БЕСШАТУННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F01B7/18 F02B33/14 

Изобретение относится к двигателестроению и касается усовершенствования бесшатунных двигателей внутреннего сгорания ДВС.

Наиболее близким к изобретению является бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, два оппозитных ступенчатых цилиндра, два ступенчатых поршня, жестко соединенных штоком между собой и расположенных в цилиндрах с образованием рабочей и воздушной камер в каждом цилиндре, и вал отбора мощности, посредством бесшатунного механизма привода, соединенный с поршнями.

Недостатками данного двигателя являются низкий КПД, невысокие мощность и экономичность, шум при работе.

Задачей изобретения является повышение КПД, мощности, экономичности, снижение шума при работе.

Поставленная задача решается за счет того, что поршни выполнены с дополнительными ступенями, расположенными в цилиндрах с образованием дополнительной рабочей камеры в каждом цилиндре с возможностью обеспечения четырехтактного цикла. Причем объемы всех рабочих камер равны, объем каждой воздушной камеры превышает объем рабочей камеры в четыре раза, а две рабочие камеры одного цилиндра сообщены с одной воздушной камерой противолежащего цилиндра.

За счет этих усовершенствований обеспечивается "продолженное расширение" и "продольное догорание" с параллельным увеличением количества тактов "рабочий ход". При этом каждому обороту вала соответствует два такта "рабочий ход". Кроме того, отработавшие выхлопные газы не выбрасываются в атмосферу, а предварительно поступают в воздушные камеры не только для использования процесса "продолженного догорания", но и для одновременного использования процесса "продолженного расширения" и получения дополнительной мощности, с исключением потерь на дополнительную систему глушения шума.

На фиг. 1 представлена схема двигателя, продольный разрез; на фиг. 2 - схема работы бесшатунного механизма.

Четырехтактный бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит размещенный в корпусе 1 бесшатунный механизм, состоящий из коленчатого вала 2 и эксцентрика-кривошипа 3, расположенного в направляющих 1 крейцкопфа 4, который через шток 5 жестко связывает между собой два интегральных поршня 6 и 7, каждый из которых одновременно работает в трех отдельных камерах, двух рабочих 8, 9 или 10, 11 и одной воздушной 12 или 13. С целью герметизации камер каждый поршень 6 и 7 снабжен тремя комплектами компрессионно-маслосъемных колец 14. для исключения попадания воспламеняющейся рабочей смеси в рабочие камеры 8, 9, 10, 11 и повреждения поверхности зеркала этих камер, в их основании установлены комплекты компрессионно-маслосъемных колец 15, подобные поршневым, но с внутренней рабочей поверхностью, облегающей поршни 6 и 7. Каждая рабочая камера 8, 9, 10 или 11 имеет органы 16 и 17 впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов. Воздушные камеры 12 и 13 имеют органы 18 и 19 впуска и выпуска отработавших газов, поступающих из рабочих камер 8, 9, 10 и 11 по газоотводным каналам, направленным по касательной к воздушным камерам 12 и 13. масло для смазки узлов двигателя находится в картере 20.

Четырехтактный бесшатунный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При совершении штоко-поршневыми узлами одного цикла возвратно-поступательного движения кривошип 3 совершает полный оборот против часовой стрелки, коленчатый вал 2 также совершает полный оборот, но по часовой стрелке, крутящий момент при этом снимается с коленчатого вала 2. Для смазки бесшатунного и газораспределительного механизмов масло из картера 20 двигателя под давлением подается по каналам коленчатого вала 2, кривошипа 3, крейцкопфа 4 и механизма газораспределения. Смазка зеркала рабочих 8, 9, 10, 11 и воздушных 12, 13 камер и одновременно их охлаждение этим маслом, а также охлаждение днища поршней 6, 7 в каждой камере осуществляется через каналы в штоке 5 методом разбрызгивания.

Рабочие такты двигателя протекают следующим образом.

При совершении в рабочей камере 8 такта "Рабочий ход" в противолежащей рабочей камере 10 протекает такт "Выпуск" отработавших газов, которые по газоотводному каналу выпариваются в противолежащую воздушную камеру 12 через органы впуска 18, где за счет перемещения поршня 6 создается разрежение и куда параллельно отработавшим газам поступает порция воздуха из атмосферы. В рабочей камере 9 в этот момент протекает такт "Впуск" свежей рабочей смеси, а в рабочей камере 11 такт "Сжатие" рабочей смеси.

Таким образом, за каждые полоборота коленчатого вала 2 совершается полный цикл работы четырехтактного двигателя, т.е. каждому обороту коленчатого вала 2 соответствует два такта "Рабочий ход".

Горящие отработавшие газы из рабочих камер 8 и 9 по газоотводным каналам поступают только в противолежащую воздушную камеру 13, а отработавшие выхлопные газы из рабочих камер 10 и 11 только в воздушную камеру 12, где они, расширяясь, за счет разности объемов рабочих 8, 9, 10, 11 и воздушных 12, 13 камер смешиваются с порцией воздуха, догорают и откуда догоревшие и расширившиеся выхлопные газы принудительно выбрасываются в атмосферу через органы выпуска 19.

Для выполнения процесса "Продолженного догорания" отработавших газов и уменьшения в них количества вредных окислов, т.е. получения практически безвредных для здоровья человека и окружающей среды выхлопных газов, необходимо порцию горящих отработавших газов, поступившую через газоотводные каналы и орган впуска 18 в воздушную камеру 12 или 13, смешивать с порцией воздуха из атмосферы, равной объему рабочей камеры и поступающей в воздушную камеру 12 или 13, либо в момент разрежения в ней при такте "Впуск" через третий впускной клапан, либо методом впрыска под избыточным давлением.

Процесс "Продолженного расширения" отработавших газов в воздушных камерах 12 и 13 протекает совместно с процессом "Продолженного догорания".

Выхлопные газы, вырываясь из рабочих камер 8, 9, 10 и 11 со сверхзвуковой скоростью при давлении 6-7 атм, через органы впуска 18 поступают в четыре раза большую по объему воздушную камеру 12 или 13 в момент впуска в нее, где смешиваются с порцией воздуха и расширяются до давления менее критического, т.е. давление менее 1,86 атм, при котором прекращается прослушиваться шум от работающего двигателя. В момент такта "Выпуск" из воздушных камер 12 или 13 расширившиеся и догоревшие выхлопные газы принудительно выбрасываются в атмосферу через органы выпуска 19 бесшумными и очищенными от вредных примесей.

Но выхлопные газы в воздушных камерах 12 и 13 совершают полезную работу, действуя на поршень 6 или 7 при расширении от 6-7 атм до менее 1,86 атм, совместно с тактом "Рабочий ход" в рабочих камерах 8, 9, 10 или 11 и влияют на увеличение мощности двигателя.

Использование: в двигателестроении при проектировании бесшатунных ДВС. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус, два оппозитных ступенчатых цилиндра, два ступенчатых поршня, жестко соединенных штоком между собой и расположенных в цилиндрах с образованием рабочей и воздушной камер в каждом цилиндре, и вал отбора мощности, посредством бесшатунного механизма привода соединенный с поршнями; последние выполнены с дополнительными ступенями, расположенными в цилиндрах с образованием дополнительной рабочей камеры в каждом цилиндре с возможностью обеспечения четырехтактного цикла. Причем объемы всех рабочих камер равны, объем каждой воздушной камеры превышает объем рабочей камеры в четыре раза, а две рабочие камеры одного цилиндра сообщены с одной воздушной камерой противолежащего цилиндра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, два оппозитных ступенчатых цилиндра, два ступенчатых поршня, жестко соединенных штоком между собой и расположенных в цилиндрах с образованием рабочей и воздушной камер в каждом цилиндре, и вал отбора мощности, посредством бесшатунного механизма привода соединенный с поршнями, отличающийся тем, что поршни выполнены с дополнительными ступенями, расположенными в цилиндрах с образованием дополнительной рабочей камеры в каждом цилиндре с возможностью обеспечения четырехтактного цикла. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что объемы всех рабочих камер равны, а объем каждой воздушной камеры превышает объем рабочей камеры в четыре раза. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что две рабочие камер одного цилиндра сообщены с одной воздушной камерой противолежащего цилиндра.