ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02B23/00 

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в одно- и многоцилиндровых двигателях при расположении цилиндров в ряд, V-образно, веерообразно, звездообразно, ином расположении.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, верхнюю и нижнюю крышки с топливоподающими форсунками, камеру сгорания и поршень двойного действия. Цилиндр и поршень в поперечном сечении, перпендикулярном оси цилиндра, выполнены круглыми (авт. свид. СССР 1263894, F 02 В 75/00, опубл. 1986).

Известен также четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием (авт. свид. СССР 877098, F 02 B 23/08, опубл. 1981). Двигатель содержит по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, камеру сгорания, впускной и выпускной клапаны, расположенные наклонно к оси цилиндра, и турбулизирующую камеру, размещенную под впускным клапаном. Цилиндр и поршень в поперечном сечении выполнены круглыми. Днище поршня выполнено сферическим. В двигателе улучшено наполнение камеры сгорания рабочей смесью и улучшена ее очистка от отработавших газов, что повышает КПД двигатеая. Однако двигатель конструктивно сложный из-за наличия турбулизирующей камеры и наклонного расположения клапанов.

Конструктивно проще выполнен известный двигатель внутреннего сгорания с улучшенным процессом сгорания топливной смеси и высоким КПД, описанный в авт. свид. СССР 729374, F 02 В 23/08, опубл. 1980. Двигатель содержит цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку блока с впускными и выпускными каналами и камеру сгорания, размещенную в головке блока. Камера сгорания выполнена в виде овала неправильной формы с поверхностями вытеснения, прилегающими к впускному и выпускному каналам. Большая ось овала равна диаметру цилиндра.

Площади поверхностей вытеснения, прилегающие к впускному и выпускному каналам, выполнены в соотношении 2:1. Цилиндр и поршень в поперечном сечении выполнены круглыми.

Этот и другие вышеописанные двигатели имеют общие недостатки, а именно малую мощность, приходящуюся на единицу массы, и большие габариты, что снижает экономичность двигателей.

Известен двигатель внутреннего сгорания с термодинамическим циклом, осуществляющимся в двух цилиндрах (авт. свид. СССР 1606721, F 02 В 75/20, опубл. 1990). Он содержит два цилиндра с размещенными в них поршнями. Оба цилиндра образованы в одной гильзе, разделенной на две части продольной перегородкой, установленной по оси гильзы. В поперечном сечении цилиндры и размещенные в них поршни имеют форму сегментов. К цилиндрам примыкают камеры сгорания, сообщающиеся между собой посредством канала, выполненного в перегородке. Один поршень сопряжен с коленчатым валом через шатун. Второй поршень сопряжен с коленчатым валом через прицепной шатун, шарнирно соединенный с первым шатуном. Двигатель выполнен с четным числом цилиндров, обращенных друг к другу своими плоскими поверхностями, и имеет сообщающиеся между собой камеры сгорания, а также шатун и прицепной шатун, что сужает вариантность компоновок двигателя и уменьшает мощность, отнесенную к его массе.

Наиболее близким к заявленному решению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем и камеру сгорания, причем цилиндр и поршень в поперечном сечении выполнены эллипсообразными, а камера сгорания в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, выполнена эллипсообразной на длине больше половины ее периметра (см. патент США 4384554, F 16 J 15/09, 1983 г.).

Недостаток известного двигателя заключается в недостаточной мощности, отнесенной к массе двигателя.

Задача изобретения состоит в том, чтобы расширить вариантность компоновок двигателя и увеличить мощность, отнесенную к его массе.

Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем и камеру сгорания, причем цилиндр и поршень в поперечном сечении выполнены эллипсообразными, а камера сгорания в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, выполнена эллипсообразной на длине больше половины ее периметра, согласно изобретению на линии, параллельной большой оси эллипсообразной части камеры сгорания, установлены впускной и выпускной клапаны.

Эллипсообразное поперечное сечение цилиндра обладает симметричностью в двух взаимно перпендикулярных направлениях относительно большой и малой оси эллипса, а также имеет плавно вытянутую форму, что позволяет использовать эллипсообразные цилиндры как в одноцилиндровых, так и в многоцилиндровых двигателях при разном числе и расположении цилиндров, в шатунных и бесшатунных двигателях. Масса и габариты двигателя при этом могут быть уменьшены, а мощность, отнесенная к массе, увеличена.

Например, при расположении цилиндров в прямой ряд с ориентированием малых осей эллипсов в направлении длины блока цилиндров и коленчатого вала уменьшаются длины блока цилиндров, коленчатого и распределительного валов, опорных и шатунных подшипников, что приводит к снижению массы двигателя и соответствующему увеличению мощности, отнесенной к массе.

При V-образном, веерообразном, звездообразном и ином расположении цилиндров эллипсообразной формы уменьшаются развал цилиндров и габариты двигателя, что позволяет разместить в заданных габаритах дополнительные цилиндры и увеличить мощность двигателя, отнесенную к массе.

Эллипсообразная форма камеры сгорания на длине больше половины ее периметра позволяет увеличить площади впускного и выпускного отверстий при их расположении вдоль большой оси эллипса, улучшить и ускорить заполнение камеры сгорания горючей смесью, улучшить и ускорить очистку камеры сгорания от отработавших газов, что повышает мощность двигателя.

Два примера выполнения двигателя внутреннего сгорания представлены на чертежах, где на фиг.1 изображен шатунный двигатель внутреннего сгорания с рядным расположением цилиндров, в разрезе; на фиг.2 - совмещенные сечения А-А и Б-Б; на фиг.3 - бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с веерообразным расположением цилиндров, в разрезе; на фиг.4 - совмещенные сечения В-В и Г-Г.

Шатунный двигатель внутреннего сгорания с рядным расположением цилиндров содержит эллипсообразные цилиндры 1, установленные параллельно в блоке 2, эллипсообразные поршни 3, камеры сгорания 4 с впускными 5 и выпускными 6 отверстиями, впускные 7 и выпускные 8 клапаны, распределительные валы 9, шатуны 10 и коленчатый вал 11. Блок 2 имеет длину "а".

Поперечные сечения эллипсообразного цилиндра 1, эллипсообразного поршня 3 и камеры сгорания 4 имеют совпадающие по направлениям большую и малую оси O₁ и О₂.

Бесшатунный двигатель с веерообразным расположением цилиндров содержит эллипсообразные цилиндры 12, установленные с развалом "б", эллипсообразные поршни 13, камеры сгорания 14 с впускными 15 и выпускными 16 отверстиями, впускные 17 и выпускные 18 клапаны, распределительные валы 19, штоки 20, планетарный вал 21, направляющие 22 и коленчатый вал 23. Эллипсообразные цилиндр 12, поршень 13 и часть камеры сгорания 14 имеют совпадающие по направлениям большую и малую оси O₁ и О₂.

Шатунный двигатель компонуют, располагая эллипсообразные цилиндры 1 малыми осями О₂ вдоль длины блока 2, в результате чего его длина уменьшается. Уменьшаются длины коленчатого 11 и распределительных 9 валов и опорных подшипников (на чертеже не показаны). Масса двигателя уменьшается, а его мощность, отнесенная к массе, увеличивается.

Бесшатунный двигатель компонуют, располагая эллипсообразные цилиндры 12 радиально по отношению к коленчатому валу 23, ориентируя большие оси О_т эллипсов параллельно коленчатому валу 23. При этом развал "б" уменьшается в сравнении с обычно используемыми круглыми цилиндрами равного рабочего объема. Уплотненное расположение эллипсообразных цилиндров 12 позволяет разместить увеличенное число эллипсообразных цилиндров 12 в заданных габаритах двигателя, что повышает его мощность.

Эллипсообразная форма камер сгорания 4 и 14 на длине больше половины ее периметра, впускные и выпускные отверстия 5, 6, 15, 16, впускные и выпускные клапаны 7, 8, 17, 18, расположенные на линии? параллельной большой оси O₁, уменьшают динамическое сопротивление перетеканию газов и улучшают газообменные процессы. В результате увеличивается наполнение камер сгорания 4 и 14 свежей топливной смесью и происходит более полное освобождение камер сгорания 4 и 14 от отработавших газов. Мощность двигателя при этом повышается.

Изобретение может быть использовано в одно- и многоцилиндровых поршневых двигателях при расположении цилиндров в ряд, V-образно, веерообразно или звездообразно. Двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем и камеру сгорания. Цилиндр и поршень в поперечном сечении выполнены эллипсообразными. Камера сгорания в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, выполнена эллипсообразной на длине больше половины ее периметра. На линии, параллельной большой оси эллипсообразной части камеры сгорания, установлены впускной и выпускной клапаны. Технический результат заключается в расширении вариантов компоновки двигателя и увеличении мощности, отнесенной к массе двигателя. 4 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем и камеру сгорания, причем цилиндр и поршень в поперечном сечении выполнены эллипсообразными, а камера сгорания в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, выполнена эллипсообразной на длине больше половины ее периметра, отличающийся тем, что на линии, параллельной большой оси эллипсообразной части камеры сгорания, установлены впускной и выпускной клапаны.