ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B59/00 

Изобретение относится к конструкции двигателей внутреннего сгорания, в частности к двигателям с воспламенением от сжатия.

Известна объемная гидромашина, содержащая корпус, в многогранной расточке которого помещен вытеснитель и поршень, эксцентрично установленный на оси, каналы подачи и отвода рабочей среды. Артоболевский Н.Н. Механизм в современной технике. М. Наука, 1976, т.5, с.169, фиг.238).

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с прямоугольной в сечении рабочей камерой, вытеснитель, установленный в рабочей камере с возможностью перемещения параллельно двум ее противолежащим сторонам и образующим камеры сгорания, рабочий поршень, размещенный в прямоугольной полости вытеснителя с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению движения последнего, средства для относительного перемещения поршня, выходной вал, газораспределительные и перепускные каналы, выполненные по меньшей мере, в одной торцовой стенке корпуса и систему подачи топлива с каналами (Патент США N 3630178, кл. F 02 В 59/00, опубл. 1971).

Известные двигатели указанного типа относятся к короткоходовым, что не позволяет использовать их в режиме воспламенения от сжатия.

Цель изобретения повышение КПД двигателя путем двухступенчатого сжатия воздуха из двух смежных рабочих камер в одной камере сгорания.

Это достигается тем, что предлагаемый двигатель снабжен рамой, а корпус установлен на раме посредством дополнительно введенной оси с возможностью вращения, при этом перепускные каналы выполнены в виде углублений, расположенных оппозитно друг другу и симметрично относительно оси симметрии поперечного сечения рабочей камеры, а размеры каждого из каналов в плане ограничены прямоугольником, одна сторона которого соответствует высоте поршня, а другая половине его хода.

Кроме того, система подачи топлива включает топливные насос-форсунки и поворотный нажимной кулачок, кинематически связанный для поворота с педалью газа, при этом топливные насос-форсунки установлены на корпусе в зоне камер сгорания с возможностью взаимодействия с нажимным кулачком, закрепленном на основании рамы, а средство для относительного перемещения поршня выполнено в виде кривошипа, закрепленного на оси вращения корпуса, и канал подачи топлива к насос-форсункам выполнен в стенке корпуса и соединен с поверхностями скольжения корпуса на оси и поршня на кривошипе.

Кроме того, средство для относительного перемещения поршня выполнено в виде смещенных относительно друг друга в двух параллельных плоскостях на величину, равную половине хода поршня, осей вращения корпуса и выходного вала, при этом поршень и одна из торцовых стенок рабочей камеры жестко закреплены на выходном валу, а корпус выполнен с возможностью смещения относительно скрепленной с поршнем торцовой стенки рабочей камеры.

На фиг. 1 изображен двигатель, продольный разрез; на фиг.2 то же, поперечный разрез; на фиг.3 схема относительного положения корпуса, поршня и вытеснителя при повороте корпуса на: а) 0^о, б) 90^о, в) 180^о, г) 270^о, на фиг.4 циклограмма работы камер (поз.23,24,25 и 26), где Р.Х. рабочий ход; Пр продувка; Сж сжатие воздуха; на фиг.5 продольный разрез двигателя с жестко установленным поршнем и торцовой стенкой на выходном валу; на фиг.6 конфигурации перепускного канала; на фиг.7 сечение А-А на фиг.2.

Предложенный двигатель состоит из опорной рамы 1, на которой закреплена ось 2 с кривошипом 3. На ось 2 установлен с возможностью вращения корпус 4, внутри которого помещен вытеснитель 5 и поршень 6 с возможностью вращения на кривошипе 3. Корпус 4 содержит торцовые стенки 7 и 8 с пластинами 9, обойму 10 с сегментами 11, которые стянуты в единый пакет шпильками 12.

На корпусе 4 в зоне камер сгорания установлены насос-форсунки 13, а на раме 1 нажимной поворотный кулачок 14, кинематически связанный для поворота с педалью газа, например автомобиля. На оси 2 выполнен канал 15 подачи воздуха и канал 16 подачи топлива к насос-форсункам 13. В пластинах 9 выполнены перепускные каналы 17 и канал 18 выпуска отработанных газов в приемную камеру 19 выхлопа.

В двигателе (фиг.5) корпус 4 включает пакет, скрепленный шпильками 12, из одной торцовой стенки 7, пластины 9 и обоймы 10 с сегментами 11. Противоположная торцовая стенка 8 жестко скреплена с поршнем 6 и выходным валом 20, смещенным относительно оси вращения корпуса 4 на величину, равную половине хода поршня. Канал 18 выхлопа отработанных газов в двигателе (фиг.5) размещен с внешней части торцовой стенки 8. В торцовых стенках вытеснителя 5, примыкающих к корпусу 4, выполнены сквозные отверстия, образующие камеры сгорания 21. Прямоугольная в сечении камера 22, образованная сегментами 11 в корпусе 4, разделена вытеснителем 5 и поршнем 6 на четыре переменного объема камеры 23-26.

Заявленный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При вращении корпуса 4 вытеснитель 5 перемещается параллельно двум сторонам камеры 22, а поршень 6 во внутренней полости вытеснителя перемещается в направлении, перпендикулярном перемещению вытеснителя. Таким образом, между вытеснителем и сегментами 11 образуются две камеры 23 и 25 переменного объема (см.фиг.2) и другие две камеры 24 и 26 переменного объема во внутренней полости вытеснителя 5, разделенные поршнем 6. Камеры 23-26 по мере вращения корпуса 4 последовательно соединяются с каналом 18 выхлопа отработанных газов и каналом 15 подачи сжатого воздуха (продувка), а посредством каналов 17, размеры которых в плане ограничены прямоугольником, одна сторона которого соответствует высоте поршня, а другая половине ее хода. Каждая из камер 23 и 25 попеременно сообщается с каждой из камер 24 и 26: с камерой, расположенной впереди по ходу вращения на такте сжатия, а с камерой последующей по ходу вращения, на такте расширения, т.е. рабочего хода (см. циклограмму на фиг.4).

Таким образом, в каждой из камер происходят следующие процессы:
При повороте корпуса от 0 до 90^о:
камера 23 рабочий ход и начало продувки;
камера 26 воспламенение топлива и последующий рабочий ход;
камера 25 сжатие воздуха и перепуск его в камеру 24;
камера 24 конец продувки и последующее сжатие воздуха.

При повороте от 90 до 180^о:
камера 23 конец продувки и последующее сжатие воздуха;
камера 26 окончание рабочего хода и начало продувки;
камера 25 сообщение с камерой 26 и рабочий ход,
камера 24 окончание сжатия воздуха и впрыск топлива.

При повороте от 180 до 270^о:
камера 23 сжатие воздуха и перепуск его в камеру 26,
камера 26 окончание продувки и сжатие воздуха,
камера 25 рабочий ход и начало продувки,
камера 24 воспламенение топлива и рабочий ход.

При повороте от 270 до 360^о:
камера 23 сообщение с камерой 24 и рабочий ход,
камера 26 окончание сжатия воздуха и впрыск топлива,
камера 25 конец продувки и последующее сжатие воздуха,
камера 24 рабочий ход и начало продувки.

Анализ циклограммы показывает, что одновременно рабочий ход совершается двумя камерами из четырех (попеременно) на протяжении всего цикла от 0 до 360^о поворота корпуса, чем обеспечивается величина и стабильность крутящего момента.

Подача топлива к насос-форсункам 13 производится по каналу 16, который проходит (см. фиг. 1, стрелка Т) через тело оси 2, с одной стороны до зоны скольжения поршня 6 на кривошипе 3, а с другой стороны в месте скольжения корпуса 4 на оси 2 переходит в радиальный участок канала 16, выполненный в торцовой стенке 7, ведущий к форсункам 13. За счет центробежных сил при вращении корпуса 4 создается необходимый напор топлива на входе в насос-форсунки. Смазка двигателя осуществляется исключительно топливом.

При вращении корпуса 4 насос-форсунки 13 набегают на поворотный нажимной кулачок 14, установленный на раме 1, благодаря их взаимодействию осуществляется перемещение поршня насос-форсунки и впрыск топлива. Угол поворота кулачка 14, кинематически связанного с педалью газа при установке двигателя на автомобиле, определяет величину хода поршня форсунки и тем самым дозу впрыска топлива.

Перепускные каналы 17 выполнены в виде углублений (см.фиг.7) и расположены оппозитно друг другу и симметрично относительно оси симметрии поперечного сечения рабочей камеры.

Аналогична работа двигателя, расположенного на фиг.5. Отличие составляет возможность относительного скольжения примыкающей, но не скрепленной с корпусом торцовой стенки 8 по торцу корпуса 4, а сброс отработанных газов производится через четыре канала 18, расположенных во внешней части торцовой стенки 8, совмещение с которыми камер 23-26 (каждая камера со своим каналом) происходит при прохождении сектора, противоположного точке впрыска топлива. Перепускные каналы 17 в этом варианте двигателя расположены только на пластинах 9 торцовой стенки 7. Расположение каналов 18 с внешней стороны камер улучшает продувку камер после завершения рабочего хода.

На фиг.6 изображены возможные конфигурации перепускных каналов 17, вписанных в прямоугольник Нх, где Н высота поршня, а x половина его хода, что позволяет, с одной стороны, осуществлять принудительный перепуск воздуха из всего объема камер 23 и 25 в соответствующие камеры 24 и 26, обеспечивая в последних достаточно высокую степень сжатия для воспламенения от сжатия при малом эксцентриситете кривошипа двигателя и, соответственно малом ходе поршня, а с другой стороны расширение рабочих газов вести двухступенчато: на первой половине такта в малых камерах 24 и 26, на второй половине такта с подключением к ним камер 23 и 25 соответственно.

Реализация изобретения позволяет создать высокооборотный короткоходовый дизель.

Использование: двигатели внутреннего сгорания, в частности двигатели с воспламенением от сжатия. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания состоит из установленного с возможностью вращения на оси корпуса, внутри которого помещен вытеснитель 5 и поршень 6 с возможностью вращения на кривошипе. Прямоугольная в сечении камера 22, образованная в корпусе, разделена вытеснителем 5 и поршнем 6 на четыре переменного объема камеры 23 - 26. На торцовых пластинах выполнены перепускные каналы 17, размер которых вписан в прямоугольник H b, где H длина хода поршня; b - эксцентриситет кривошипа. Посредством каналов 17 каждая из камер 23 и 25 попеременно сообщается с каждой из камер 24 и 26: с камерой, расположенной впереди по ходу вращения на такте сжатия, обеспечивая в последних достаточную степень сжатия для воспламенения топлива при малом эксцентриситете кривошипа двигателя, а с камерой, последующей по ходу вращения, на такте расширения, обеспечивая двуступенчатое расширение рабочих газов. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с прямоугольной в сечении рабочей камерой, вытеснитель, установленный в рабочей камере с возможностью перемещения параллельно двум ее противолежащим сторонам и образующим камеры сгорания, рабочий поршень, размещенный в прямоугольной полости вытеснителя с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению движения последнего, средства для относительного перемещения поршня, выходной вал, газораспределительные и перепускные каналы, выполненные по меньшей мере в одной торцевой стенке корпуса, и систему подачи топлива с каналами, отличающийся тем, что он снабжен рамой, а корпус установлен на раме посредством дополнительно введенной оси с возможностью вращения, при этом перепускные каналы выполнены в виде углублений, расположенных оппозитно друг другу и симметрично относительно оси симметрии поперечного сечения рабочей камеры, а размеры каждого из каналов в плане ограничены прямоугольником, одна сторона которого соответствует высоте поршня, а другая половине его хода. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что система подачи топлива включает топливные насос-форсунки и нажимной кулачок с приводом поворота, при этом топливные насос-форсунки установлены на корпусе в зоне камер сгорания с возможностью взаимодействия с нажимным кулачком, закрепленным на основании рамы. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что средство для относительного перемещения поршня выполнено в виде кривошипа, закрепленного на оси вращения корпуса, а канал подачи топлива к насос-форсункам выполнен в стенке корпуса и соединен с поверхностями скольжения корпуса на оси и поршня - на кривошипе. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что средство для относительного перемещения поршня выполнено в виде смещенных относительно друг друга в двух параллельных плоскостях на величину, равную половине хода поршня, оси вращения корпуса и выходного вала, при этом поршень и одна из торцевых стенок рабочей камеры жестко закреплены на выходном валу, а корпус выполнен с возможностью скольжения относительно неподвижной торцевой стенки рабочей камеры.