ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B75/28 F02B75/32 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в отраслях промышленности, занятых производством двигателей внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), состоящий из цилиндра, в полости которого с возможностью продольного перемещения расположен поршень, соединенный кинематически с коленчатым валом и маховиком.

Известен также ДВС, содержащий: корпус с цилиндром, камеру сгорания, поршень, коленчатый вал с маховиком, шатун, соединяющий поршень с коленчатым валом, гидравлический поршень с первой и второй торцовыми поверхностями, установленный в цилиндре с образованием с последним и первой торцовой поверхностью, гидравлической камеры переменного объема, гидродвигатель, кинематически связанный с коленчатым валом, гидравлическую систему, соединяющую гидравлическую камеру с гидродвигателем. Известный ДВС имеет низкий КПД, крутящий момент на валу, что сужает сферу его использования.

С целью повышения эффективности работы, двигатель снабжен трубчатым элементом с первой кольцевой перегородкой, установленным с цилиндре коаксиально поршню, второй кольцевой перегородкой, установленной в цилиндре между гидравлическим поршнем и трубчатым элементом, первым и вторым ступенчатыми плунжерами со ступенями разного диаметра, размещенными своими ступенями меньшего диаметра в отверстиях первой и второй кольцевых перегородок, подвижными упорами, установленными в стенке трубчатого элемента между первой кольцевой перегородкой и поршнем, камера сгорания образована внутренней поверхностью цилиндра и торцовыми поверхностями ступеней большого диаметра плунжеров, причем торцовые поверхности поршня, первой кольцевой перегородки, ступени меньшего диаметра первого плунжера и внутренняя поверхность трубчатого элемента образуют первую гидравлическую полость переменного объема, торцовые поверхности второй кольцевой перегородки, ступени меньшего диаметра второго плунжера, внутренняя поверхность цилиндра и вторая торцовая поверхность гидравлического поршня образуют вторую гидравлическую полость переменного объема, гидродвигатель выполнен поршневым и кинематически связан с маховиком коленчатого вала при помощи кулисного механизма. При этом повышение КПД достигается за счет более полного использования энергии топлива путем одновременного расширения продуктов сгорания топлива в камере сгорания, образованной торцовыми поверхностями встречно расположенных плунжеров, один из которых размещен на подвижном трубчатом элементе.

Повышение крутящего момента на валу, по сравнению с прототипом, достигается за счет применения поршневого гидродвигателя, кинематически соединенного с маховиком коленчатого вала при помощи кулисного механизма, а также посредством размещения гидроусилителя в трубчатом элементе.

На чертеже изображен двигатель внутреннего сгорания, общий вид, разрез.

ДВС состоит из корпуса 1, к которому прикреплен цилиндр 2, оборудованный свечой зажигания 3, входным патрубком 4 с клапаном, выходным патрубком 6 с клапаном, трубопроводом 5 для подачи масла в гидродвигатель. В головке цилиндра размещен второй ступенчатый плунжер со ступенями разного диаметра, состоящий из ступени большого диаметра 7, к которому прикреплена ступень меньшего диаметра 8, которая размещена в отверстии 10 второй кольцевой перегородки 8 с возможностью продольного перемещения. Параллельно второй кольцевой перегородки 9 размещен гидропоршень 11. Торцовые поверхности второй кольцевой перегородки 9, ступени меньшего диаметра 8 плунжера, внутренней поверхности цилиндра 2 гидропоршня 11 образуют вторую гидравлическую полость переменного объема. Эта полость заполнена маслом. Кроме того, масло размещено и между торцом гидропоршня 11 и крышкой цилиндра 2. Концентрично цилиндру 2 размещен трубчатый элемент 12, выполненный из металла, оборудованный по внешней поверхности компрессионными и маслосъемными кольцами. Внутри трубчатого элемента 12 установлена первая кольцевая перегородка 13 с отверстием 14, в котором с возможностью перемещения размещена ступень меньшего диаметра 15 первого плунжера. К ступени меньшего диаметра 15 прикреплена ступень большого диаметра 16 первого ступенчатого плунжера. В полости трубчатого элемента 12 размещен поршень 17 с возможностью продольного перемещения, который также может быть оборудован уплотнительными элементами. Торцовые поверхности поршня 17 внутренней поверхности трубчатого элемента 12 первой кольцевой перегородки 13 ступени меньшего диаметра 15 первого ступенчатого плунжера образуют первую гидравлическую полость переменного объема. Полость заполнена маслом. Поршень 17 кинематически связан с маховиком 22 посредством пальца 18, шатуна 19 и пальца коленчатого вала 21. В стенке трубчатого элемента 12 выполнены отверстия, в которых с возможностью перемещения размещены подвижные упоры 20, выполненные в виде фиксированных поршней, которые могут быть подпружиненными для осуществления возврата в исходное положение после снятия давления масла в первой гидравлической полости переменного объема. Кроме того, двигатель снабжен поршневым гидродвигателем 23, поршень 24 которого взаимодействует с поверхностью кулисного механизма 26, закрепленного на маховике 22. Для снятия мощности двигатель оборудован валом 25, установленным в подшипниках.

Устройство работает следующим образом.

Исходное положение: трубчатый элемент 12 находится в верхней мертвой точке, ступенчатые плунжеры первый и второй полностью выведены из первой и второй гидравлических полостей переменного объема. Камера сгорания заполнена сжатой горючей смесью. При поступлении импульса тока на свечу зажигания 3 топливная смесь воспламеняется. Давление в камере сгорания резко растет. Продукты сгорания оказывают давление на ступень большого диаметра 10 второго плунжера, который передает давление через ступень меньшего диаметра 8 маслу, расположенному во второй гидравлической полости переменного объема. В результате гидропоршень 11 перемещается и вытесняет масло в трубопровод 5 и полость гидродвигателя 23, поршень 24 которого перемещается и оказывает воздействие на поверхность кулисного механизма 26, вызывая поворот маховика 22 на небольшой угол. Одновременно давление продуктов сгорания топлива воздействует на большую ступень 16 первого ступенчатого плунжера, посредством которой давление передается первой ступени меньшего диаметра 15 первого ступенчатого плунжера, что вызывает повышение давления масла в первой гидравлической полости переменного объема. Рост давления в гидравлической полости вызывает перемещение подвижных упоров 20. При этом подвижные упоры 20 плотно прижимаются торцовыми поверхностями к внутренней поверхности цилиндра 2 и фиксируют трубчатый элемент 12 от продольного перемещения. С продвижением ступени меньшего диаметра 15 в гидравлическую полость начинает перемещаться поршень 17, который передает усилие на коленчатый вал 21 через палец 18, шатун 19 на маховик 22, который поворачивается на небольшой угол. Поворот маховика 22 происходит под воздействием двух сил, вызванных работой гидродвигателя и поршня. Это обусловливает большой крутящий момент на валу 25, что важно для преодоления трения покоя. При вводе ступени меньшего диаметра 15 в первую гидравлическую полость давление в гидрополости падает, что позволяет возвратным пружинам вернуть подвижные упоры 20 в исходное положение и разблокировать трубчатый элемент. В результате этого трубчатый элемент 12 начинает продольное перемещение по цилиндру 2, продолжая перемещение поршня 17 и воздействие на маховик 22, который увеличивает угловую скорость вращения, накапливая энергию. При достижении трубчатым элементом 12 крайней мертвой точки происходит выпуск отработанных продуктов сгорания из цилиндра 2 через патрубок 6 вовне. Давление в полости цилиндра падает. Трубчатый элемент 12 под воздействием энергии маховика 22 движется к верхней мертвой точке. Одновременно поршень 17 перемещается по гидравлической полости, уменьшая ее объем. Плунжер со ступенями меньшего диаметра 15 и большого диаметра 16 перемещается и полностью выходит из гидравлической полости. В это же время посредством кулисного механизма 26 поршень 24 гидродвигателя 23 перемещается в исходное положение и вытесняет масло в полость второй гидравлической полости переменного объема, что вызывает перемещение второго ступенчатого плунжера в исходное положение. При заполнении камеры сгорания новой порцией топливной смеси процесс работы повторяется. (56) Авторское свидетельство СССР N 868075, кл. F 02 В 75/04, 1979.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель снабжен трубчатым элементом 12 с первой кольцевой перегородкой 13, установленным в цилиндре 2 коаксиально поршню 17, второй кольцевой перегородкой, установленной в цилиндре между гидравлическим поршнем 11 и трубчатым элементом 12, первым и вторым ступенчатым плунжерами со ступенями разного диаметра, размещенными своими ступенями меньшего диаметра в отверстиях первой 13 и второй 9 кольцевых перегородок, подвижными упорами 20, установленными в стенке трубчатого элемента 12 между первой кольцевой перегородкой 13 и поршнем 17. Камера сгорания образована внутренней поверхностью цилиндра 2 и торцевыми поверхностями ступеней большого диаметра 16 и 10 плунжеров, причем торцевые поверхности поршня 17, первой кольцевой перегородки 13, ступени меньшего диаметра 15 первого плунжера и внутренняя поверхность трубчатого элемента образуют первую гидравлическую полость переменного объема. Торцевые поверхности второй кольцевой перегородки 9, ступени меньшего диаметра 8 второго плунжера, внутренняя поверхность цилиндра 2 и вторая торцевая поверхность гидравлического поршня 11 образуют вторую гидравлическую полость переменного объема. Гидродвигатель выполнен поршневым и кинематически связан с маховиком 22 коленчатого вала при помощи кулисного механизма 26. 1 ил.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с цилиндром, камеру сгорания, поршень, коленчатый вал с маховиком, шатун, соединяющий поршень с коленчатым валом, гидравлический поршень с первой и второй торцевыми поверхностями, установленный в цилиндре с образованием с последним первой торцевой поверхностью гидравлической камеры переменного объема, гидродвигатель, кинематически связанный с коленчатым валом, гидравлическую систему, соединяющую гидравлическую камеру с гидродвигателем, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности в работе, двигатель снабжен трубчатым элементом, первой кольцевой перегородкой, установленной в цилиндре коаксиально поршню, второй кольцевой перегородкой, установленной в цилиндре между гидравлическим поршнем и трубчатым элементом, первым и вторым ступенчатым плунжерами со ступенями разного диаметра, размещенного своими ступенями меньшего диаметра в отверстиях первой и второй кольцевых перегородок, подвижными упорами, установленными в стенке трубчатого элемента между первой кольцевой перегородкой и поршнем, камера сгорания образована втнутренней поверхностей цилиндра и торцевыми поверхностями ступеней большего диаметра плунжеров, причем торцевые поверхности поршня, первой кольцевой перегородки, ступени меньшего диаметра первого плунжера и внутренняя поверхность трубчатого элемента образует первую гидравлическую полость переменного объема, торцевые поверхности второй кольцевой перегородки, ступени меньшего диаметра второго плунжера, внутренняя поверхность цилиндра и вторая торцевая поверхность гидравлического поршня образуют вторую гидравлическую полость переменного объема, а гидродвигатель выполнен поршневым и кинематически связан с маховиком коленчатого вала при помощи кулисного механизма.