ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02B75/32 F02B75/24 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при создании двигателя с повышенным термическим коэффициентом полезного действия (КПД).

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере два оппозитно установленных цилиндра, поршни, системы газораспределения и питания, и преобразователь возвратно-поступательного движения во вращательное движение вала, выполненный в виде планетарной зубчатой передачи, содержащей неподвижное солнечное колесо два сателлита, закрепленные на водиле и соединенные с кривошипами, причем водило закреплено на выходном валу (патент Франции N 640910, кл. F 02 В 75/32, 1928).

Известный двигатель имеет недостаточно высокий термический КПД и сложную конструкцию.

Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере два оппозитно установленных цилиндра, поршни, системы газораспределения и питания, и преобразователь возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала, выполненный в виде планетарной зубчатой передачи, содержащей неподвижное солнечное колесо и два сателлита, закрепленные на водиле и соединенные с кривошипами, водило закреплено на выходном валу, причем кривошипы соединены с кулисами, к которым с помощью штоков прикреплены поршни. Количество зубьев солнечного колеса и сателлитов могут относиться как 2:1, а система газораспределения может быть снабжена дополнительным клапаном и дополнительным патрубком, соединяющим полость цилиндра с атмосферой.

На фиг. 1 показана схема заявляемого двигателя; на фиг. 2 вид А-А на фиг. 1; на фиг. 3 траектория движения кривошипа; на фиг. 4 приведен график рабочего цикла заявляемого двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 ( фиг. 1) в котором размещены цилиндры 2 с поршнями 3. Поршень 3 через шток 4 соединен с кулисой 5. Ползун 6, установленный в кулисе 5, шарнирно соединен с кривошипом 7, который соединен с сателлитом 8, закрепленным на водиле 9, и находится в зацеплении с солнечным колесом 10. В головке цилиндра 2 размещены впускной патрубок 11, выпускной патрубок 12, атмосферный патрубок 13 и соответствующие клапаны 14 16.

При вращении водила 9 сателлиты 8 перекрываются по неподвижному колесу 10 и кривошип 7 описывает в плоскости вращения эпициклоиду ( фиг. 2 ). Размер "а" эпициклоиды соответствует тактам впуска и сжатия, размер "б" тактам расширения и выпуска. Размер "а" и "б" соотносятся как 1:8. Эпициклоида имеет две узловых точки "в" и "г".

Заявляемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Цикл работы двигателя состоит из четырех тактов впуск, сжатие, расширение, выпуск. При впуске клапан 14 открыт и рабочая смесь по патрубку 11 подается в цилиндр 2, поршень 3 движется вниз и через шток 4, кулису 5, ползун 6, кривошип 7 и сателлит 8 вращает водило 9, а вместе с ним вращается выходной вал. При достижении нижней мертвой точки "в" цикл "впуск" ( фиг. 2 ) клапан 14 закрывается, поршень 3 идет вверх, осуществляя цикл "сжатия". После достижения поршнем верхней мертвой точки и поджигания рабочей смеси поршень 3 идет вниз, осуществляя цикл "расширение". При этом, ход поршня в 8 раз больше, чем при сжатии. Когда поршень 3 подходит к нижней мертвой точке траектории "д" ( фиг. 2 ) и давление в цилиндре падает ниже атмосферного, под действием разности давления открывается клапан 15 и давление внутри цилиндра выравнивается с атмосферным, что предотвращает потери энергии на отрицательную работу. Пройдя нижнюю мертвую точку "д", поршень 3 идет вверх, клапан 16 открывается и отработанные газы выпускаются через патрубок 12. После этого цикл повторяется. Во втором цилиндре происходят те же процессы со сдвигом на 180^o.

Различия в величине хода поршня при тактах впуска и сжатия по сравнению с тактами расширения и выпуска позволяют полностью использовать давление газов в цилиндре для совершения механической работы. Термический КПД повышается до 85% что позволяет более чем в три раза снизить расход топлива, сделать не нужными систему охлаждения и глушения, так как практически все тепло преобразуется в работу, поэтому не требуется отвода лишнего тепла и процесс можно назвать адиабатическим. Выпуск отработанных газов производится при давлении близком к атмосферному.

За основу рабочего цикла двигателя принят цикл Отто ( фиг. 3 ). Отрезок графика "1-2" соответствует такту "впуск", "2-3" "сжатие", "3-4" -"горение рабочей смеси", "4-5" "расширение", "5-6" "выравнивание давления внутри цилиндра с атмосферным", "6-1" "выпуск". Отличие от цикла Отто заключается в наличии отрезка "5-6", что предотвращает совершение отрицательной работы при снижении давления внутри цилиндра ниже атмосферного ( это происходит при малой подаче рабочей смеси ). При увеличении порции рабочей смеси длина отрезка"5-6" уменьшается, а при подаче максимального количества смеси точки 5 и 6 совмещаются. Наличие отрезка "5-6" в графике рабочего цикла двигателя обеспечивается введением воздушного патрубка 13 и клапана 15 ( фиг. 1 ).

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания, содержит по меньшей мере два оппозитно установленных цилиндра 2, поршни 3, преобразователь возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала, систему газораспределения и питания. Преобразователь возвратно-поступательного движения поршней во вращения вала выполнен в виде планетарной зубчатой передачи, содержащей неподвижной солнечное колесо 10 и два сателлита 8, закрепленные на водиле 9 и соединенные с кривошипом 7. Количество зубьев солнечного колеса 10 планетарной зубчатой передачи и сателлитов 8 относится как 2:1. Система газораспределения снабжена дополнительным патрубком 13 и дополнительным клапаном 16, соединяющими полость цилиндра 2 с атмосферой. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере два оппозитно установленных цилиндра, поршни, системы газораспределения и питания и преобразователь возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала, выполненный в виде планетарной зубчатой передачи, содержащей неподвижное солнечное колесо и два сателлита, закрепленных на водиле и соединенных с кривошипами, причем водило закреплено на выходном валу, отличающийся тем, что кривошипы шарнирно соединены с кулисами, к которым с помощью штоков прикреплены поршни. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что количество зубьев солнечного колеса планетарной зубчатой передачи и сателлитов относятся как 2:1. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система газораспределения снабжена дополнительным клапаном и дополнительным патрубком, соединяющим полость цилиндра с атмосферой.