ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02B23/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие камеру сгорания, снабженную свечей зажигания и соединенную через впускной клапан с впускным и выпускным трубопроводами, соответственно, канал, соединенный через выходное отверстие с камерой сгорания в зоне, противолежащей зоне расположения свечи зажигания, и механизмом выпускных каналов. (Заявка ФРГ N 576027, кл. F 02 В 17/00, 1970).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двигатель внутреннего сгорания (патент США N 3898965, кл. F 02 В 75/123), который содержит камеру сгорания, снабженную свечей зажигания, впускной канал, соединенный напрямую с камерой сгорания для подачи топлива и воздуха в камеру сгорания, выпускной канал. Двигатель имеет глушитель, конической формы, который имеет возможность входить в паз, имеющийся в верхней части поршня, при положении поршня в верхней мертвой точке, причем цилиндр, головка цилиндра, глушитель и поршень, когда поршень находится в верхнем положении, образуют вспомогательную камеру, ограниченную стенками глушителя и частично изолированную от камеры сгорания. Вспомогательная камера сгорания, соединена с камерой сгорания, т.к. стенки глушителя не прилегают плотно к боковым стенкам паза поршня, а также глушитель не прилегает плотно ко дну паза поршня, в результате чего вспомогательная камера сгорания соединена с камерой сгорания. ДВС (патент США N 3898965) имеет канал для подачи добавочного топлива во вспомогательную камеру и вспомогательный канал в головке цилиндра между вспомогательными каналом и вспомогательной камерой, который служит для контроля потока добавочного топлива, поступающего из канала во вспомогательную камеру. Глушитель выполнен в виде полого элемента конической формы круглого сечения открытого в его нижнем меньшем основании, в верхнем (большем) основании глушителя размещен подпружиненный клапан. Паз в верхней части поршня выполнен в виде полости конической формы, в которой может размещаться глушитель.

При сгорании рабочей смеси отработанные газы давят на головку цилиндра с большой силой, что может привести к преждевременному разрушению конструкции. В связи с большой температурой внутри цилиндра, при сгорании рабочей смеси шатун, который находится внутри цилиндра испытывает большие температурные колебания, что приводит к его преждевременному износу, значительно сокращает срок службы двигателя. Палец, крепящий шатун внутри поршня испытывает также температурные колебания и в результате преждевременно изнашивается, что способствует быстрейшему изнашиванию поршня и стенок цилиндра, снижая срок службы двигателя. При сгорании рабочей смеси в цилиндре кольцо поршня испытывает большую температуру, разрушая их при этом, кроме того кольца поршня несут большую нагрузку в нагретом состоянии, с силой трутся о стенки цилиндра, в результате происходит преждевременной износ колец и стенок цилиндра, в связи с этим значительно уменьшается срок службы двигателя. В данном двигателе внутреннего сгорания крепление шатуна к поршню снизу внутри поршня создает неудобства при эксплуатации и усложняет конструкцию двигателя.

Задача изобретения увеличение срока службы при одновременном упрощении конструкции двигателя.

Задача решается тем, что в конструкции двигателя внутреннего сгорания содержащего цилиндр, расположенный внутри него, систему входных и выходных отверстий, при этом отверстие для выхода продуктов сгорания расположено в зоне камеры сгорания, отличающейся тем, что с целью увеличения срока службы при одновременно упрощении конструкции двигателя, дно цилиндра выполнено в виде основания усеченной конусной стойки, размещенной во внутрь цилиндра, имеющей в верхней части кольцо (уплотнения), поверхность конусной стойки имеет возможность сопряжения с внутренней боковой поверхностью пустотелого поршня, образуя при этом камеру сгорания, ограниченную внутренней поверхностью верхней части пустотелого поршня и внутренней поверхностью усеченного основания конусной стойки, в котором размещены свеча зажигания и клапан для выхода отработанных газов, кроме того отверстие для ввода рабочей смеси в камеру сгорания расположено в боковой поверхности цилиндра непосредственно у его дна, а шатун соединен с наружным основанием поршня.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания отличается от прототипа тем, что дно цилиндра состоит из основания и усеченной конусной стойки. При этом поршень выполнен пустотелым, имеющим возможность в крайнем нижнем положении сопрягаться своей внутренней поверхностью с внутренней боковой поверхностью стойки цилиндра (части дна цилиндра) и основанием дна цилиндра, образуя при этом камеру сгорания. При этом впускной клапан расположен в боковой поверхности цилиндра, а выпускной и свеча зажигания расположены в основании стойки цилиндра. При этом шатун закреплен в верхней части поршня снаружи вверху поршня, что позволяет сделать вывод о новизне заявляемого объекта.

По источникам научно-технической и патентной информации не известны конструкции ДВС, имеющие одну камеру сгорания, образованную внутренней поверхностью пустотелого поршня и внутренней поверхностью основания стойки цилиндра, что в свою очередь дает возможность увеличить срок службы ДВС, так как такая конструкция ДВС позволяет обеспечить крепление шатуна сверху поршня, что дает возможность уменьшить размеры шатуна. Расположение камеры сгорания внутри пустотелого поршня приводит к меньшему нагреву стенок цилиндра и обеспечивает естественное охлаждение дна цилиндра и самого поршня, и резко снижает требования к принудительному охлаждению (дополнительным средствам охлаждения), что в целом увеличивает срок службы. Вышесказанное позволяет сделать вывод о наличии существенных отличий заявляемого объекта.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого двигателя.

Двигатель имеет цилиндр 1, дно которого выполнено в виде основания усеченной конусной стойки 2, в верхней части которой имеется кольцо 3 и верхняя поверхность которой служит основанием камеры сгорания 4, которая образована внутренней поверхностью поршня 5 и внутренней поверхностью конусной стойки 2. Поршень 5 пустотелый, пустотелость имеет коническую форму. Поршень 5 своим основанием также прилегает к внутренней части основания 6 дна цилиндра. В верхней части поршня 5 внутри имеется буртик 7 небольшой величины, который в сечении имеет, например, форму треугольника, улучшающего смесеобразование. В боковой части цилиндра 1 внизу у самого основания имеется впускное отверстие 8 с клапаном 9. В основании камеры 4 сгорания в верхней части стойки 2 цилиндра 1 имеется свеча зажигания 10 и отверстие 11 для вывода отработанных продуктов сгорания с клапаном 12. В боковой части цилиндра 1 на расстоянии 1/3 цилиндра от основания имеется окно 13 для выхода отработанных газов.

Впускное отверстие 8 соединено с трубопроводом 14, через который впускается рабочая смесь в цилиндр 1. В нижней части поршня 5 имеется кольцо 15 уплотнения, которое при работе поршня 5 не дает возможности преждевременного выхода отработанным газам. В верхней части поршня 6 имеется выступ 16, к которому крепится шатун 17, который соединен с механизмом 18.

Опускаясь в нижнюю мертвую точку, которая в данном двигателе является сжатием, поршень 5 перекрывает окно 13 выхода отработанных газов. Поршень 5 опускается вниз при этом прилегает внутренней боковой поверхностью к внутренней боковой поверхности стойки 2, имеющей уплотнительное кольцо 3 цилиндра 1 и сжимает рабочую смесь. Значительный объем рабочей смеси концентрируется в момент нижней мертвой точки в камере 4 сгорания. В момент нахождения поршня 5 в нижней мертвой точке, клапан 9 во впускном отверстии 8 закрыт (кроме того, впускное отверстие 8 в этот момент перекрыто поршнем 5), а в свече 10 возникает искра, в результате чего в камере 4 сгорания происходит взрыв, и газы давят на поршень 5, поднимая его вверх. Поршень 5 поднимается вверх, приводя в действие механизм 18 через шатун 17. В момент достижения поршнем 5 верхней мертвой точки окно 13, через которое уходят отработанные газы, открыто. Через впускное отверстие 8 и клапан 9 впускается рабочая смесь по трубопроводу 14. Поршень 5 опускается в нижнюю мертвую точку, сжимая рабочую смесь, концентрируя ее в камере 4 сгорания. Подается искра, происходит взрыв, и процесс повторяется.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания отличается от существующего своей конструкцией цилиндра и поршня. При работе двигателя значительно уменьшается трение поршня о цилиндр в связи с тем, что поршневое кольцо, внешняя поверхность поршня и внутренняя поверхность цилиндра подвергаются меньшему температурному воздействию по сравнению с прототипом. Значительное уменьшение трения увеличивает срок службы ДВС. Расположение шатуна в верхней части поршня также увеличивает его срок службы и двигателя в целом. Предлагаемая конструкция двигателя внутреннего сгорания упрощает значительно двигатель. Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания прост в эксплуатации. Конструкция цилиндра и поршня значительно упрощает двигатель. Прилегание внутренней боковой поверхностью поршня 5 к внутренней боковой поверхности стойки 2 обеспечивает ему надежность и долговечность. В заявляемом ДВС в связи с наличием стойки 2 цилиндра 1 и выполнением поршня 5 пустотелым имеется возможность стенкам цилиндра 1 значительно меньше нагреваться (только за счет теплопроводности), а это способствует лучшему охлаждению поршня, а, следовательно, и увеличению срока службы как поршня 4, так и цилиндра 1 ДВС в целом. В предлагаемом ДВС стенки цилиндра принимают меньшую температуру, т. к. высокотемпературному воздействию подвержены внутренняя поверхность верхней части поршня и основания стойки 2 цилиндра и дальше боковая поверхность стойки 2 цилиндра 1, при этом стенки цилиндра воспринимают меньшую температуру. В предлагаемом ДВС боковые внутренние стенки цилиндра не имеют непосредственного контакта с зоной высокой температуры, что создает более выгодные условия для охлаждения поршня. В предлагаемом ДВС цилиндр нагревается значительно только в нижней части, именно в основании стойки 2. Боковая же поверхность ее (стойки 2 цилиндра 1) и нижняя часть цилиндра 1 нагревается только отработанными газами, образующимися при сгорании рабочей смеси. В предлагаемом ДВС поршень 5 в верхней части при поднятии вверх его имеет возможность охлаждаться естественным путем, т.е. он не находится в зоне высокой температуры, а находится в зоне естественного охлаждения. Кроме того, поршень имеет возможность охлаждаться с внешней стороны боковой поверхности через боковую поверхность стенки цилиндра 1 в результате того, что стенки цилиндра в этом месте охлажденные и не имеют нагрева, т.к. камера сгорания образуется внутренней поверхностью пустотелого поршня 5 и основанием площади дна стойки 2 цилиндра 1, где происходит сгорание рабочей смеси. Следует отметить, что заявляемая конструкция ДВС не требует какого-либо специального охлаждения. В данной конструкции может быть применена обычная система охлаждения.

В ДВС (патент США N 3898965) поршень, опускаясь, т.е. занимая позицию изображенную на фиг.5, попадает в неохлажденную естественным путем часть цилиндра, т.к. внутри цилиндра полностью проходит зона высоких температур, нагревая при этом цилиндр полностью. В ДВС (патент США N 3898965) при сгорании рабочей смеси нагревается верхняя поверхность 26 поршня (фиг. 1 поверхность 26, глушитель 22 и внутренняя часть поршня в полости 24 поршня), стенки и дно со стороны полости (фиг. 1 5, также фиг.1 полость 24 и фиг.2 4 соответственно 26,22,24). Таким образом поршень ДВС патент США 3898965 испытывает большое температурное воздействие со всех сторон. Кроме того, во всех тактах он проходит зону высокой температуры, внешней поверхностью касаясь нагретых стенок цилиндра. Так, при повторном прохождении перед всасыванием поршень проходит вторично зону высоких температур, принимая на себя при этом еще тепло глушителя 22, который находится внутри цилиндра непосредственно в районе камеры сгорания при поднятии поршня в верх входит в его полость 24 (фиг. 2 и пр. ) Это повторяется и при сжатии, в этот момент поршень также проходит зону высокой температуры, глушитель 22 также входит в полость 24 и также отдает свое тепло поршню. При этом, при повторном сжатии поршень, находясь в зоне высокой температуры, принимая тепло от глушителя 22, нагревается дополнительно, что способствует при воспламенении рабочей смеси более значительному его нагреву. Таким образом верхняя часть поршня, да и сам поршень, постоянно находятся в зоне большой температуры и, следовательно, он постоянно сильно нагрет и нагрев его постоянно увеличивается, что при отсутствии естественного охлаждения требует обязательного создания системы эффективного принудительного охлаждения, учитывающей наличие дополнительных (глушитель) источников тепла. Кроме того, в ДВС (патент США N 3898965) значительно нагревается головка цилиндра, как от сгорания рабочей смеси, так и от проходящих горячих отработанных газов, проходящих через выпускной клапан 60, что способствует также дополнительному нагреву цилиндра, а, следовательно, и поршня.

В предлагаемом ДВС верхняя часть (соединенная с шатуном 17) не находится в зоне постоянно высокой температуры и, следовательно, верхняя часть внутренней стороны поршня, которая нагревается при сгорании рабочей смеси в камере сгорания, имеет возможность охлаждаться естественным путем. В предлагаемом ДВС внутренняя часть поршня нагревается не больше, чем поршень в существующих ДВС в верхней поверхности. В предлагаемом ДВС, нагреваясь внутри, поршень имеет возможность охлаждаться с внешней стороны и с верхней стороны (фиг. 1), т. к. цилиндр в верхней части нагревается в значительно меньшей степени (только за счет теплопроводности металла) поскольку камера сгорания находится внутри поршня. В предлагаемом ДВС боковые внутренние стенки цилиндра 1 не имеют непосредственного контакта с зоной высокой температуры, что создает более выгодные условия для охлаждения поршня, а следовательно, и увеличения срока службы как поршня 5, так и цилиндра 1, и ДВС в целом.

В предлагаемом ДВС верхняя часть поршня (соединенная с шатуном 17) не находится в зоне постоянной высокой температуры и имеет возможность охлаждаться естественным путем. Шатун 17, закрепленный в верхней части поршня за выступ, также не находится в зоне высокой температуры, и, кроме того, имеет возможность охлаждаться естественным путем (фиг.1), что увеличивает его срок службы и ДВС в целом.

Исходя из вышеизложенного следует, что механизм от шатуна нагревается меньше, чем в прототипе, что в предлагаемом ДВС увеличивается срок службы шатуна, механизма и ДВС в целом.

В прототипе и в существующих ДВС шатун закреплен внутри поршня и не имеет возможности охлаждаться естественным путем, и вместе с поршнем проходит зону высоких температур при всех тактах, что увеличивает его нагрев, а, следовательно, через него и увеличивается его нагрев а, следовательно, через него и увеличивается нагрев механизма, что приводит к быстрому изнашиванию как шатуна, так и механизма, и двигателя внутреннего сгорания в целом.

В предлагаемом двигателе внутреннего сгорания технологичность изготовления конструктивных элементов проще по сравнению с конструкцией существующих двигателей внутреннего сгорания.

Это способствует упрощению заявляемого двигателя внутреннего сгорания. Конструкция заявляемого двигателя внутреннего сгорания позволяет упростить конструктивное выполнение соединения, например, поршня 5 с шатуном 17, так как у существующих двигателей внутреннего сгорания шатун крепится к поршню, к стенкам поршня внутри поршня, а в предлагаемом двигателе внутреннего сгорания шатун крепится к поршню сверху, но не внутри поршня. В предлагаемом двигателе внутреннего сгорания конструкция камеры сгорания 4 дает возможность выполнить шатун 17 короче, что в свою очередь позволяет увеличить его срок службы и двигателя внутреннего сгорания в целом.

Из сказанного выше можно заключить, что срок службы предлагаемого двигателя внутреннего сгорания увеличивается при одновременном упрощении двигателя.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: устройство содержит цилиндр 1, дно которого выполнено в виде основания усеченной конусной стойки 2, в верхней части которой имеется кольцо 3 и верхняя поверхность которого служит основанием камеры сгорания 4, которая образована внутренней поверхностью поршня 5 и внутренней поверхностью конусной стойки 2. Поршень 5 пустотелый. Пустотелость имеет коническую форму. Поршень 5 своим основанием прилегает к внутренней части основания 6 дна цилиндра. В верхней части поршня 5 внутри него имеется буртик 7. В боковой части цилиндра 1 у самого основания имеется впускное отверстие 8 с клапаном 9. В основании камеры сгорания 4 в верхней части конусной стойки 2 цилиндра 1 имеется свеча зажигания 10 и отверстие 11 для выхода отработанных продуктов сгорания с клапаном 12. В основной части цилиндра 1 имеется окно 13 для выхода отработанных газов. Впускное отверстие 8 соединено с трубопроводом 14, через который впускается рабочая смесь в цилиндр 1. В нижней части поршня 5 имеется кольцо уплотнения 15, которое при работе поршня 5 не дает возможности преждевременного выхода отработанных газов. В верхней части поршня 5 имеется выступ 16, к которому крепится шатун 17, соединенный с механизмом 18. Изобретение обеспечивает увеличение срока службы при одновременном упрощении конструкции двигателя. 1 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, расположенный внутри него, систему входных и выходных отверстий, при этом отверстие для выхода продуктов сгорания расположено в зоне камеры сгорания, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока слубжы при одновременном упрощении конструкции двигателя, дно цилиндра выполнено в виде основания с усеченной конусной стойкой, размещенной внутри цилиндра, имеющей в верхней части кольцо (уплотнение), при этом внутренняя боковая поверхность конусной стойки имеет возможность сопряжения с внутренней боковой поверхностью пустотелого поршня, образуя при этом камеру сгорания, ограниченную внутренней поверхностью верхней части пустотелого поршня и внутренней поверхностью усеченного основания конусной стойки, в которой размещены свеча зажигания и клапан для выхода отработанных газов, кроме того, отверстие для ввода рабочей смеси в камеру сгорания расположено в боковой поверхности цилиндра непосредственно у его дна, а шатун соединен с наружным основанием поршня.