ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПИРАМИДАЛЬНЫМ ПОРШНЕМ И СПОСОБ СЖАТИЯ ВОЗДУШНО-ТОПЛИВНОЙ СМЕСИ Российский патент 1999 года по МПК F02B33/22 

Изобретения относятся к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, коленчатый вал, камеру сгорания, впускной клапан воздушно-топливной смеси в камеру сгорания, впускной продувочный клапан сжатого воздуха, выпускной продувочный клапан, свечу зажигания, цилиндры с двухцилиндровым поршнем /патент США N 1722201, F 02 В 33/14, 1928/. В этом изобретении описан и способ сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания поршнем с помощью компрессора, объем которого разграничивается от объема камеры сгорания. Это изобретение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком изобретения является неэффективный способ использования горячих газов высокого давления и неэффективная работа двигателя внутреннего сгорания.

Задачей изобретения является более эффективное использование горячих газов высокого давления, экономия топлива и увеличение мощности двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания содержит двухцилиндровый пирамидальный поршень, находящийся в двух цилиндрах, состоящий из двух основных частей: поршня большего диаметра - стабилизатора хода - противопожарного разграничителя и рабочего поршня уменьшенного диаметра, находящегося в соответствующем цилиндре уменьшенного диаметра, рабочий объем которого позволяет создать меньше половины необходимой /расчетной/ величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания, подвод системы смазки поршневых колец рабочего поршня, расположенный в нижней части рабочего цилиндра, ниже НМТ поршневых колец рабочего поршня, общий отвод для отработанного масла и газов из камеры цилиндра поршня стабилизатора хода - противопожарного разграничителя, с накопителем загазованной смеси для газов, частично проникших из камеры сгорания через поршневые кольца рабочего поршня и с уловителем масла с масляным фильтром, через который отработанное масло попадет в картер, компрессор, который создает больше половины необходимой /расчетной/ величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания.

Поставленная задача решается также за счет того, что способ сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания, до необходимой /расчетной/ величины степени сжатия воздушно-топливной смеси рабочим поршнем и компрессором, объем которого разграничивается от объема камеры сгорания, заключается в том, что сжатие воздушно-топливной смеси в камере сгорания создают рабочим поршнем уменьшенного диаметра, находящимся в соответствующем цилиндре уменьшенного диаметра, рабочий объем которого позволяет создать меньше половины необходимой /расчетной/ величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания и компрессором, которым создают больше половины необходимой /расчетной/ величина степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания, а горячие газы высокого давления, полученные в результате сгорания сжатой воздушно-топливной смеси, воздействуют на рабочий поршень уменьшенного диаметра в соответствующем цилиндре с уменьшенным рабочим объемом, который позволяет создать меньше половины необходимой /расчетной/ величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания.

В предлагаемом изобретении - двигателе внутреннего сгорания /ДВС/ с двухцилиндровым пирамидальным поршнем, работает эффективная система использования горячих газов высокого давления, полученных в результате сгорания топлива. Горячие газы высокого давления воздействует на рабочий поршень в соответствующем цилиндре уменьшенного диаметра в соответственно уменьшенном объеме, что приводит к многократной экономии топлива, так как давление газов падает меньше на единицу пройденного пути рабочим поршнем уменьшенного диаметра из ВМТ к НМТ, чем в обычном двигателе.

В двигателе внутреннего сгорания с двухцилиндровым пирамидальным поршнем работает система с отдельным компрессором воздушно-топливной смеси и новая система отвода газов, частично проникающих из камеры сгорания через поршневые кольца рабочего поршня, что приводит к надежной и безопасной работе двигателя, отсутствию пожароопасной ситуации.

На чертеже изображено:
на фиг. 1 - двигатель внутреннего сгорания с пирамидальным поршнем, находящимся в двух соответствующих цилиндрах, с поршнем-компрессором воздушно-топливной смеси, с подводом системы смазки и с отводом отработанного масла и горячих газов. Пирамидальный поршень находится в положении - "позднее зажигание".

На фиг. 2 - пирамидальный поршень и поршень-компрессор воздушно-топливной смеси с шатунами. Поршни изображены со стороны осевой коленчатого вала, пирамидальный поршень находится в положении - "позднее зажигание".

Поршень имеет название - пирамидальный, так как он состоит из двух поршней, находящихся в двух цилиндрах, поршни имеют разные диаметры, выполняют разные функции, но представляют собой двухцилиндровый поршень, в устройстве которого соблюден принцип построения пирамиды.

Рабочий поршень пирамидального поршня еще называется "пальчиковым" поршнем, так как он имеет уменьшенный диаметр, находится в соответствующем "пальчиковом" цилиндре с уменьшенным диаметром и с соответственно уменьшенным рабочим объемом, который не позволяет самостоятельно создать необходимую /расчетную/ величину степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания работает в двухтактном режиме, и его устройство содержит: картер 1, коленчатый вал 2 с креплениями 3 осевой, состоящий из двух колен 4 и 5 /колена 4 и 5 образуют пару коленчатого вала 2/, соединенных с шатунами 6 и 7, цилиндр 8, пирамидальный поршень 9, представляющий собой одно целое, но как бы состоящий из двух основных частей: "пальчикового" поршня 10 - рабочей части пирамидального поршня 9, на днище которого воздействуют горячие газы высокого давления, и поршня 11 стабилизатора хода - противопожарного разграничителя, находящегося в цилиндре 8, выталкивающего отработанное масло и горячие газы в систему отвода, состоящую из канала 12 отвода, уловителя 13 масла с масляным фильтром 14, накопителя 15 загазованной смеси, у накопителя 15 есть выход излишней загазованной смеси. К этой цилиндропоршневой группе также относятся: поршневые кольца 16 поршня 11, шатунно-поршневой палец 17 шатуна 6, камера 18 поршня 11, поршневые кольца 19 рабочего поршня 10, подвод 20 системы смазки поршневых колец 19, впускной продувочный клапан 21, выпускной продувочный клапан 22, головка 23 цилиндра, камера 24 сгорания, впускной клапан 25 воздушно-топливной смеси в камеру 24 сгорания, поступающей по каналу 26 поступления сжатой воздушно-топливной смеси, идущего от другой цилиндропоршневой группы, содержащей: цилиндр 27, камеру 28 сжатия воздушно-топливной смеси поршня 29 компрессора, поршневые кольца 30 поршня 29 компрессора, шатунно-поршневой палец 31 шатуна 7, впускной клапан 32 воздушно-топливной смеси в камеру 28 сжатия, а также двигатель содержит свечу 33 зажигания и цилиндр 34 рабочего поршня 10.

С целью уменьшения износа пирамидального поршня 9, место размещения шатунно-поршневого пальца 17 находится выше поршневых колец 16, что приведет к более устойчивой работе пирамидального поршня 9. Шатун 6 будет несколько длинней шатуна 7. Более длинный шатун приведет к более плавной работе шатунно-поршневой группы.

На фиг. 1 - пирамидальный поршень 9 находится в положении - "позднее зажигание", в этот момент происходит воспламенение и сгорание воздушно-топливной смеси в камере 24 сгорания. Положение - "позднее зажигание" выбрано с целью уменьшения механической нагрузки на коленчатый вал 2 и шатунно-поршневую группу в момент воспламенения и сгорания воздушно-топливной смеси. Ввиду малого диаметра "пальчикового" поршня 10, степень сжатия воздушно-топливной смеси в камере 24 сгорания при этом практически не изменится. Поршень 29 компрессор воздушно-топливной смеси в этот момент находится в положении - "нормальное зажигание". Все клапаны закрыты. На днище рабочего поршня 10 воздействуют горячие газы высокого давления, пирамидальный поршень 9 и поршень 29 компрессор продолжают свой ход из ВМТ к НМТ. Часть горячих газов проникает через поршневые кольца 19 рабочего поршня 10 в камеру 18 поршня 11 стабилизатора хода - противопожарного разграничителя. В эту же камеру 18, через канал 12 отвода горячих газов и отработанного масла, но уже в обратном направлении, из накопителя 15 загазованной смеси, поступает уже охлажденная загазованная смесь от предыдущего цикла, для образования в камере 18 бескислородной среды с пониженной температурой, в целях исключения возникновения пожароопасной ситуации в камере 18, из-за воздействия горячих газов высокого давления, частично проникающих из камеры 24 сгорания в камеру 18.

Одновременно с процессом воспламенения и сгорания воздушно-топливной смеси в камере 24 сгорания открывается впускной клапан 32 воздушно-топливной смеси и воздушно-топливная смесь поступает в камеру 28 поршня 29 компрессора. При подходе пирамидального поршня 9 к НМТ открывается выпускной продувочный клапан 22 и следом открывается впускной продувочный клапан 21, продувающие камеру 24 сгорания сжатым воздухом, для ускорения процесса очищения камеры 24 сгорания. При подходе поршня 29 компрессора к НМТ закрывается впускной клапан 32 воздушно-топливной смеси.

На середине пути пирамидального поршня 9 из НМТ к ВМТ закрываются продувочные клапаны 21 и 22, открывается впускной клапан 25, через который в очищенную камеру 24 сгорания поступает сжатая воздушно-топливная смесь из камеры 28 компрессора через канал поступления сжатой воздушно-топливной смеси.

Сжатие воздушно-топливной смеси до необходимой /расчетной/ величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере 24 сгорания создается в основном - больше половины необходимой /расчетной/ величины степени сжатия, поршнем 29 компрессором воздушно-топливной смеси и частично - меньше половины необходимой /расчетной/ величины степени сжатия, рабочим поршнем 10, при движении пирамидального поршня 9 из НМТ к ВМТ.

Во время движения пирамидального поршня 9 из НМТ к ВМТ через подвод 20 включается система смазки поршневых колец 19 рабочего поршня 10, отключающаяся при обратном движении пирамидального поршня 9, ввиду проникновения горячих газов высокого давления через поршневые кольца 19 рабочего поршня 10. Во время движения пирамидального поршня 9 из НМТ к ВМТ из камеры 18 выталкивается загазованная смесь в накопитель 15 через канал 12 отвода горячих газов, в канал 12 отвода горячих газов также выталкивается отработанное масло, которое поступает через подвод 20 для смазки поршневых колец 19 рабочего поршня 10, которое через уловитель 13 масла и масляный фильтр 14 вернется в картер 1. Канал 12 отвода горячих газов и отработанного масла имеет систему охлаждения.

В момент нахождения поршня 29 компрессора в ВМТ закрывается впускной клапан 25 в камеру 24 сгорания. Все клапаны закрыты. В этот момент пирамидальный поршень 9 прошел ВМТ и находится в положении - "позднее зажигание", поршень 29 компрессор воздушно-топливной смеси находится в положении - "нормальное зажигание". Происходит воспламенение и сгорание воздушно-топливной смеси в камере 24 сгорания. Начинается новый цикл.

В процессе работа двигателя внутреннего сгорания, после прохождения четверти круга коленчатым валом 2 из ВМТ к НМТ, шатун 6 имеет максимальный рычаг воздействия на колено 4 коленчатого вала 2, но в это время рабочий поршень 10 прошел половину своего пути из ВМТ к НМТ и объем камеры 24 сгорания увеличился на половину рабочего объема цилиндра 34. Вследствие того, что цилиндр 34 имеет маленький диаметр и соответственно маленький рабочий объем, объем увеличенной, на половину рабочего объема цилиндра 34, камеры 24 сгорания возрастет меньше, чем в двигателе с обычной цилиндропоршневой группой. Пропорционально увеличению объема, уменьшится давление горячих газов на "пальчиковый" поршень 10, то есть, при максимальном рычаге воздействия шатуна 6 на коленчатый вал 2, давление горячих газов на "пальчиковый" поршень 10 будет оставаться большим, чем в двигателе с обычной цилиндропоршневой группой.

В двигателе внутреннего сгорания применен способ сжатия воздушно-топливной смеси, отличающийся тем, что сжатие воздушно-топливной смеси до необходимой /расчетной/ величины степени сжатия в камере сгорания, создают рабочим поршнем, находящимся в соответствующем цилиндре, рабочий объем которого позволяет создать меньше половины необходимой /расчетной/ величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания, и компрессором, рабочий объем которого позволяет создать больше половины необходимой /расчетной/ величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания, а горячие газы высокого давления, образовавшиеся в результате сгорания сжатой воздушно-топливной смеси, воздействуют на рабочий поршень в соответствующем цилиндре, рабочий объем которого позволяет создать меньше половины необходимой /расчетной/ величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания.

Что приводит к более эффективному использованию горячих газов высокого давления и к экономии топлива, которое расходуется для получения этих газов.

Изобретения относятся к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. В двигателе внутреннего сгорания применен двухцилиндровый пирамидальный поршень, рабочий поршень которого имеет уменьшенный диаметр, находится в соответствующем цилиндре, уменьшенный рабочий объем которого позволяет создать меньше половины необходимой (расчетной) величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания. Двигатель работает в соответствии с новым способом сжатия воздушно-топливной смеси поршнем, находящимся в цилиндре уменьшенного диаметра с уменьшенным рабочим объемом, и компрессором, которым создают больше половины необходимой (расчетной) величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания и новым способом использования горячих газов высокого давления, образовавшихся после воспламенения и сгорания сжатой воздушно-топливной смеси в камере сгорания, которые воздействуют на рабочий поршень в уменьшенном объеме цилиндра уменьшенного диаметра. В двигателе работает эффективная система использования горячих газов высокого давления в цилиндре уменьшенного диаметра с соответственно уменьшенным рабочим объемом, т. к. давление газов в таком цилиндре падает меньше на единицу пройденного поршнем пути из ВМТ к НМТ, чем в обычном двигателе, в результате чего достигается экономия топлива. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, коленчатый вал, камеру сгорания, впускной клапан воздушно-топливной смеси в камеру сгорания, впускной продувочный клапан сжатого воздуха, выпускной продувочный клапан, пирамидальный поршень, находящийся в двух цилиндрах, отличающийся тем, что пирамидальный поршень состоит из поршня стабилизатора хода - противопожарного разграничителя, выталкивающего смесь из газов и отработанного масла, и "пальчикового" поршня, находящегося в соответствующем цилиндре, рабочий объем которого позволяет создать меньше половины необходимой величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания, содержит подвод системы смазки поршневых колец "пальчикового" поршня, расположенный в нижней части соответствующего цилиндра, общий отвод для отработанного масла и газов из камеры цилиндра поршня стабилизатора хода - противопожарного разграничителя с накопителем загазованной смеси для газов, частично проникающих из камеры сгорания через поршневые кольца "пальчикового" поршня, и с уловителем масла с масляным фильтром, через который отработанное масло попадает в картер, компрессор, рабочий объем цилиндра которого позволяет создать больше половины необходимой величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания. 2. Способ сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания до необходимой величины степени сжатия воздушно-топливной смеси поршнем и компрессором, объем которого разграничивается от объема камеры сгорания, отличающийся тем, что сжатие воздушно-топливной смеси до необходимой величины степени сжатия в камере сгорания создают поршнем, находящимся в соответствующем цилиндре, рабочий объем которого позволяет создать меньше половины необходимой величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания, и компрессором, рабочий объем которого позволяет создать больше половины необходимой величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания.