ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B75/18 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, являющимися источниками механической энергии и одной из основных частей автомобилей, тракторов, компрессоров и других агрегатов, а именно, к области поршневых двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в карбюраторных, газовых и дизельных двигателях различного назначения.

Наиболее близкой конструкцией является двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров, поршни, механизм газораспределения, коленчатый вал, шатуны, при этом цилиндры выполнены с центральными осевыми пазами, через которые проходит штанга, соединенная с коленчатым валом посредством шатунов, расположенных с внешней стороны цилиндров, а поршни соединены штангой в единый блок и выполнены с двумя головками. (Патент США N 1995625, 1935).

Недостатками известных конструкций двигателей внутреннего сгорания являются: большая потеря мощности из-за применения кривошипно-шатунного механизма для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала; значительная часть энергии газа не используется.

Изобретение направлено на снижение расхода топлива и увеличение ресурса двигателя при достаточной простоте изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания, содержащем блок цилиндров, поршней, механизм газораспределения, коленчатый вал и шатуны, при этом цилиндры выполнены с центральными осевыми пазами, через которые проходит штанга, соединенная с коленчатым валом посредством шатунов, расположенных с внешней стороны цилиндров, а поршни соединены штангой в единый блок и выполнены с двумя головками, при этом коленчатый вал кинематически связан с механизмами газораспределения и карданным валом, отличительной особенностью является то, что он снабжен гидросистемой, включающей по меньшей мере один гидроцилиндр и связанный с ним посредством трубопроводов гидромотор, при этом гидроцилиндр, выполненных с центральными осевыми пазами установлен в блок цилиндров, а его поршень связан с упомянутой штангой аналогично поршням блока цилиндров, причем коленчатый вал кинематически связан с механизмом газораспределения, а гидромотор с карданным валом.

Кроме того, данное техническое решение позволяет использовать остаточную энергию газов путем увеличения рабочего объема цилиндров таким образом, что при фазе впуск поступление горючей смеси происходит до достижения поршнем определенной точки точки закрытия впускных клапанов, и дальнейшее движение поршня до нижней мертвой точки происходит без поступления горючей смеси в цилиндр, при этом заданная степень сжатия равна отношению объема поступившей в цилиндр горючей смеси к объему камеры сгорания.

На фиг. 1 представлен двигатель внутреннего сгорания; на фиг. 2 варианты компоновки цилиндров в блок.

Цилиндры 1-2, 3-4, 5-6, 7-8 двигателя внутреннего сгорания (фиг. 1) условно разбиты на полуцилиндры 1, 3, 5, 7 и 2, 4, 6, 8. Гидроцилиндр 9-10 условно разбит на полугидроцилиндры 9-10.

В цилиндрах и гильзах, впрессованных в цилиндры выполнены центральные осевые пазы 11, расположенные симметрично вдоль цилиндров и равные по величине ходу поршня.

Поршни 12 цилиндров 1-2, 3-4, 5-6, 7-8 и поршень 13 гидроцилиндра 9-10 выполнены с двумя головками, в которых проточены канавки для поршневых колец, и с осевыми поперечными отверстиями. Через пазы 11 и осевые поперечные отверстия поршней 12 и 13 проходит штанга 14.

С двух сторон блока цилиндров расположены головки цилиндров 15 и 16 с расположенными в них камерами сгорания, впускными и выпускными клапанами. На головках цилиндров 15 и 16 устанавливаются распределительные валы 17 и 18, а на одной из головок коленчатый вал 19. В головках цилиндров 15 и 16 имеются пазы для шатунов 20. Шатуны 20 расположены с внешней стороны цилиндров. Одной головкой шатуны соединены со штангой 14, другой головкой шатуны закреплены на шатунных шейках коленчатого вала. Коленчатый вал 19 и распределительные валы 17 и 18 соединены между собой цепной передачей или посредством шестерен.

Полугидроцилиндры 9 и 10 через выпускные клапаны трубопроводом 21 соединены с распределительной коробкой (гидравлической коробкой передач) 22 и входными отверстиями многосекционного гидромотора 23 а через впускные клапаны трубопроводом 21 с масляным баком 24. Входные отверстия гидромотора 23 трубопроводами 21 через масляный радиатор 25 соединены с масляным баком 24. Ведущая шестерня 26 гидромотора 23 соединена через редуктор с карданным валом, вращающим, например, колеса автомобиля.

Кроме того, для использования остаточной энергии газов цилиндры 1-2, 3-4, 5-6, 7-8 и гидроцилиндр 9-10 выполнены с увеличенным рабочим объемом, таким образом, что при фазе "впуск" поступление горючей смеси происходит до достижения поршнями определенной точки точки закрытия клапанов, и дальнейшее движение поршня до нижней мертвой точки происходит без поступления горючей смеси в цилиндр, при этим заданная степень сжатия равна отношению объема поступившей в цилиндр горючей смеси к объему камеры сгорания. Увеличение рабочего объема цилиндра, т.е. отношение объема, освобождаемого поршнем при движении его от точки закрытия впускных клапанов до нижней мертвой точки к объему, освобождаемому поршнем при движении его от верхней мертвой точки то точки закрытия впускных клапанов может находиться в пределах 1-3, в зависимости от типа и технических характеристик конструируемого двигателя.

Двигатели могут выполняться с различной компоновкой цилиндров в блок, например, 1-2, 3-4, последовательно (фиг. 2а), параллельно (фиг. 2б) и на взаимоперпендикулярных осях (фиг. 2в).

Двигатель работает следующим образом.

Полуцилиндры 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 работают попарно, например: в полуцилиндрах 1 и 7 такт "рабочий ход"; в полуцилиндрах 2 и 8 такт "выпуск" в полуцилиндрах 3 и 5 такт "впуск"; в полуцилиндрах 4 и 6 такт "сжатие".

Это связано с устойчивостью работы и недопущением перекоса блока поршней. Кроме того камеры сгорания попарно работающих цилиндров могут быть выполнены сообщающимися.

Такты чередуются согласно рабочему циклу. При этом газы в попарноработающих полуцилиндрах, перемещая блок поршней включая и поршень 13 гидроцилиндра 9-10, выдавливают масло из условного полугидроцилиндра 10, и оно под давлением поступает на вход гидромотора 23 и вращает его. В другой полугидроцилиндр 9 масло, наоборот, поступает из масляного бака 24 по трубопроводу 21 через впускной клапан. По окончании такта "рабочий ход" для одной пары полуцилиндров (например 1 и 7) начинается такт "рабочий ход" в полуцилиндрах 4 и 6. И теперь уже из полугидроцилиндра 9 масло под давлением поступает на вход гидромотора 23 и вращает его, а в полугидроцилиндр 10 масло поступает из масляного бака.

При непрерывном чередовании тактов масло из гидроцилиндра 9-10 также непрерывно поступает на вход гидромотора и непрерывно вращает его, а ведущий вал 26 гидромотора вращает карданный вал. При этом коленчатый вал соединен только с механизмом газораспределения и вращает только распределительные валы.

Основным достоинством данного двигателя является малый расход топлива и значительное увеличение ресурса двигателя, в первую очередь цилиндро-поршневой группы. Снятие функций преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение карданного вала и передача ее гидросистеме, а также использование цилиндров с увеличенными рабочими объемами позволяет уменьшить расход топлива в 2-2,5 раза для карбюраторных двигателей и в 1,5-2 раза для дизельных двигателей. Ресурс цилиндро-поршневой группы на порядок выше ресурса известных двигателей.

Использование: автомобилестроение, в частности двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель снабжен дополнительной головкой цилиндра и гидроцилиндром 13, установленным в блок цилиндров. Все цилиндры в блоке выполнены с центральными осевыми пазами 11, обеспечивающими ход поршня, через которые проходит штанга 14, условно делящая цилиндры на полуцилиндры 1 - 8 и гидроцилиндр на полугидроцилиндры 9 и 10. Штанга 14 соединена посредством шатунов 20 с коленчатым валом 19, который установлен на одной из головок цилиндра. Поршни соединены штангой в единый блок и выполнен с двумя головками, для их двусторонней работы. 2 ил.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий блок цилиндров, поршни, механизм газораспределения, коленчатый вал и шатуны, при этом цилиндры выполнены с центральными осевыми пазами, через которые проходит штанга, соединенная с коленчатым валом посредством шатунов, расположенных с внешней стороны цилиндров, а поршни соединены штангой в единый блок и выполнены с двумя головками, при этом коленчатый вал кинематически связан с механизмом газораспределения и карданным валом, отличающийся тем, что он снабжен гидросистемой, включающей, по меньшей мере один гидроцилиндр и связанный с ним посредством трубопроводов гидромотор, при этом гидроцилиндр, выполненный с центральными осевыми пазами, установлен в блок цилиндров, а его поршень связан с упомянутой штангой аналогично поршням блока цилиндров, причем коленчатый вал кинематически связан с механизмом газораспределения, а гидромотор с карданным валом.