ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B75/26 

Изобретение относится к двигателям и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с поршнем, при этом в головке цилиндра выполнено отверстие, в котором расположен впускной клапан, паропровод, соединенный с впускным клапаном паропроводящий агрегат и сервомотор, регулирующий время и степень открытия клапана.

Недостатком известного двигателя является большой расход жидкого топлива (бензина), входящего в состав горючей смеси, в результате неполного сгорания которого образуются токсичные вещества, засоряющие атмосферу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому двигателю является двигатель внутреннего сгорания, содержащий четыре цилиндра, снабженные поршнями, которые посредством кривошипно-шатунного механизма передают рабочее усилие коленчатому валу, систему подачи топлива в цилиндры, кулачковый газораспределительный механизм.

Недостатком известного двигателя является также потребление большого количества жидкого топлива, входящего в состав горючей смеси и, следовательно, высокая токсичность отработанных газов.

Задачей изобретения является повышение экономичности, снижение токсичности выхлопных газов, а также уменьшение шума от работы двигателя.

Это достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий не менее четырех цилиндров, снабженных поршнями и удаленных друг от друга на равном расстоянии, систему подачи топлива в цилиндры, кулачковый механизм газораспределения и вал отбора мощности, двигатель содержит устройство для подачи воды в цилиндры, выполненное в виде дополнительного карбюратора, при этом цилиндры расположены соосно валу отбора мощности и связаны с ним посредством установленных на концах штоков роликов, размещенных с возможностью передвижения по замкнутому кулачковому профилю, охватывающему вал отбора мощности, причем перемещение одного ролика ограничено замкнутым контуром с одной стороны, а перемещение второго ролика ограничено кулачковым профилем с другой стороны для удержания штока с поршнем в заданном направлении; развертка профиля образована двумя однопериодными синусоидами с прямолинейным отрезком между ними, амплитуда одной синусоиды по крайней мере в два раза меньше амплитуды другой синусоиды, длина прямолинейного отрезка равна полупериоду меньшей синусоиды, причем каждые полупериоды меньшей синусоиды последовательно соответствуют тактам всасывания горючей смеси и сжатия горючей смеси, прямолинейный отрезок соответствует времени сгорания, каждые полупериоды большой синусоиды последовательно соответствуют тактам рабочего хода и выпуска отработанных газов, при этом на торце вала установлена шайба, на которой выполнены кулачки газораспределения в форме расположенных по окружности дугообразных выступов, длина каждого выступа соответствует открытию клапанов для всасывания топливо-воздушной смеси и выпуску отработанных газов.

Наличие в предлагаемом двигателе признаков, отличающих его от известного, а именно наличие устройства для подачи воды в цилиндры, выполненного в виде дополнительного карбюратора, расположение цилиндров по окружности соосно валу отбора мощности и соединение с ним посредством установленных на концах штоков роликов, размещенных с возможностью передвижения по замкнутому кулачковому профилю, охватывающему вал отбора мощности, причем перемещение одного ролика ограничено кулачковым профилем с другой стороны для удержания штока с поршнем в заданном направлении; образование развертки профиля двумя однопериодными синусоидами с прямолинейными отрезками между ними при этом амплитуда одной синусоиды по крайней мере в два-три раза меньше амплитуды другой синусоиды, длина прямолинейного отрезка равна полупериоду меньшей синусоиды, причем каждые полупериоды меньшей синусоиды, причем каждые полупериоды меньшей синусоиды последовательно соответствуют тактам всасывания горючей смеси и сжатия горючей смеси, прямолинейный отрезок соответствует времени сгорания, каждые полупериоды большой синусоиды последовательно соответствуют тактам рабочего хода и выпуска отработанных газов, при этом на торце вала установлена шайба, на которой выполнены кулачки газораспределения в форме расположенных по окружности дугообразных выступов, длина каждого выступа соответствует открытию клапанов для всасывания топливо-воздушной смеси и выпуску отработанных газов, доказывает соответствие предлагаемого способа критерию "новизна".

На фиг. 1 показан предлагаемый двигатель, продольный разрез; на фиг.2 двигатель, вид сбоку; на фиг. 3 резвертка вала отбора мощности; на фиг.4 поршень, шток, ползун; на фиг.5 узел соединения штока с валом отбора мощности; на фиг.6 крейцкопный механизм, разрез; на фиг.7 кулачковая шайба газораспределения и толкатели; на фиг.8 механизм подачи и перемешивания воды с топливом.

Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, в котором установлены четыре цилиндра 2, расположенных по окружности и снабженных поршнями 3. На штоке 4 поршня 3 закреплен ролик 5 посредством пальца 6, на который насажен второй ролик 7. Параллельно осям цилиндров 2 установлен вал отбора мощности 8, а котором размещены кулачки 9 и 10. На кулачок 9 оперт ролик 5, на кулачок 10 ролик 7. Ролики 5 и 7 расположены между кулачками 9 и 10 с возможностью перемещения в заданном режиме по синусоидам (фиг.3).

Развертка профилей кулачков 9 и 10 образована двумя однопериодными синусоидами (фиг.3), амплитуда одной синусоиды (а-с) вдвое меньше другой синусоиды (д-ф) и прямолинейным отрезком между ними (с-д); длина прямолинейного отрезка равна полупериоду синусоиды. Каждые полупериоды меньшей синусоиды последовательно соответствуют тактам: всасывание горючей смеси (1 такт), сжатие (2 такт). Прямолинейный отрезок соответствует времени сгорания (3 такт), а каждые полупериоды большой синусоиды последовательно соответствуют тактам рабочий ход (4 такт) и выпуск (5 такт). На торце вала отбора мощности 8 установлена кулачковая шайба 11 газораспределения, на которой два кулачка в форме дугообразных выступов, длина каждой дуги соответствует участкам синусоиды всасывания горючей смеси в цилиндр 12 и выпуск отработанных газов 13. В крышке 14 корпуса 1 установлены толкатели 15, 16, соединенные соответственно со штангами 17, 18, которые упираются в коромысла 19, 20 клапанов. Толкатель 15 через штангу 17 и коромысла 19 связан с впускными клапанами 21, а толкатель 16 через штангу 18 и коромысло 20 связан с выпускным клапаном 22.

Двигатель также содержит крейцкопный механизм (фиг.6), состоящий из ползунов 23 и направляющих 24 для удержания поршней 3 в заданном направлении при обратно поступательном движении. Палец 6 снабжен резьбой 25 для регулировки зазора между роликом 7 и кулачком 10 и резьбой 26 для закрепления пальца 6 в нижней части штока 4.

Двигатель также содержит устройство для подачи воды в цилиндры 2, выполненное в виде поплавковой камеры 28, жиклера 29, диффузора 30, запорной иглы 31, служащей для подачи и регулирования количества подаваемой воды.

Двигатель также содержит поплавковую камеру 32 с диффузором 33 и жиклером 34 для повторного распыления воды и перемешивания ее с горючей смесью (фиг.8).

Работа двигателя показана на примере одного цилиндра.

При повороте вала 8 ролик 5 перемещается по кулачку 9, а ролик 7 перемещается по кулачку 10. Под действием кулачка 10 посредством ролика 7 поршень 3 перемещается от первой верхней мертвой точки до нижней первой мертвой точки (фиг.3).

Кулачок 12 на торцовой шайбе 11 набегает на толкатель 15, который поднимает штангу 17, взаимодействуя с коромыслом 19, открывает впускной клапан 21. В первой мертвой (верхней) точке происходит всасывание горючей смеси из камеры 32 в цилиндр 2 (1 такт).

Одновременно с всасыванием горючей смеси в цилиндр 2 через жиклер 29 и диффузор 30 происходит всасывание воды и ее распыление. При дальнейшем движении распыленной воды через камеру 32, диффузор 33 и жиклер 34 происходят дополнительное распыление воды с воздухом и перемешивание ее с топливом.

При достижении поршнем 3 первой нижней мертвой точки клапан 21 закрывается, т.е. вал 8 проворачивается от точки А до точки В (фиг.3). При повороте вала 8 от точки В до точки С (т.е. до второй верхней мертвой точки) поршень 3 в цилиндре 2 перемещается до второй верхней мертвой точке.

В цилиндре 2 происходит сжатие горючей смеси (2 такт), после чего от подачи искры происходит загорание топлива и поршень 3 через ролик 5 воздействует на кулачок 9, при этом поршень 3 остается неподвижным. При повороте вала 8 от точки С до точки Д в цилиндре 2 происходит полное сгорание топлива (3 такт) при малом объеме камеры сгорания и остановленном поршне во второй верхней мертвой точке.

При дальнейшем повороте вала 8 от точки Д до точки С происходит полное расширение газов, т.е. во второй верхней мертвой точки до второй нижней мертвой точки (4 такт). При дальнейшем повороте вала 8 от точек Е до точки Ф и открытия выпускного клапана 22 через кулачок 13, толкатель 16, штанги 18, коромысла 20 происходит выпуск отработанных газов (5 такт). Таким образом происходит рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания.

Использование: в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: шток каждого поршня снабжен дополнительным роликом, взаимодействующим с дополнительным кулачком, выполненным на внешней поверхности вала отбора мощности, криволинейные участки развертки выполнены в виде двух различных по длине однопериодных синусоид по меньшей мере в два три раза превышает амплитуду другой синусоиды, прямолинейный отрезок выполнен длиной, равной полупериоду меньшей синусоиды, механизм газораспределения выполнен кулачковым в виде шайбы, закрепленной на торце вала и снабженной вспомогательными кулачками в форме расположенных по окружности дугообразных выступов. 1 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий по меньшей мере четыре цилиндра, расположенных по окружности соосно с валом отбора мощности, поршни со штоками, размещенные в цилиндрах и связанные с валом отбора мощности посредством роликов, установленных на концах штока с возможностью их перемещения по замкнутому кулачковому профилю, выполненному на валу отбора мощности, систему топливоподачи и механизм газораспределения, причем развертка кулачкового профиля образована двумя криволинейными участками с прямолинейным отрезком между ними, соответствующим времени сгорания, отличающийся тем, что шток каждого поршня снабжен дополнительным роликом, взаимодействующим с дополнительным кулачком, выполненным на внешней поверхности вала отбора мощности, криволинейные участки развертки выполнены в виде двух различных по длине однопериодных синусоид, причем амплитуда одной синусоиды по меньшей мере в два три раза превышает амплитуду другой синусоиды, прямолинейный отрезок выполнен длиной, равной полупериоду меньшей синусоиды, механизм газораспределения выполнен кулачковым в виде шайбы, закрепленной на торце вала и снабженной вспомогательными кулачками в форме расположенных по окружности дугообразных выступов. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит устройство для подачи воды в цилиндры, выполненное в виде поплавковой камеры, размещенного в ней эжектора, подключенного к цилиндру через диффузор, и установленной в нем запорной иглы.