ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, ЕГО ВАРИАНТЫ Российский патент 2006 года по МПК F02B75/32 F01B9/02 F02B75/04 

Изобретение относится к области машиностроения и предназначается для создания на его базе силовых агрегатов машин и механизмов различного назначения.

Известны и широко применяются в технике поршневые двигатели, содержащие, по меньшей мере, один рабочий цилиндр с окнами (каналами) для подачи топлива и выпуска отработанных газов, размещенный в нем рабочий поршень, соединенный с шатуном (через крейцкопф или без него), кинематически связанным с рабочим валом, внешний источник воспламенения топлива или без него, серийно выпускаемые в России, например такие, как установленные на автомобилях марок ВАЗ, ГАЗ.

Известен поршневой двигатель, содержащий, по меньшей мере, один рабочий цилиндр с окнами (каналами) для подачи топлива (газа или пара под давлением) и выпуска отработанных газов или паров, размещенный в нем рабочий поршень, соединенный с шатуном (через крейцкопф или без него), кинематически связанным с рабочим валом, внешний источник воспламенения топлива или без него, описанный в книгах И.М.Ленин, А.В.Костров, О.М.Малашкин и др. "Автомобильные и тракторные двигатели", ч.1, издание второе, дополненное и переработанное под редакцией проф. И.М.Ленина, изд. Высшая Школа, 1976 г., стр.1-24, С.В.Бальян "Техническая термодинамика и тепловые двигатели", изд. второе дополненное и переработанное, Л., Машиностроение, 1973 г., стр.227-254 (прототип).

Недостатком известного поршневого двигателя является низкий коэффициент полезного действия (кпд), обусловленный конструктивными особенностями кривошипно-шатунного механизма, входящего в состав известного поршневого двигателя, а именно известной зависимостью мгновенного кпд рабочего хода в цикле от угла поворота рабочего вала двигателя.

В известной степени данный недостаток устранен в известном "Способе создания вращающего момента в поршневых двигателях, преобразующих поступательное движение во вращательное при помощи кривошипа" (патент РФ №2184862).

Задачей предлагаемого технического решения в части обоих вариантов является создание поршневого двигателя с более высоким коэффициентом полезного действия.

Поставленная задача в части первого варианта достигается тем, что поршневой двигатель содержит, по меньшей мере, один рабочий цилиндр с окнами или каналами для подачи топлива или газа, или пара под давлением и выпуска отработанных газов или паров, размещенный в нем рабочий поршень, соединенный с шатуном, кинематически связанным с рабочим валом посредством гибкой замкнутой связи, внешний источник воспламенения топлива или без него. Согласно изобретению, в рабочем цилиндре дополнительно размещен вспомогательный поршень, образующий одним из своих торцов с рабочим поршнем камеру сгорания или зону подачи пара или газа под давлением, перемещаемый вслед за рабочим поршнем при вращении рабочего вала после прохождения им положения, соответствующего верхней мертвой точке, до начала рабочего хода или во время рабочего хода.

Поставленная задача достигается также тем, что вспомогательный поршень первого варианта двигателя другим торцом может быть поджат пружиной к нажимному сектору вспомогательного вала, кинематически связанного с рабочим валом.

Поставленная задача в части второго варианта достигается тем, что поршневой двигатель для осуществления способа создания вращающего момента в поршневых двигателях, преобразующих поступательное движение во вращательное при помощи кривошипа, включающего подачу и сжигание топлива или подачу пара или газа под давлением, выпуск отработанных газов или паров, заключающегося в том, что уменьшают величину рабочего хода в цикле, удерживают или создают необходимую или максимально возможную степень сжатия при вращении рабочего вала после прохождения им положения, соответствующего верхней мертвой точке в цикле до начала рабочего хода или во время рабочего хода, содержит, по меньшей мере, один рабочий цилиндр, размещенный в нем рабочий поршень, кинематически связанный с коленчатым валом. Согласно изобретению, в рабочем цилиндре дополнительно размещен вспомогательный поршень, образующий одним из своих торцов с рабочим поршнем камеру сгорания или зону подачи пара или газа под давлением, удерживающий или создающий необходимую или максимально возможную степень сжатия при вращении рабочего вала после прохождения им положения, соответствующего верхней мертвой точке в цикле до начала рабочего хода или во время рабочего хода.

Поставленная задача достигается также тем, что вспомогательный поршень второго варианта двигателя другим торцом может быть поджат пружиной к нажимному сектору вспомогательного вала, кинематически связанного с коленчатым валом.

Изобретения поясняются при помощи чертежей.

На Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3 представлены схемы поршневого двигателя, содержащего гибкую замкнутую связь в кинематической связи рабочего поршня с рабочим валом.

На Фиг.4 представлена схема поршневого двигателя с коленчатым рабочим валом.

На Фиг.5 показан пример поршневого двигателя с дополнительно размещенным в рабочем цилиндре вспомогательным поршнем, характерный для первого и второго вариантов предлагаемого поршневого двигателя.

Поршневой двигатель Фиг.1 содержит, по меньшей мере, один рабочий цилиндр 1 с окнами (каналами) для подачи топлива (газа или пара под давлением) и выпуска отработанных газов или паров, размещенный в нем рабочий поршень 2, соединенный с шатуном 3 (через крейцкопф или без него), кинематически связанным с рабочим валом 4, внешний источник воспламенения топлива или без него, другим своим концом шатун 3 соединен с одной или сразу двумя цепями 5 (ремнями, зубчатыми ремнями) гибких замкнутых передач, кинематически связывающих два или более зубчатых колеса-звездочки (шкива) 6 на валах 4, один из которых, несколько или все сразу являются рабочими или кинематически связаны с рабочим валом 4. Шатун 3 соединен с цепями 5 (ремнями, зубчатыми ремнями), например, при помощи оси 7, закрепленной на цепях 5.

Поршневой двигатель Фиг.1 работает следующим образом. Во время рабочего хода под действием давления газов или пара рабочий поршень 2 поступательно перемещается внутри рабочего цилиндра 1, приводя в движение через шатун 3 цепи 5 (ремни, зубчатые ремни) гибких замкнутых передач и вместе с ними зубчатые колеса-звездочки (шкивы) 6 и валы 4. Очевидно, что на участке между осями вращения валов 4 мгновенный кпд рабочего хода поршневого двигателя Фиг.1 не зависит от угла поворота рабочего вала 4, что выгодно отличает поршневой двигатель Фиг.1 от прототипа.

Поршневой двигатель Фиг.2 содержит, по меньшей мере, один рабочий цилиндр 1 с окнами (каналами) для подачи топлива (газа или пара под давлением) и выпуска отработанных газов или паров, размещенный в нем рабочий поршень 2, соединенный с шатуном 3 (через крейцкопф или без него), кинематически связанным с рабочим валом 4, внешний источник воспламенения топлива или без него, другим своим концом шатун 3 соединен с гибкой замкнутой связью 5 (цепью, ремнем, зубчатым ремнем), связывающей только одно зубчатое колесо-звездочку (шкив) 6 на рабочем валу 4 через башмак натяжителя 7.

Поршневой двигатель, показанный на Фиг.2, работает аналогично двигателю Фиг.1, и ему присущи те же достоинства в сравнении с прототипом, что и двигателю Фиг.1.

Из представленных схем Фиг.1 и 2 очевидно, что кпд рабочего хода поршневых двигателей Фиг.1 и 2 тем выше, чем меньше диаметр зубчатых колес-звездочек (шкивов) 6. Для исключения зависимости кпд рабочего хода поршневых двигателей Фиг.1 и 2 от диаметра зубчатых колес-звездочек (шкивов) 6 предлагается первый вариант поршневого двигателя.

В рабочем цилиндре 1 поршневого двигателя, представленного на Фиг.1 или Фиг.2, или Фиг.3, дополнительно (см. Фиг.5) размещен вспомогательный поршень 7, образующий одним из своих торцов с рабочим поршнем 2 камеру сгорания (зону подачи пара или газа под давлением), другим торцом поджатый пружиной 8 к нажимному сектору 9 вспомогательного вала 10, кинематически связанного с рабочим валом 4. Вспомогательный вал 10 с нажимным сектором 9 кинематически связан с рабочим валом 4, например, цепной передачей (на Фиг.5 не показано). Поршневой двигатель, содержащий дополнительно размещенный в рабочем цилиндре вспомогательный поршень (см. Фиг.5), в части первого варианта предлагаемого двигателя работает следующим образом.

При вращении рабочего вала 4 (см. Фиг.1 - 3), после прохождения им положения, соответствующего верхней мертвой точке, вспомогательный поршень 7 (см. Фиг.5) под действием нажимного сектора 9 вспомогательного вала 10 перемещается в рабочем цилиндре 1 вслед за рабочим поршнем 2 на величину радиуса зубчатого колеса-звездочки (шкива) 6 (см. Фиг.1, 2) и остается в таком положении на время рабочего хода, при дальнейшем вращении рабочего вала 4 под действием пружины 8 вспомогательный поршень 7 возвращается в исходное положение.

Поршневой двигатель для осуществления способа по патенту РФ №2184862 с более высоким (в отличие от прототипа) кпд является вторым вариантом предлагаемого поршневого двигателя (см. Фиг.4 и 5 описания и описание к патенту РФ №2184862).

Рабочие цилиндры 1 поршневых двигателей, представленных на Фиг.3 и 4, расположены так, что их оси симметрии не пересекаются с осью вращения рабочего вала. Из схем Фиг.3 и 4 очевидно, что такое расположение рабочих цилиндров 1 обеспечивает меньшее (в сравнении с прототипом) отклонение шатунов от оси симметрии рабочих цилиндров 1 (оси перемещения рабочих поршней 2) во время рабочего хода, что повышает кпд двигателей.

Все двигатели, представленные на Фиг.1-5, могут содержать внешний источник воспламенения топлива.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение кпд двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что варианты двигателя содержат цилиндр с рабочим поршнем, соединенным с рабочим валом. Согласно изобретению, в цилиндре размещен вспомогательный поршень, образующий одним из своих торцов с рабочим поршнем камеру сгорания, который перемещают вслед за рабочим поршнем при вращении рабочего вала после прохождения им верхней мертвой точки, до начала рабочего хода или во время рабочего хода. Поршень первого варианта соединен с валом посредством шатуна и гибкой замкнутой связи. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Поршневой двигатель, содержащий, по меньшей мере, один рабочий цилиндр с окнами или каналами для подачи топлива, или газа, или пара под давлением и выпуска отработанных газов или паров, размещенный в нем рабочий поршень, соединенный с шатуном, кинематически связанным с рабочим валом посредством гибкой замкнутой связи, внешний источник воспламенения топлива или без него, отличающийся тем, что в рабочем цилиндре дополнительно размещен вспомогательный поршень, образующий одним из своих торцов с рабочим поршнем камеру сгорания или зону подачи пара или газа под давлением, перемещаемый вслед за рабочим поршнем при вращении рабочего вала после прохождения им положения, соответствующего верхней мертвой точке, до начала рабочего хода или во время рабочего хода.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что вспомогательный поршень другим торцом поджат пружиной к нажимному сектору вспомогательного вала, кинематически связанного с рабочим валом.3. Поршневой двигатель для осуществления способа создания вращающего момента в поршневых двигателях, преобразующих поступательное движение во вращательное при помощи кривошипа, включающего подачу и сжигание топлива или подачу пара или газа под давлением, выпуск отработанных газов или паров, заключающегося в том, что уменьшают величину рабочего хода в цикле, удерживают или создают необходимую или максимально возможную степень сжатия при вращении рабочего вала после прохождения им положения, соответствующего верхней мертвой точке в цикле до начала рабочего хода или во время рабочего хода, содержащий, по меньшей мере, один рабочий цилиндр, размещенный в нем рабочий поршень, кинематически связанный с коленчатым валом, отличающийся тем, что в рабочем цилиндре дополнительно размещен вспомогательный поршень, образующий одним из своих торцов с рабочим поршнем камеру сгорания или зону подачи пара или газа под давлением, удерживающий или создающий необходимую или максимально возможную степень сжатия при вращении рабочего вала после прохождения им положения, соответствующего верхней мертвой точке в цикле до начала рабочего хода или во время рабочего хода.4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что вспомогательный поршень другим торцом поджат пружиной к нажимному сектору вспомогательного вала, кинематически связанного с коленчатым валом.