ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02B75/26 

Изобретение относится к тепловым двигателям, более конкретно к поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Известны четырехтактные двигатели внутреннего сгорания.

Большинству этих двигателей свойственны такие недостатки, как невысокий коэффициент полезного действия, возможность получения большой мощности лишь при больших оборотах коленчатого вала (до нескольких тысяч оборотов в минуту), что делает возможным их применение во многих машинах лишь при установке коробок передач, сравнительно невысокая удельная мощность.

Цель изобретения устранение указанных недостатков.

Часть мощности у двигателей внутреннего сгорания расходуется на совершение тактов впуска, сжатия и выпуска, а также на привод механизмов, обеспечивающих работу двигателя, таких как механизм газораспределения, насосы систем подачи топлива, охлаждения, смазки и т.д.

Цель достигается за счет применения для привода вышеназванных механизмов, а также для совершения тактов (кроме рабочего хода) вспомогательного рабочего цилиндра или отдельного вспомогательного тактозадающего двигателя незначительной мощности (не обязательно теплового), основной же рабочий цилиндр (один или несколько) или основной двигатель при этом работает только на привод рабочего механизма.

Достижению цели также служат следующие элементы предлагаемого двигателя:
компрессор, применение которого позволяет сократить количество тактов в основном рабочем цилиндре (двигателе) до трех, первый такт заполнение камеры "сжатия" сжатым воздухом или сжатой рабочей смесью, второй такт рабочий ход, третий такт выпуск отработавших газов, что в конечном счете позволяет увеличить удельную мощность;
тактозадающий вал, который может быть отдельным или объединенным с распределительным валом клапанного механизма, предназначенный для возврата поршней основного двигателя (рабочих цилиндров) после рабочего хода в верхнюю точку и удержания их там до начала следующего рабочего хода;
другие элементы, обеспечивающие возможность одновременного взаимодействия поршня основного цилиндра (двигателя) с рабочим и тактозадающими валами.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого двигателя; на фиг. 2 то же, вариант выполнения; на фиг. 3 и 4 варианты выполнения узлов.

На фиг. 1-4 показаны вспомогательный рабочий цилиндр (для фиг. 2 вспомогательный двигатель) 1, компрессор 2, всасывающий патрубок 3 компрессора, трубопровод 4 сжатого воздуха, кривошипно-шатунный механизм 5 вспомогательного рабочего цилиндра, маховик 6, тактозадающий вал 7, кулачок 8 тактозадающего вала, ресивер 9, основной рабочий цилиндр 10, поршень 11 основного рабочего цилиндра, зубчатая рейка 12, зубчатое колесо 13, обгонная муфта 14, рабочий вал 15, устройство 16 подачи топлива, впускной патрубок 17 основного цилиндра, выпускной патрубок 18 основного цилиндра, впускной клапан 19, выпускной клапан 20, храповое колесо 21 с откидными собачками, кулачки 25 клапанного механизма, кривошип 22, ползун 23, шток 24 поршня основного цилиндра, храповое колесо 26, подпружиненная зубчатая рейка 27, форсунка 28 впрыска топлива.

Двигатель работает следующим образом.

После пуска вспомогательного двигателя (вспомогательного цилиндра) 1 компрессор 2 подает сжатый воздух в основной рабочий цилиндр 10, где поршень 11 находится в своей верхней точке. В варианте двигателя с внешним смесеобразованием, изображенным на фиг. 1 (на фиг. 2 изображен вариант двигателя с внутренним смесеобразованием), сжатый воздух на пути от компрессора 2 в цилиндр 10 смешивается с топливом в устройстве 16. После заполнения цилиндра 10 сжатой топливо-воздушной смесью происходит ее воспламенение и начинается второй такт рабочий ход, при этом тактозадающий вал 7, повернувшись с момента начала первого такта на некоторый угол, перестает удерживать поршень 11 в верхней точке и тот под действием давления разогретых в процессе сгорания топливо-воздушной смеси газов начинает движение вниз, вызывая вращение рабочего вала 15. Величина перемещения поршня 11 вниз, осуществленного за время рабочего хода, может быть переменной. При малой нагрузке на рабочем валу 15 она будет наибольшей, а при очень большой нагрузке может быть близка к нулевой. Независимо от этой величины после рабочего хода начинается третий такт выпуск отработавших газов, при котором поршень 11 возвращается в верхнюю точку. Одновременно через открытый выпускной клапан 20 удаляются отработавшие газы, поступательное движение поршню 11 при этом сообщается от вращающегося тактозадающего вала 7 с помощью кулачка 8 (фиг. 1) или поршня компрессора 2 (фиг. 2), а имеющиеся в связи между поршнем 11 и валом 15 обгонная муфта 14 или храповые колеса 21, 26 не препятствуют этому.

Для предлагаемого двигателя не обязательна одинаковая длительность каждого такта. Увеличивая длительность рабочего хода по сравнению с другими тактами, можно существенно повысить удельную мощность двигателя, а также коэффициент полезного действия.

Отказ от имеющихся у большинства аналогов кривошипно-шатунного механизма для преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала позволяет в предлагаемом двигателе получить большой крутящий момент на рабочем валу при любой скорости его вращения и устойчивую работу двигателя при любой сколь угодно малой скорости вращения рабочего вала. Величина крутящего момента задается скоростью вращения тактозадающего вала 7: чем она выше, тем больше крутящий момент. Скорость вращения рабочего вала 15 при этом устанавливается в зависимости от нагрузки на рабочем валу: чем меньше нагрузки, тем выше скорость. Предлагаемому двигателю не нужна коробка передач, в нем нет бокового давления поршня на стенки цилиндра, нет огромных усилий, действующих на подшипники при рабочем ходе, кроме того, одному рабочему ходу соответствуют всего два перемещения основного рабочего поршня 11 (одно вниз, другое вверх), все это обеспечивает за счет меньших потерь на трение в узлах двигателя достижение высокого коэффициента полезного действия и большой долговечности.

Предлагаемый двигатель не содержит сложных элементов, способных затруднить его массовое производство. Его применение за счет повышенных КПД и удельной мощности, отсутствия коробок передач позволит экономить топливо, уменьшить загрязнение окружающей среды.

Использование: в автомобилестроении. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания снабжен тактозадающим валом 7 и связанным с ним вспомогательным двигателем 1. Поршень 11 основного рабочего цилиндра 10 одновременно взаимодействует с рабочим 15 и тактозадающим 7 валами. Вспомогательный двигатель 1, изменяя скорость вращения тактозадающего вала 7, изменяет тем самым длительность каждого такта работы основного рабочего цилиндра 10. 6 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий по меньшей мере один рабочий цилиндр с установленным в нем поршнем, связанным с рабочим валом, компрессор и механизм газораспределения, включающий впускной и выпускной клапаны, отличающийся тем, что он снабжен тактозадающим валом и связанным с ним вспомогательным двигателем, а поршень основного цилиндра выполнен с возможностью одновременного взаимодействия с рабочим и тактозадающим валами. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что связь поршня основного цилиндра с рабочим валом выполнена в виде зубчатой рейки зубчатого колеса и размещенной внутри последнего обгонной муфты, а связь указанного поршня с тактозадающим валом выполнена в виде кулачка, закрепленного на тактозадающем валу с возможностью взаимодействия с концом штока поршня основного цилиндра, при этом зубчатая рейка выполнена на штоке поршня основного цилиндра с возможностью взаимодействия с зубчатым колесом, а обгонная муфта закреплена на рабочем валу. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что связь поршня основного цилиндра с тактозадающим валом выполнена кривошипно-шатунной, причем шатун шарнирно закреплен на штоке поршня компрессора, размещенного внутри поршня основного цилиндра, а кривошип закреплен на тактозадающем валу. 4. Двигатель по пп.1 и 3, отличающийся тем, что связь поршня основного цилиндра с рабочим валом выполнена в виде зубчатой рейки и храпового колеса с откидными собачками, причем зубчатая рейка выполнена на юбке поршня основного цилиндра с возможностью взаимодействия с откидными собачками храпового колеса, закрепленного на рабочем валу. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что связь поршня основного цилиндра с рабочим валом выполнена кривошипно-ползунной, причем кривошип установлен на рабочем валу посредством дополнительно введенной обгонной муфты, а ползун шарнирно закреплен на штоке поршня основного цилиндра. 6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что связь поршня основного цилиндра с рабочим валом выполнена в виде зубчатой рейки и храпового колеса, причем зубчатая рейка шарнирно закреплена на юбке указанного поршня и подпружинена к храповому колесу, закрепленному на рабочем валу. 7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен системой рычагов и кулачками клапанного механизма, закрепленными на тактозадающем валу, при этом один концы рычагов шарнирно связаны соответственно с впускным и выпускным клапанами, а другие выполнены с возможностью взаимодействия с соответствующими кулачками клапанного механизма.