ РАБОЧИМ ЦИКЛОМ
(57) Реферат:
Изобретение
относитс к
поршневым
двигател м внутреннего сгорани с двухтактным
рабочим
циклом.
Технический
результат
заключаетс в возможности создани простого по
конструкции устройства экологически безопасного
и топливно-универсального двигател с высокой
удельной мощностью и низким удельным расходом
топлива.
Согласно
изобретению
двигатель
содержит поршневой нагнетатель воздуха двойного
действи , который обеспечивает подачу воздуха в
камеру сгорани в обоих тактах рабочего цикла
двигател . Поршень нагнетател воздуха
расположен соосно с рабочим поршнем в одном
общем цилиндре и жестко соединен с ним штоком.
Камеры нагнетани воздуха разделены друг от
друга перегородкой, выполненной в виде втулки и
содержащей каналы, сообщающие верхнюю и
нижнюю камеры нагнетател воздуха с камерой
сгорани . Шток, соедин ющий поршни, выполнен в
виде плунжера, который размещаетс в канале
втулки и содержит отверсти в средней части дл перепуска сжатого воздуха из верхней и нижней
камер нагнетател воздуха в камеру сгорани . 1
з.п. ф-лы, 1 ил.
Страница: 1
RU
C 2
C 2
Адрес дл переписки:
450062, г.Уфа, ул. Кольцева , 3/1, кв.73,
Е.А. Наумкину
2 3 0 0 6 4 6
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2220301 C2, 27.12.2003. RU 2066379
C1, 10.09.1996. RU 2076216 С1, 27.03.1997. SU
2472 А, 31.03.1927. GB 396369 А, 03.08.1933.
GB 2149006 А, 05.06.1985. GB 104695 А,
12.04.1917. US 4185597 А, 29.01.1980. US
4332229 А, 01.06.1982. US 912751 А,
16.02.1909. US 976858 А, 29.11.1910. DE
583813 А, 09.09.1933. DE 4337670 A1, 18.05.1995.
R U
(72) Автор(ы):
Ахметов Сафа Ахметович (RU),
Ишми ров Марат Хафизович (RU),
Ахметов Салават Сафаевич (RU),
Кузеев Искандер Рустемович (RU),
Наумкин Евгений Анатольевич (RU)
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 300 646
(13)
C2
(51) Int. Cl.
F02B 33/10
F02B 75/28
(2006.01)
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2004106224/06, 02.03.2004
(24) Effective date for property rights: 02.03.2004
(43) Application published: 10.08.2005
(45) Date of publication: 10.06.2007 Bull. 16
(54) DESIGN OF UNIVERSAL FUEL POLLUTION-FREE TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION
2 3 0 0 6 4 6
free
universal
fuel
engine
featuring
high
specific power and low specific fuel consumption.
2 cl, 1 dwg
R U
(57) Abstract:
FIELD:
mechanical
engineering;
two-stroke
internal combustion piston engines.
SUBSTANCE: according to invention, engine is
furnished with double-acting piston air charger
providing delivery of air into combustion chamber
at both operating cycles of engine.
Piston of
air charge is arranged coaxially to working
piston in one common cylinder and is rigidly
connected to working piston by rod. Air charging
chambers are divided by partition in form of
bushing with channels communicating upper and
lower chambers of air charge with combustion
chamber. Rod connecting the pistons is made in
form of plunger located in channel of bushing and
provided with holes in middle part to bypass
compressed air from upper and lower chambers of
air charger into combustion chamber.
EFFECT: provision of simple-design pollution-
Страница: 2
EN
C 2
C 2
ENGINE
2 3 0 0 6 4 6
(73) Proprietor(s):
Akhmetov Safa Akhmetovich (RU),
Ishmijarov Marat Khafizovich (RU),
Akhmetov Salavat Safaevich (RU),
Kuzeev Iskander Rustemovich (RU),
Naumkin Evgenij Anatol'evich (RU)
Mail address:
450062, g.Ufa, ul. Kol'tsevaja, 3/1, kv.73,
E.A. Naumkinu
R U
(72) Inventor(s):
Akhmetov Safa Akhmetovich (RU),
Ishmijarov Marat Khafizovich (RU),
Akhmetov Salavat Safaevich (RU),
Kuzeev Iskander Rustemovich (RU),
Naumkin Evgenij Anatol'evich (RU)
RU 2 300 646 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к конструкци м поршневых двигателей внутреннего сгорани (ПДВС), используемых в качестве силовых установок во всех видах транспорта автомобильном, воздушном, железнодорожном, морском и речном, также в
сельскохоз йственных и строительных машинах, электростанци х, мотоциклах, нефт ной и
газовой промышленност х и других гражданских и военных отрасл х народного хоз йства
во всех странах мира.
Известны ПДВС следующих типов, отличающихс :
1) по способу образовани топливовоздушной смеси:
- с внешним смесеобразованием (карбюраторные) и
- с раздельным смесеобразованием (впрыском топлива);
2) по принципу зажигани топливо-воздушной смеси:
- с принудительным воспламенением (бензиновые) и
- с самовоспламенением от сжати (дизельные);
3) по числу тактов рабочего цикла:
- четырехтактные и
- двухтактные;
4) по способу подачи воздуха в цилиндр:
- без наддува (всасом) и
- с наддувом от внешнего нагнетател ;
5) по способу охлаждени :
- вод ного и
- воздушного.
Они состо т из цилиндра, поршн , камеры сгорани , коленчатого вала, шатуна,
газораспределительного механизма с впускными и выпускными клапанами, маховика,
систем подачи топлива, электрообеспечени , пуска, охлаждени и смазки.
Бензиновые ПДВС дополнительно состо т из карбюратора или устройств
непосредственного (электронного) впрыска топлива и свечи зажигани , а дизельные - из
топливного насоса высокого давлени и распылительных форсунок (Хачи н А.С. и др.
Двигатели внутреннего сгорани . - М.: Высш. школа, 1985, - 311 с.)
Бензиновые ПДВС имеют следующие недостатки:
- они предъ вл ют исключительно высокие эксплуатационные и экологические
требовани к качеству топлив, прежде всего к их фракционному и углеводородному
составам. Нормальный бездетонационный режим горени и топливна экономичность
достигаютс применением высокооктановых бензинов, состо щих преимущественно из
детонационностойких ароматических и изоалкановых углеводородов, дл производства
которых на НПЗ требуютс дорогосто щие многостадийные каталитические процессы,
такие как каталитический риформинг, алкилирование, изомеризаци и другие, что
уменьшает без того ограниченные ресурсы топлив и удорожает их производство и, кроме
того, вл ющимис экологически токсичными по содержанию бензола, суммы
ароматических и олефиновых углеводородов (Гуреев А.А., Фукс И.Г., Лашхи В.Л.
Химмотологи . - М.: Хими , 1986, - 368 с.);
- продукты сгорани бензинов, выбрасываемые в атмосферу, особенно двухтактными
ПДВС, содержат в значительных количествах токсичные вещества, такие как оксид
углерода (угарный газ), оксиды азота и несгоревшие углеводороды (бензол,
формальдегид, ацетальдегид и др.) (Магарил Е.Р. Эксплуатационные и экологические
свойства топлив дл автомобильных двигателей. Екатеринбург: Урал Наука, 1999, - 176 с.).
Существенными недостатками дизельных ПДВС вл ютс :
- больша их удельна масса, обусловливаема проведением процесса горени топлива
при высоких давлени х и степен х сжати воздуха (?=16-28);
- приспособленность дизелей к топливам с высокой самовоспламен емостью,
состо щим преимущественно из парафинонафтеновых углеводородов с цетановым числом
40-50 и с температурными пределами выкипани 200-360°С;
- в выпускных газах дизелей из токсичных компонентов главное место занимают оксиды
Страница: 3
DE
RU 2 300 646 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
азота (55-85% от суммарного индекса токсичности), не поддающиес нейтрализации в
каталитических окислительных нейтрализаторах.
Общим недостатком ПДВС вл етс приспособленность их к топливам только одного
типа, т.е. их монотопливность, что вынуждает производителей топлив выпускать дес тки
различных их марок, что в свою очередь существенно удорожает производство и
снабжение потребителей моторных топлив.
Как наиболее важным недостатком из выше перечисленных, вл ющимс причиной
лавинообразно возрастающего глобального экологического кризиса, следует признать
недопустимо высокую токсичность выбросов ПДВС. По этой причине в насто щее врем дл производителей автотранспортных средств прин ты жесткие экологические требовани по нормам токсичности типа Евро I-IV. Первопричиной высокой токсичности выпускных
газов дизелей вл етс проведение процесса горени топлива с избытком воздуха (при
коэффициенте избытка воздуха ?=1,1-1,5), при высоких давлени х и температурах
(соответственно 35-40 кгс/см 2, 500-700°С в конце такта сжати и 80-150 кгс/см 2 и 18002000°С после самовоспламенени рабочей смеси), термодинамически и кинетически
благопри тствующих образованию оксидов азота и, что положительно, более полному
сгоранию топлива с незначительным образованием оксида углерода, тем самым
повышению топливной экономичности двигател . Чрезмерно жесткий термобарический
режим в такте сжати дизелей обусловливаетс повышенной температурой
самовоспламен емости дизельного топлива.
В отличие от дизелей воспламенение рабочей смеси в бензиновых двигател х
осуществл етс принудительно искровым зажиганием при менее жестком
термобарическом режиме в конце такта сжати : при давлении 6-10 кгс/см 2 и температуре
350-500°С. Первопричиной токсичности выпускных газов двигателей с искровым
зажиганием вл етс неполный дожиг топлива с образованием оксида углерода и
несгоревших углеводородов в результате проведени процесса бездетонационного
горени рабочей смеси без достаточного избытка воздуха следующего состава: ?=0,7-0,9
на режиме полной нагрузки и 0,9-1,15 на малых и средних нагрузках двигател , т.е.
топливовоздушной (т.в.) смеси состава, соответствующего верхним и нижним пределам
воспламенени бензиновоздушной смеси.
Известны также ПДВС с наддувом - подачей в камеру сгорани в такте всаса сжатого
воздуха, примен емым дл повышени удельной мощности двигател . Однако наддув
практически не оказывает вли ни на экологические характеристики выпускных газов
двигателей.
Известно сложное по конструкции устройство двухтактного ПДВС с нагнетателем
двойного действи дл подачи в камеру сгорани дополнительного зар да
топливовоздушной смеси и тем самым обеспечивающим увеличение удельной мощности
двигател (Скрипов Ю.Н. Патент РФ №2066379 «Двухтактный двигатель внутреннего
сгорани », опубликованный 10.09.1996, Бюл. №25). Однако в нем не обеспечиваютс топливные универсальность и экономичность, а также экологичность отработавших газов.
Известен топливно-универсальный и экологичный четырехтактный ДВС с искровым
зажиганием с внешним поршневым нагнетателем воздуха дл осуществлени двухстадийного сгорани топливовоздушной смеси, разработанный В.М.Кушулем (Кушуль
В.М. Знакомьтесь - двигатель нового типа. - Л.: Судостроение, 1966, 120 с.).
Существенными недостатками двигател Кушул В.М. вл ютс усложнение его
конструкции, удвоение требуемого количества цилиндров с поршн ми и кривошипношатунными механизмами и увеличение объема и массы двигател .
Ближайшим к изобретению по технической сущности прототипом вл етс универсальный экологичный четырехтактный ДВС, предложенный Ахметовыми С.А. и С.С.
(Ахметов С.А., Ахметов С.С., Патент РФ №2220301 «Устройство универсального
экологически чистого поршневого двигател внутреннего сгорани », опубл. 27.12.2003,
Бюл. №36).
Двигатель содержит поршневой нагнетатель воздуха двойного действи , который
Страница: 4
RU 2 300 646 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
обеспечивает подачу воздуха в камеру сгорани во всех четырех тактах рабочего цикла.
Поршень нагнетател воздуха расположен соосно с рабочим поршнем в одном общем
цилиндре и жестко соединен с ним штоком, а камеры воздухонагнетател разделены друг
от друга перегородкой. Перед концом такта сжати в нагретый от сжати в камере
сгорани воздух впрыскиваетс в топливо, не имеющее ограничений по детонационной
стойкости и воспламен емости, с образованием богатой топливовоздушной смеси, котора воспламен етс от свечи зажигани и полностью сгорает без детонации и образовани токсичных газов при непрерывной подаче в камеру сгорани сжатого воздуха. Недостатком
ПДВС по прототипу вл етс проведение его рабочего цикла с излишне обильным
расходом воздуха, на сжатие которого расходуетс часть полезной мощности двигател , а
также применение усложненной системы газо- и воздухораспределени между камерой
сгорани и воздухонагнетательными (ВН) камерами.
Достигаемый в четырехтактном двигателе по прототипу полезный технический результат
(топливна универсальность, высока удельна мощность и др.) можно существенно
улучшить без ухудшени его экологичности применением его конструктивного аналога с
двухтактным рабочим циклом.
Задачей предлагаемого изобретени вл етс создание более простого по конструкции
и в обслуживании устройства экологически чистого, топливно-универсального и топливноэкономичного двухтактного двигател с высокой удельной мощностью, малыми габаритами
и массой.
Указанный технический результат достигаетс тем, что предложенное устройство
содержит цилиндр, основной (рабочий) поршень двойного действи , дополнительный
поршень, жестко соединенный с рабочим поршнем соосно штоком, камеру сгорани , две
ВН камеры, перегородку, изолирующую их друг от друга, свечу зажигани , форсунку,
шатун, коленчатый вал, маховик, системы подачи топлива, электрообеспечени , смазки,
пуска и охлаждени . В отличие от прототипа в предложенном устройстве перегородка,
изолирующа ВН камеры друг от друга, выполнена в виде втулки, котора содержит
вертикальный сквозной шлифованный канал, в котором размещен шток-плунжер,
совершающий возвратно-поступательные движени от кривошипно-шатунного механизма,
выполненный в виде шлифованной снаружи трубки с открытым и закрытым концами со
стороны соответственно камеры сгорани и картерной камеры и с отверсти ми в средней
его части. Кроме того, втулка содержит боковые каналы дл перепуска через отверсти плунжера сжатого воздуха из верхней и нижней ВН камеры в камеру сгорани . На стенке
цилиндра на уровне чуть выше НМТ дл рабочего поршн имеетс окно дл выпуска
отработавших газов. Головка содержит впускной патрубок с обратным клапаном дл продувки камеры сгорани и наполнени ее воздухом.
Принципиальна схема устройства предлагаемого ДВС с двухтактным рабочим циклом
показана на чертеже. Оно состоит из цилиндра 1 с выпускным окном 2, рабочего поршн 3, дополнительного поршн нагнетател воздуха 4, камеры сгорани 5, верхней и нижней
ВН камер 6 и 7, головки цилиндров 8 с расположенными на ней форсункой 9, свечой
зажигани 10, впускным патрубком 11, обратным клапаном 12, шатуна 13 и из не
показанных на чертеже коленчатого вала, систем подачи топлива с насосом высокого
давлени , смазки, пуска, охлаждени и маховика, и согласно изобретению содержит
перегородку-втулку 14 с каналами 15 и 16, шток-плунжер 17с отверсти ми 18 и 19,
размещенный в канале 20 перегородки-втулки 14, воздуховсасывающий коллектор с
патрубками 21 с обратными клапанами 22.
Устройство работает следующим образом. При возвратно-поступательном движении
поршней 3 и 4 осуществл етс поочередное наполнение ВН камер 6 и 7 воздухом и
вытеснение его в следующем такте в камеру сгорани 5 либо через канал 15 или через
канал 16 в перегородке-втулке 14 и далее отверстие 18 или 19 штока-плунжера 17, а
также выпуск отработавших газов через окно 2 в атмосферу.
Рабочий цикл двигател состоит из периодически повтор ющихс следующих двух
тактов: такта сжати воздуха, впрыска топлива с нагнетанием (наддувом)
Страница: 5
RU 2 300 646 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
дополнительного зар да воздуха, воспламенени топливно-воздушной смеси от свечи
зажигани и такта с рабочим циклом, выпуском отработавших газов, продувкой и
наполнением рабочего цилиндра воздухом.
I. В первом такте при движении рабочего поршн 3 от НМТ к ВМТ происходит: 1)
всасывание воздуха в верхнюю ВН камеру 6; 2) одновременное сжатие воздуха в камере
сгорани 5 и нижней ВН камере 7; 3) непрерывное вытеснение воздуха из нижней ВН
камеры 7 в камеру сгорани 5 через канал 15 в перегородке-втулке 14 в результате
более интенсивного нарастани давлени в камере 7 (поскольку в ней степень
сжати (???) значительно выше, чем в камере сгорани ); 4) перед концом сжати насосом высокого давлени и форсункой особой конструкции 9 (топливно-воздушного
впрыска) осуществл етс впрыск топлива в нагретый от адиабатического сжати воздух с
образованием богатой тонкодиспергированной топливно-воздушной смеси (??0,7-0,9) и
воспламенение ее свечой зажигани 10 за 10-15° о.к. в. до прихода рабочего поршн к
ВМТ.
II. Во втором такте при движении рабочего поршн 3 от ВМТ к НМТ происходит: 1)
всасывание воздуха в нижнюю ВН камеру 7; 2) после воспламенени богата топливновоздушна смесь быстро сгорает, в результате резко повышаютс температура, а также
давление газов над рабочим поршнем, которое передаетс на поршень, перемеща его от
ВМТ к НМТ, тем самым совершаетс полезна работа; 3) в результате расширени объема
рабочего цилиндра давление над поршнем 3 постепенно снижаетс , а в верхней ВН камере
6 - наоборот, интенсивно повышаетс от сжати воздуха; 4) после выравнивани давлений
в обеих камерах осуществл етс втора ступень процесса горени топливно-воздушной
смеси в результате перепуска воздуха в камеру сгорани 5 из верхней ВН камеры 6 через
канал 16 перегородки-втулки 14 и отверстие 19 плунжера 17; 5) втора ступень горени происходит при интенсивном и непрерывном нагнетании (наддува) воздуха и обеднении
рабочей смеси, при этом в результате полного и бездетонационного догорани продуктов
первой ступени горени , содержащих в значительных количествах оксида углерода и
несгоревших углеводородов, температура и давление над рабочим поршнем 3 вновь
повышаютс ; 6) не доход до НМТ поршн 3 открываетс выпускное окно 2 цилиндра и
отработавшие газы двигател выбрасываютс в атмосферу; 7) одновременно с выпуском
осуществл етс вытеснение остаточных продуктов сгорани (продувка) и наполнение
рабочего объема цилиндра и камеры сгорани воздухом через впускной патрубок 11.
Работа поршневого двигател с нагнетателем воздуха двойного действи в двухтактном
режиме позвол ет:
1) увеличить по сравнению с двух- и четырехтактными ДВС с одним поршнем мощность
и крут щий момент предлагаемого двигател более чем соответственно в 2 и 4 раза;
2) использовать в качестве горючего бензиновые, керосиновые и дизельные топлива и
их смеси без ограничений и детонационной стойкости и воспламен емости, а также
альтернативные топлива (сжатый или сжиженный природные газы, водород, спирты и
эфиры) и, что исключительно важно, значительно упростить технологию переработки
углеводородного сырь и удешевить производство и увеличить ресурсы моторных топлив;
3) существенно оздоровить воздушный бассейн городов и сел;
4) отказатьс от применени каталитических нейтрализаторов отработавших газов
двигател .
45
50
Формула изобретени 1. Устройство топливно-универсального экологически чистого поршневого двигател внутреннего сгорани с двухтактным рабочим циклом, содержащее цилиндр, рабочий
поршень двойного действи и дополнительный воздухонагнетательный поршень,
соединенные между собой соосно в цилиндре штоком, камеру сгорани , две
воздухонагнетательные камеры, перегородку, головку цилиндров, впускной патрубок,
свечу зажигани , форсунку, воздуховсасывающий коллектор, шатун, коленчатый вал,
маховик, системы подачи топлива, электрообеспечени , смазки, пуска и охлаждени ,
Страница: 6
CL
RU 2 300 646 C2
5
отличающеес тем, что перегородка, изолирующа воздухонагнетательные камеры друг от
друга, выполнена в виде втулки, содержащей вертикальный сквозной и боковые каналы,
сообщающие верхнюю и нижнюю воздухонагнетательные камеры с камерой сгорани .
2. Устройство по п.1, отличающеес тем, что шток, жестко соедин ющий рабочий и
дополнительный воздухонагнетательные поршни друг с другом, выполнен в виде
размещенного в вертикальном канале втулки плунжера, содержащего отверсти в средней
части дл перепуска сжатого в верхней и нижней воздухонагнетательной камерах воздуха
в камеру сгорани .
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
132 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа