RO131799A2 - Motor cu doi combustibili, cu ardere izobară-izocoră, cu ciclu divizat supraalimentat - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un motor cu doi combustibili, cu ardere izobară-izocoră, cu ciclu divizat supraalimentat, care este construit pe un model de motor hibrid, şi care foloseşte combustibil neconvenţional şi ecologic, etanol, biodiesel, hidrogen sau biogaz. Motorul conform invenţiei transformă energia termică şi pneumatică a fluidelor din motor în lucru mecanic pe toată cursa utilă a unui piston (3), 80%, acţionând prin nişte biele (5 şi 6), un arbore (7) cotit, cu destinaţie pentru producere de energie electrică, motor generator staţionar cu turaţie constantă, sau naval, motorul arzând doi combustibili, uşor şi greu, într-un ciclu divizat supraalimentat cu ardere izobară, izocoră, asigurând transferul de energie termică şi pneumatică a fluidelor din motor prin aceea că nişte pistoane (3, 3', 4 şi 4') se deplasează în sensuri opuse, printr-o lege dată de decalajul manetoanelor arborelui (7) cotit, ele deplasându-se rectiliniu-alternativ în nişte cilindri (2 şi 2'), fixate într-un bloc motor, iar într-un exemplu de realizare, o bielă (5) se deplasează prin centrul pistonului (3' şi 4'), asigurând efectuarea unei mişcări opuse de deplasare în cilindru (2 şi 2'), a pistoanelor (3' şi 4').

Description

Motor cu doi combustibili, cu ardere izobara-izocora,cu ciclu divizat supraalimentat

Invenția se refera la un motor construit pe un model de motor hibrid si folosește combustibil neconventional si ecologic (etanol ,biodiesel, hidrogen ,biogaz, etc.)

Se cunosc motoare termice cu pistoane opuse sau cu doua pistoane compresoare si doua motoare in doi timpi.Se cunoaște un motor in doi timpi cu piston compresor si piston motor (motorul si un motor cu pistoane care se deplasează in sensuri opuse intr-un singur cilindru (motorul Seilinger ),care transforma energia fluidelor in cursa de destindere a pistoanelor in energie mecanica prin antrenarea unui arbore cotît.MotoruI cu doi combustibili cu ardere izobaraizocora cu ciclul divizat supraalimentat asigura conform invenției arderea a doi combustibili diferiți ea structura chimica(usor si greu),la presiuni si temperaturi diferite,folosind si energia aerului eomprimat intre cele patru pistoane ,in cursa de destindere asigurând un maxim de randament al arderii in ciclul motor si facand ca prin marirea de aproximativ 2,5-3ori a puterii si de 3-3,5 ori a cuplului sa permită construcția unui motor de volum si masa mai mica la aceiași putere de aproximativ 2 ori.

Arderea combustibilului greu in camera divizata(12)se va face in condiții de temperatura si presiune care nu se întâlnesc la cele doua motoare amintite,conducând la maxim de randament termic si un control al noxelor optim.Miscarea fluidelor in acest motor asigura in plus fata de cele doua amintite, racirea pistoanelor(3si3')eilindrilor (2si2'),camerelor divizate(12)si gazelor de evacuare si in același timp elimina posibilitatea oxidării uleiului de motor,aceste lucruri conducând la o eficienta a randamentului termie si mecanic mai buna (65-75%),o fiabilitate sporita si un consum de combustibil si producere de noxe optime.

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avi,ntaje;l-prin comparație cu un motor existent,performat din punct de vedere constructiv acest motor are avantajul ca in aproximativ același volum si masa a motorului se obține cuplu mai mare3-3,5ori si o putere de2,5-3ori mai mare.

^-2014-- 0 0 1 800 5 -03- 2014

Pag.2

2-datorita faptului ca nu se impurifîca uleiul si se răcește permanent ansamblul pistonsegment-bolt,bucșa biela creste fiabilitatea si scad costurile de întreținere

3-acest motor este un motor exclusiv ecologic consumând combustibili neconventionali si avand un procent foarte mic de noxe

4- prin modul in care se realizează schimbul de gaze din motor,se controlează foarte bine temperatura in admisie, in comprimare, in camera de ardere si apoi in destindere si evacuare,conducând la o creștere semnificativa a randamentului termic si mecanic(aproximativ65-75%)

5- se realizează prin controlul arderii in camera sferica divizata si prin marirea cursei utile a pistonului in destindere o mărire importanta a cuplului motor, puterii litrice cat si o reducere importanta a gazelor reziduale

Acest motor are destinație de motor staționar cu turatie constanta putând fi folosit ca motor naval in toata gama de turatie,putere si cuplu sau motor generator,menționând faptul ca fluidul de răcire sa se folosească la încălzirea de locuinței a navei,a combustibililor din tancuri,etc.

Se dau in continuare mai multe exemple de realizarea invenției in legătură si cu figurafl5),care reprezintă:

fig.l-sectiune longitudinala a motorului, fig.2-vedere cap de cruce. fig.3-sectiunesuport de sprijin biela(5). fig.4-sectiune piston(4) fig.5-vedere distribuitor in galeria de evacuare fig.6-ciclul motor.

-Motorul cu ardere a doi combustibili izobar-izocor,cu ciclu divizat supraalimentat este alcătuit dintr-un bloc motor, (l)in care sunt așezați cilindrii(2) ,pistoanele(3) si(4),de construcție speciala împreuna cu bielele(5)si(6),se deplasează in cilindrul(2)antrenate de arborele cotit(7),dupa o lege de distribuție proprie,astfel incit pistonul(3)sa lucreze pt.producerea de lucru mecanic după un ciclu mixt de ardere izobara-izocora,arzind doi combustibili in ciclu,primul corn bustibil aprinzandul pe cel de al doilea.

Cel de al doilea piston(4) de construcție speciala, se va deplasa in tandem cu primul piston(3), după o lege de deplasare in regim de compresor asigurata de poziționarea unghiulara a manetoanelor arborelui cotit(7).Pistonul(4)asigura in același timp si centrarea bielei de legatura(8) care se deplasează intr-o mișcare rectilinie alternativa ,prin pistonul(40 ) transmițând la arborele cotit(7)prin biela(9)lucru mecanic produs in ciclu motor.

Biela(lO),antrenează printr-o lege de deplasare liniara corespunzătoare unui decalaj unghiular al manetoanelor arborelui cotit (7),astfel incat pistonul(3)si(4)sa efectueze o mișcare combinata asigurând după legi de distribuție proprii funcționarea motorului.

In cilindru motor(2) sunt realizate doua rânduri de ferestre orientate tangențial la axa cilindrului(2) intr-un unghi de 20-35 grade la o distanta intre rânduri astfel incat in deplasarea lor liniara rectiliniu alternativa sa permită acestui motor etajat pe un compresor cu legi proprii si ciclu divizat sa functioneze.Motorul mai conține o chiulasa(10)cu o camera de ardere divizata sferica si ajutaj de intrare-iesire a gazelor tip fuzee(convergent-divergent).Chiulasa mai conține supapa(ll) din camera divizata(12)care împreuna cu supapele de evacuare(13)se ,

-2J U-- 88 1 80- Ζ

Pag.3

Ο 5 -03- 2011 deschid si se închid după o lege de distribuție astfel incat schimbul de gaze din motor sa asigure un ciclu de funcționare optim cu un randament maxim .

In camera de ardere(12) se mai gaseste un injector(14)de combustibil greu( biodieselpacura )care asigura injecția la o presiune de.....Poziționarea acestuia este astfel incat unghiul de pulverizare sa asigure un maxim de randament al arderii .In chiulasa se mai afla si bujia (15)eare asigura printrun sistem de aprindere,aprinderea fortata a primului combustibil (bioetanol,biogaz etc,).Pozitionarea acestuia este astfel incat energia gazelor de ardere sa fie transferata ca sens dinspre camera din poston,care va conține un amestec bogat înspre camera divizata cu amestec sarac.Avansul la aprindere va fi in jur de 10- 6 grade astfel incat la sfârșitul arderii primului combustibil pistonul sa fie in 2 grade RAC si 10 grade RAC după PMI atunci începând injecția celui de al doilea combustîbiLArderea in destindere,intr-o camera sferica de volum mare (5-10ori mai mare )decat o camera divizata existenta si cu exces de aer datorat cantitatii mare de aer comprimat in cilindru in cursa de admisie cat si a unui ciclu ideal (fara gaze reziduale) va conduce la evitarea detonatiei la aplicarea unei presiuni constante pe calota pistonului(30)si la o temperatura controlata in cursa de destindere (deschidere variabila a supapei din camera divizata)asigurand pe o cursa mare a pistonului(70-80%)efectuarea de lucru mecanic maxim,datorita volumului mare al camerei divizate raportat la volumul total al cilindrului(2).Aceste transformări fizice si chimice ale celor doi combustibili combinate cu un schimb de gaze optim cu un ciclu divizat cu ardere izobaraizocora v-a conduce la un randament maxim(65-75%),concentrația de noxe aproape de ciclu ideal printr-o ardere completa si asigurarea oxigenului in sistemul de evacuare(sistem catalitic de reducere a noxelor).Motorul mai conține un sistem colector de admisie(16), cere faee legătură intre ferestrele(17)si(18)si intre organul de supraalimentare(19)si ferestrele(l8),astfel incat traseul sa asigure umplerea celor doua spatii din cilindrul(2),delimitată de pistonul(3)-chiulasa(10)si pistonul(4)-pistonul(3). Aceste volume variabile ale celor doua spatii se vor modifica in cursa de admisie (PMI-PME-50grade după PME) la pistonul(3)si cursa de admisie si comprimare a pistonului (4)dupa legi de distribuție proprii.

-Motorul cu doi combustibili cu ardere izobara -izocora,conform invenției,funcționează astfel:pistonul(3)se deplasează in cursa de admisie de la PMI la PME .In cilindru(2) avem deja aer la presiunea de 50-60%din presiunea de comprimare din compartimentul compresor (20)din ciclul precedent.In momentul când pistonul (3) deschide ferestrele(21)iar pistonul (4) se deplasează in cursa de comprimare astfel incat pistonul(3) a terminat cursa spre PME si începe sa urce in comprimare închizând ferestrele in momentul egalizării presiunilor intre eele doua compartimente pistonul(4)va închide ferestrele (22)incepand deplasarea in cursa de admisie care va ineepe in momentul deschiderii de piston a ferestrelor(23)care asigura legătură cu organul de supraalimentare.In cursa de admisie dubla se petrec doua destinderi ale aerului atat in compartimentul motor eat si in compartimentul compresor fapt ce duce la racirea fluidului de lucru si asigurarea unei umpleri mai bune.Cursa de admisie si comprimare al eelor doua pistoane(3)si(4) vor fi determinate in funcție de necesarul de cuplu motor,putere tip combustibil astfel incat randamentul termic si mecanic sa fie maxim.In cursa de admisie pistonul(3)dinspre PMlsprePME va efectua lucrul mecanic,in cilindru (2)existand presiune de admisie 5060%,iar pistonul(4)este împins de presiunea de supraalimentare generata de turbocompresor (3 bar).

-injecția primului combustibil se va face prin fereastra din primul colector printr-un injector la presiunea de 50-100 bar,care va fi pozitonat astfel incat sa fie protejat termic si sa asigure un amestec bogat in camera din piston si sarac in volumul cilindrului asigurând o aprindere sigura si o propagare a flăcării in camera divizata.

.- 2 ο Η - - Β Β1 8 Ο ' 0 5-D3-20U

Pag.4

-Creșterea de presiune si temperatura datorate arderii primului combustibil va crea condiții optime (p=120-150 bar)si temperatura (1000-1200 grade C)pentru a aprinde si arde combustibilul intrun timp(6-20grade RAC)si asigurând o ardere completa cu un randament al arderii maxim,noxe minime,cupru si putere maxima.Cupru va fi de aproximativ2,5-3 ori mai mare comparativ la 1000 cm cubi,iar puterea de aproximativ 180-200 CP/1000 cm cubi.-In momentul destinderii gazelor datorita volumului mare al camerei divizate presiune exercitata de piston de gazele de ardere va fi pe o durata mare a cursei pistonului(3)-70-80%/cursa -piston.Supapele de evacuare (12)si(13)in număr de 3-5 vor lucra după o lege de distribuție simpla sau variabila astfel incat in momentul când pistonul(3)va deschide ferestrele de admisie presiunea gazelor sa fie mai mica decât presiunea aerului din compartimentul compresor asigurandu-se un baleiaj rapid si complet,o cursa mare utila in destindere a pistonului asigurând un randament mecanicsi termic ridicat(65-75%)asigurand in același timp o răcire a gazelor de evacuare si oxidare completa in convertorul cataliti.Se asigura in același timp un ciclu ideal fara gaze reziduale.o răcire optima a pistonului, segmentilor,boitului,bucșei de biela.Alt avantaj este ca uleiul de motor nu se oxidează ceea ce conduce la creșterea fiabilității si scăderea costului de întreținere a motorului.Prin folosirea unei comenzi variabile a supapei din camera divizata se va mari randamentul turbinei de supraalimentare si se va face un control al temperaturii gazelor de ardere in cursa de destindere micșorând astfel procentul de noxe.

Prin racirea camerei de ardere se va obține agent termic asiguranduse in acest fel o mărire a randamentului termic si o îmbunătățire a consumului.

Pistoanele 3 si 4 sunt in cursa de comprimare respectiv evacuare fortata,iar pistoanele 3'si 4'sunt in aspirație respectiv baleiaj.

Aerul intra din colectorul de admisie in spațiul liber dintre cele 4 pistoane (ambele spatii alaturate),datorita depresiunii formate si presiunii de supraalimantare din colectorul de admisie

In cursa de admisie respectiv detenta(pistonul3'si4')aerul este comprimat in spațiul dintre cele doua pistoane si este trimis in fereastra de alimentare a pistonului 4,asigurând baleiajul si ocupând cu aer proaspăt cilindrul nr.2 deasupra pistonului 4.Cilindrul nr.l este umplut eu aer proaspăt de turbocompresor prin ferestre.In cursa de comprimare a pistonului 3 si in cursa de evacuare a pistonului 4 aerul este comprimat in cilindrul 1 de către pistonul 3 ,iar pistonul 4si comprima si trimite aerul comprimat in cursa de evacuare fortata prin supapa de admisie 26 in rezervorul de compensare 24,care a mai primit aer sub presiune in cursa anterioara de admisie a pistonului 3 si comprimare a pistonului3'din spațiul celor 4 pistoane opuse.

Aerul este trimis in rezervorul de compensare prin spațiul dintre cilindrii printr-un canal din bloc si chiulasa.In rezervorul suplimentar avem aer sub presiune din doua curse ale pistoanelor 3 si 4 si 3'si 4'.Aerul înmagazinat sub presiune in rezervorul 24 este trimis prin supapa de admisie 26 in cilindru 1 unde pistonul 3 se afla la sfârșitul cursei de comprimare in PMI,concomitent eu injecția de combustibil ușor efectuata de injeetorul 16 in galeria de admisie 25.Aprinderea combustibilul ușor se face la 2-4 grade RAC după PMI.Amestecul format se aprinde fortat prin bujia 15 si actioneaza asupra pistonului 3 si aerului din camera divizata atat prin energia pe care o are cat si prin presiunea si temperatura gazelor de ardere. _z

Pag.5

-^--2014-- 0 D180 ' 0 5 -03-2014

La 20 grade RAC după PMI in momentul terminării arderii primului combustibil,se injectează combustibil greu prin injectorul 14 .Combustibilul greu gaseste in camera divizata condiții optime de presiune,temperatura pentru aprinderea fortata si arderea acestuia in cursa de destindere. Arderea dubla in destindere a celor doi combustibili cat si folosirea energiei aerului comprimat intre cele patru pistoane opuse conduce la un maxim de randament termic(7075%),randament mecanic maxim si o folosire pe o cursa utila a pistonului de 75-80% in destindere a energiei gazelor arse,obținând in același timp un control al temperaturii si presiunii acestora si o ardere completa a noxelor.

Claims (3)

REVENDICĂRI:

1. Motor cu doi combustibili cu ardere izobara-izocora cu ciclu divizat supraalimentat alea tuit dintr-un bloc motor in care sunt montati niște cilindrii(2),in care culiseaza pistoanele (3,34,4) printr-o mișcare rectilinie alternativa opusa după o lege de deplasare proprie,arborelui cotit(7),echipat cu o chiulasa(10),cu camere divizate(12)si supape de evacuare(llsil3),caracterizat prin faptul ca se obține prin poziția injectorului de combustibil usor(28),din fereastra de admisie(22) realizarea unui amestec stratificat si omogeb,care permite arderea primului combustibil la începutul destinderii.

2. Motor cu doi combustibili cu ardere izobara-izocora cu ciclu divizat supraalimentat alea tuit dintr-un bloc motor in care sunt montati niște cilindrii(2),in care culiseaza pistoanele (3,3'4,4') printr-o mișcare rectilinie alternativa opusa după o lege de deplasare proprie,arborelui cotit(7),echipat cu o chiulasa(10),cu camere divizate(12)si supape de evacuare(llsil3),caracterizat prin faptul ca in galeria de evacuare dintre cele doua camere divizate(12),exista un obturbator(27),iar in mișcarea lor pistoanele(3,3'si4,4')comprima aer in camera divizata(12),la presiunea de 60-80 bari conducând la crearea condițiilor optime de temperatura(800-900 grade C) presiune (60-100 de bari) si dozaj (1,5-3) a arderii celui de al doilea combustibil(greu),in aceiași cursa de destindere a pistonului(3).

3. Motor cu doi combustibili cu ardere izobara-izocora cu ciclu divizat supraalimentat alea tuit dintr-un bloc motor in care sunt montati niște cilindrii(2),in care culiseaza pistoanele (3,3'4,4') printr-o mișcare rectilinie alternativa opusa după o lege de deplasare proprie,arborelui cotit(7),echipat cu o chiulasa(10),cu camere divizate(12)si supape de evacuare(llsil3),caracterizat prin faptul ca funcționează după un ciclu divizat motor-compresor.