ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B33/22 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр первой ступени сжатия с поршнем, цилиндр второй ступени сжатия с поршнем, сообщенный с цилиндром первой ступени через промежуточный холодильник топливовоздушной смеси и снабженный поршнем с механическим приводом от коленчатого вала и камерой сгорания, а также подключенный к цилиндру второй ступени цилиндр расширения с поршнем, кинематически связанным с коленчатым валом через шатун, причем цилиндр расширения выполнен с рабочим объемом, превышающим рабочие объемы цилиндров сжатия, на коленчатом валу установлена кулачковая шайба, а привод поршня цилиндра второй ступени выполнен в виде качающейся балки с роликом, контактирующим с кулачковой шайбой [1].

Известная конструкция позволяет снизить расход топлива и токсичность отработавших газов путем сжигания топлива при постоянном объеме, однако серьезным недостатком является сложность конструкции известного двигателя, причем неподвижное положение поршня цилиндра расширения в течение значительного отрезка времени приводит к ступенчатым динамическим нагрузкам на детали двигателя, вызывающим их повышенный износ.

Известен также двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндров с поршнями, установленными с возможностью возвратно-поступа- тельного перемещения, и головку, в которой размещен по меньшей мере один периодически сообщающийся с цилиндрами газораспределительный цилиндрический золотник, снабженный общей для обоих цилиндров камерой сгорания и кинематически связанный с коленчатым валом двигателя, при этом цилиндры выполнены разного объема, цилиндр меньшего объема снабжен воздуховпускными органами, а цилиндр большего объема - газовпускными органами, причем кривошип коленчатого вала цилиндра меньшего объема смещен в сторону опережения по ходу вращения коленчатого вала на 9-72^о относительно кривошипа цилиндра большего объема [2].

Недостатком известного двигателя является наличие отдельной вращающейся камеры сгорания, расположенной в головке двигателя, что усложняет его герметизацию. Перемещение горючей смеси в камеру сгорания и выпуск продуктов сгорания в рабочий цилиндр приводит к значительным гидравлическим сопротивлениям и, как следствие, к снижению мощности двигателя. Известная конструкция двигателя не обеспечивает полной очистки камеры сгорания от остатков отработавших газов, в результате чего остается достаточно высоким коэффициент остаточных газов, что приводит к снижению экономичности двигателя.

Из известных наиболее близким по технической сущности к описываемому изобретению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий размещенные в блоке двигателя по меньшей мере один цилиндр нагнетателя и один рабочий цилиндр, поршни, установленные в цилиндрах с образованием надпоршневых полостей и кинематически связанные с кривошипно-шатун- ным механизмом, головку цилиндров с перепускным каналом, выполненным с возможностью сообщения надпоршневых полостей цилиндра нагнетателя и рабочего цилиндра, подпружиненный перепускной клапан, установленный в головке с возможностью периодического перекрытия перепускного канала, свечу зажигания, установ- ленную в рабочем цилиндре противоположно относительно перепускного клапана, полость циркуляции охлаждающей жидкости, выполненную в блоке, причем кривошип, связанный с поршнем рабочего цилиндра, смещен относительно кривошипа, связанного с поршнем цилиндра нагнетателя, в сторону опережения по ходу вращения коленчатого вала с образованием между кривошипами угла смещения [3].

Недостаток известного двигателя заключается в низкой эффективности работы вследствие неполной очистки от отработавших газов и разброса температурных состояний рабочих поверхностей цилиндров.

Цель изобретения - повышение эффективности работы двигателя за счет повышения качества очистки от отработавших газов, организации процесса сгорания и поддержания оптимального температурного состояния рабочих поверхностей цилиндров.

Цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем размещенные в блоке двигателя по меньшей мере один цилиндр нагнетателя и один рабочий цилиндр, поршни, установленные в цилиндрах с образованием надпоршневых полостей и кинематически связанные с кривошипно-шатунным механизмом, головку цилиндров с перепускным каналом, выполненным с возможностью сообщения надпоршневых полостей цилиндра нагнетателя и рабочего цилиндра, подпружиненный перепускной клапан, установленный в головке с возможностью периодического перекрытия перепускного канала, свечу зажигания, установленную в рабочем цилиндре противоположно относительно перепускного клапана, полость циркуляции охлаждающей жидкости, выполненную в блоке, причем кривошип, связанный с поршнем рабочего цилиндра, смещен относительно кривошипа, связанного с поршнем цилиндра нагнетателя, в сторону опережения по ходу вращения коленчатого вала с образованием между кривошипами угла смещения, в блоке выполнена дополнительная полость циркуляции охлаждающей жидкости, между полостями циркуляции охлаждающей жидкости цилиндра нагнетателя и рабочего цилиндра установлена термоизоляционная перегородка, а угол смещения кривошипов равен 5-45^о.

На чертеже показан предлагаемый двигатель внутреннего сгорания.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр нагнетателя 1 с поршнем 2, которые служат для наполнения и сжатия горючей смеси. В головке 3 цилиндра нагнетателя 1 размещен впускной клапан 4. В стенке цилиндра нагнетателя 1 выполнены наполнительные окна 5 для подачи горючей смеси в цилиндр нагнетателя 1. Впускной канал головки 3 цилиндра нагнетателя 1 и наполнительные окна 5 соединены при помощи впускного коллектора 6 с карбюратором 7. В головке 8 рабочего цилиндра установлен выпускной клапан 9, а в стенках рабочего цилиндра выполнены продувочные окна 10 для выпуска отработавших газов. Выпускной канал головки 8 рабочего цилиндра и продувочные окна 10 соединены патрубком с выхлопным коллектором 11. В головке 8 рабочего цилиндра установлен источник 12 воспламенения, в качестве которого может использоваться либо форсунка, либо свеча зажигания в зависимости от способа смесеобразования. В головке цилиндров, снабженной перепускным каналом 13, соединяющим надпоршневые полости, установлен подпружиненный перепускной клапан 14, периодически перекрывающий перепускной канал 13. Рабочий цилиндр 15 с поршнем 16 служат для совершения рабочего хода (расширения). В надпоршневом пространстве рабочего цилиндра 15 с поршнем 16 отсутствует специальная камера сгорания, где могли бы оставаться отработавшие газы. Кривошип 17 коленчатого вала 18 рабочего цилиндра 15 смещен в сторону опережения по ходу вращения коленчатого вала 18 относительно кривошипа цилиндра нагнетателя 1 (на чертеже не показан) на 5-45^о, что обеспечивает повышение экономичности двигателя за счет сгорания смеси при постоянном объеме. Выбор пределов смещения обусловлен тем, что смещение кривошипа 17 на угол менее 5^о приводит к ухудшению наполнения цилиндра нагнетателя 1 горючей смесью и, как следствие, снижению динамических и экономических показателей двигателя, а смещение кривошипа 17 на угол более 45^о приводит к увеличению объема сгорания и повышению теплоотдачи в стенки цилиндра. Для поддержания оптимального температурного режима стенок цилиндров 1 и 15 система охлаждения двигателя содержит две независимые полости 19 и 20 циркуляции охлаждающей жидкости. Полость 19 охлаждения цилиндра нагнетателя 1 отделена от полости 20 охлаждения рабочего цилиндра 15 при помощи термоизоляционной перегородки 21. Выполнение такой системы охлаждения позволяет поддерживать разные температуры стенок цилиндров 1 и 15, что улучшает наполнение цилиндра нагнетателя 1 горючей смесью и уменьшает количество отводимого тепла в стенки рабочего цилиндра 15.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При перемещении поршня 2 цилиндра нагнетателя 1 от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) происходит открытие впускного клапана 4 и заполнение надпоршневого пространства горючей смесью. При подходе поршня 2 к НМТ открываются наполнительные окна 5 и за счет разрежения в надпоршневом пространстве поступает дополнительное количество горючей смеси из впускного коллектора 6. Коленчатый вал совершает поворот на 180^о. При дальнейшем вращении коленчатого вала и перемещении поршня от НМТ и ВМТ начинается перекрытие наполнительных окон и закрытие впускного клапана 4. Происходит сжатие горючей смеси.

При подходе поршня 2 за 20-30^о до ВМТ открывается перепускной клапан 14 канала 13 и горячая смесь, сжатая до определенной степени, соответствующей рабочему процессу, перемещается из цилиндра нагнетателя 1 в рабочий цилиндр 15. При положении поршня 2 цилиндра нагнетателя 1 от 10 до 0^о относительно ВМТ открыт выпускной клапан 9. Перемещение горючей смеси из цилиндра нагнетателя 1 в рабочий цилиндр 15 приводит к вытеснению из надпоршневого пространства цилиндра 15 в выпускной тракт остатков отработавших газов от предыдущего цикла, чем достигается лучшая очистка от продуктов сгорания надпоршневого пространства. При подходе горючей смеси к выпускному клапану 9 он закрывается, а при достижении места установки свечи зажигания (источника 12) горючей смесью происходит ее воспламенение. Распространение фронта пламени идет от свечи 12 зажигания в направлении к перепускному клапану 14. Горючая смесь перемещается из цилиндра нагнетателя 1 навстречу фронту пламени, постепенно внося в область горения свежий заряд, чем обеспечивается более полное сгорание.

После достижения фронтом пламени перепускного клапана 14 происходит его закрытие, что исключает перемещение очага сгорания в полость надпоршневого пространства цилиндра нагнетателя 1. Движение поршня 16 рабочего цилиндра 15 около ВМТ приводит к незначительному изменению объема.

Использование: двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания содержит размещенные в блоке двигателя по меньшей мере один цилиндр нагревателя 1 и один рабочий цилиндр 15, поршни 2 и 16, установленные в цилиндрах с образованием надпоршневых полостей и кинематически связанные с кривошипно-шатунным механизмом. В головке цилиндров выполнен перепускной канал 13, сообщающий надпоршневые полости цилиндра нагнетателя 1 и рабочего цилиндра 15. Подпружиненный перепускной клапан 14 установлен в головке с возможностью периодического перекрытия перепускного канала 13. Свеча зажигания установлена в рабочем цилиндре 15 противоположно относительно перепускного клапана 13. Кривошип 17, связанный с поршнем 16 рабочего цилиндра 15, смещен относительно кривошипа, связанного с поршнем 2 цилиндра нагнетателя 1, в сторону опережения по ходу вращения коленчатого вала 18 с образованием между кривошипами угла смещения, равного 5 - 45°. В блоке выполнена дополнительная полость циркуляции охлаждающей жидкости, между полостями 19 и 20 циркуляции охлаждающей жидкости цилиндра нагнетателя 1 и рабочего цилиндра 15 установлена термоизоляционная перегородка 21. 1 ил.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий размещенные в блоке двигателя по меньшей мере один цилиндр нагнетателя и один рабочий цилиндр, поршни, установленные в цилиндрах с образованием надпоршневых полостей и кинематически связанные с кривошипно-шатунным механизмом, головку, цилиндров с перепускным каналом, выполненным с возможностью сообщения надпоршневых полостей цилиндра нагнетателя и рабочего цилиндра, подпружиненный перепускной клапан, установленный в головке с возможностью периодического перекрытия перепускного канала, свечу зажигания, установленную в рабочем цилиндре противоположно относительно перепускного клапана, полость циркуляции охлаждающей жидкости, выполненную в блоке, причем кривошип, связанный с поршнем рабочего цилиндра, смещен относительно кривошипа, связанного с поршнем цилиндра нагнетателя, в сторону опережения по ходу вращения коленчатого вала с образованием между кривошипами угла смещения, отличающийся тем, что в блоке выполнена дополнительная полость циркуляции охлаждающей жидкости, между полостями циркуляции охлаждающей жидкости цилиндра нагнетателя и рабочего цилиндра установлена термоизоляционная перегородка, а угол смещения кривошипов равен 5-45^o.