ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B75/32 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателестроению двух и четырехтактных ДВС.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий несколько цилиндров, поршни со штоками, включающими захватные органы и зубчатые рейки, при этом захватные органы установлены с возможностью периодического воздействия на устройство отбора мощности, а зубчатые рейки с возможностью одновременного взаимодействия с зубчатым колесом устройства возврата поршня в исходное положение.

Недостатками такого устройства являются следующие.

1. Невозможность фиксированной задержки цикла работы двигателя (задержка одного из циклов на определенный период времени) в момент окончания рабочего хода одним или несколькими цилиндрами для обеспечения полноценной замены объема сгоревшей смеси объемом новой горючей смеси, что снижает коэффициент наполнения объема цилиндра горючей смесью, а следовательно падает снимаемая с двигателя мощность и КПД.

2. Управляющее воздействие фиксированной задержки цикла работы двигателя, подведенное к цепи цилиндров в любой ее точке будет неодинаковым для ближнего и наиболее удаленного цилиндра, и будет тем хуже, чем больше звеньев (имеющих в соединениях зазоры) участвуют в цепи.

Целью изобретения является повышение КПД двигателя внутреннего сгорания посредством обеспечения полноценной замены объема сгоревшей смеси объемом горючей смеси (либо воздуха), а также повышение качества управляющего воздействия механизма фиксированной задержки цикла работы двигателя сведением к минимальному и постоянному числу звеньев в цепи управления к каждому из цилиндров.

Указанная цель достигается установкой механизма фиксированной задержки цикла работы двигателя, в одном из вариантов кинематически связанного с устройством возврата поршня в исходное положение посредством зубчатой рейки и дополнительного зубчатого колеса, закрепленного на одной оси с зубчатым колесом устройства поршня в исходное положение. Зубчатая рейка может соединять несколько дополнительных зубчатых колес и одномоментно периодически воздействовать на все пары цилиндров, с которыми связаны дополнительные зубчатые колеса.

В результате применения такого устройства повышается коэффициент наполнения объема цилиндра горючей смесью (так как процесс заполнения протекает при максимальном и постоянном объеме, длится период времени, необходимый для полного удаления продуктов сгорания и введения нового заряда горючей смеси с давлением, обеспечиваемым нагнетающим устройством), при этом наполнение не зависит от оборотов устройства отбора мощности, что приводит к повышению КПД.

Повышается также и качество управляющего воздействия механизма фиксированной задержки цикла работы двигателя, так как в цепи передачи воздействия к каждому цилиндру участвуют три звена.

На чертеже изображен двигатель внутреннего сгорания, представленный одной из групп (в группу входит два рядом расположенных цилиндра, связанных между собой зубчатым колесом устройства возврата поршня в исходное положение). Другие группы могут быть объединены с показанной через управляющую рейку. Ось одной из шестерен может являться связующим элементом двух управляющих реек, если цилиндры расположены в два яруса. К управляющей рейке присоединен механизм фиксированной задержки цикла работы двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндры 1 и 2, поршни 3 со штоками 4. Штоки 4 соединительными муфтами 5 соединены с приставными штоками 6. На приставном штоке 6 установлен захватный орган 7 периодического воздействия на устройство отбора мощности. Приставные штоки 6 имеют рейки. Рейки двух рядом расположенных приставных штоков 6 входят в зацепление с шестерней 8, которая своей осью 9 установлена в неподвижную направляющую втулку 10. На оси 9 расположена вторая шестерня 11, которая входит в зацепление с управляющей рейкой 12, установленной на направляющих 13. Управляющая рейка 12 подсоединена к механизму фиксированной задержки цикла работы двигателя 14, представляющему из себя какой-либо фиксатор (защелку), механизм управления фиксатором и механизм, определяющий паузу времени задержки цикла (широко известные в технике, функционально связанные элементы конструкции; перечень механизмов определяется названием). Цилиндры 1 и 2 содержат устройства газораспределения и подачи топлива 15. Поршень 3 разделяет цилиндры на бесштоковую полость 16 и штоковую полость 17.

Устройство работает следующим образом.

Исходные условия. Поршень одного из цилиндров 1 расположен в крайнем левом положении. В этом положении захватный орган 7 не входит в зацепление с устройством отбора мощности. Поршень 3 цилиндра 2 в этот момент находится в крайнем правом положении, его захватный орган 7 также не входит в зацепление с устройством отбора мощности. Оптимальное расположение поршней 3 в крайних положениях и захватных органов 7 относительно устройств отбора мощности достигается регулировками муфтами 5 вылетов приставных штоков 6. Клапаны устройства газораспределения и подачи топлива 15 закрыты.

Происходит впрыск топлива в сжатый объем цилиндра 1 и давление, создавшееся в бесштоковой полости 16 при воспламенении и горении топлива, начинает двигать поршень 3 со штоком 4. Одновременно со штоком и поршнем цилиндра 1 начинает двигаться и поршень со штоком цилиндра 2, так как штоки 6 обоих цилиндров соединены шестерней 8. Поршень цилиндра 2 с помощью энергии цилиндра 1 сжимает горючую смесь. Шток цилиндра 1, продолжая двигаться, захватным органом 7 входит в зацепление с механизмом отбора мощности и начинает передавать ему энергию. Связанная с шестерней 8 шестерня 11 перемещает управляющую рейку 12.

При достижении поршнем цилиндра 1 крайнего правого положения захватный орган 7 выходит из зацепления с механизмом отбора мощности. В это же время поршень со штоком цилиндра 2 занимает крайнее левое положение, сжав новую порцию горючей смеси, при этом их захватный орган 7 выведен из зоны возможного захвата его механизмом отбора мощности, получившем энергию и продолжающем вращаться. В это же время вступает в работу механизм фиксированной задержки цикла работы двигателя 14. При достижении рейкой 12 крайнего нижнего положения механизм управления фиксатором (например пружина) вводит фиксатор в паз на рейке 12, исключая перемещение поршня назад и включает механизм отсчета времени задержки цикла. В период задержки открываются клапаны устройства газораспределения 15 и продукты сгорания начинают выходить из цилиндра. Давление в цилиндре падает. Давлением сжатой смеси цилиндр 2 через шестерню 8 стремится сдвинуть поршень цилиндра 1, но последний удерживается фиксатором и замена горючей смеси цилиндра 1 проходит при постоянном объеме. После прохождения времени задержки цикла механизм отсчета времени дает команду механизму управления фиксатором (например, электромагниту) и последний выводит фиксатор из паза. Поршень цилиндра 1 получает возможность перемещаться. Впрыск топлива в цилиндр 2 и начало его горения определяют начало рабочего такта во втором цилиндре. В конце этого такта фиксатор под действием пружины входит во второй паз управляющей рейки 12 и вновь останавливает ее. Все операции повторяются как в первом случае. Далее снова работает цилиндр 1, затем цилиндр 2 и т.д.

Использование: автомобилестроение, в частности двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: в двигателе для обеспечения полноценной замены объемов сгоревшей смеси на новую горючую смесь используется механизм 14 фиксированной задержки цикла, останавливающий поршни 3 в нижнем положении на период открытия клапанов, одновременного выброса сгоревшей смеси новой горючей смесью и закрытия клапанов. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндры, установленные в них поршни, штоки которых включают захватные органы и зубчатые рейки, при этом захватные органы установлены с возможностью периодического воздействия на устройство отбора мощности, а зубчатые рейки с возможностью одновременного взаимодействия с зубчатым колесом устройства возврата поршня в исходное положение, отличающийся тем, что он снабжен механизмом фиксированной задержки цикла работы цилиндров. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм фиксированной задержки цикла работы цилиндров кинематически связан с устройством возврата поршня в исходное положение. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что упомянутая кинематическая связь выполнена в виде дополнительных зубчатого колеса и зубчатой рейки, при этом дополнительное зубчатое колесо закреплено на одной оси с зубчатым колесом устройства возврата поршня в исходное положение, а дополнительная зубчатая рейка связана с механизмом задержки цикла работы цилиндров и установлена с возможностью периодического воздействия на дополнительное зубчатое колесо. 4. Двигатель по пп.1 3, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными цилиндрами, а дополнительная зубчатая рейка выполнена с возможностью одновременного взаимодействия с дополнительными зубчатыми колесами каждой вновь введенной пары дополнительных цилиндров.