ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2011 года по МПК F01L1/46 

Изобретение относится к области моторостроения поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Аналогом изобретения является патент 2038497, F02B 75/32, опубл. 1995 «Способ повышения топливно-мощностной эффективности двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания».

Повышение эффективности двигателя может быть достигнуто конструктивными особенностями шатунно-кривошипного узла, позволяющими производить выбор оптимального угла поворота кривошипа α в начале рабочего такта, с наступлением которого образуется номинальный объем камеры сжатия и происходит зажигание горючей смеси. В этом случае тангенциальная составляющая силы крутящего момента будет многократно превосходить паразитную радиальную составляющую по оси кривошипа, в результате чего повышается эффективность двигателя.

Для достижения этой цели в аналоге шатуны выполнены составными, из двух подпружиненных, подвижных относительно друг друга частей. Такая конструкция снижает механическую прочность шатуна в целом, одного из основных элементов, подверженных в двигателе силовым нагрузкам. Составной шатун, взаимодействуя с кулачками шейки кривошипа коленчатого вала, в процессе поворота кривошипа от верхней мертвой точки на угол α 30°÷40° удерживает поршень в положении, при котором объем камеры сжатия сохраняется номинальным до момента зажигания горючей смеси. После зажигания части шатуна начинают сдвигаться, в процессе которого давление на кривошип со стороны шатуна ослабляется, сопровождаясь потерей мощности, а в конечной фазе сдвига частей возможен удар шатуна по шейке кривошипа. Кроме того, такт всасывания сокращается на угол α.

Предлагаемое изобретение не изменяет конструкции кривошипно-шатунного механизма, не снижает механической прочности в классическом его исполнении.

Технический результат достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания,содержащем головку блока цилиндров, кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, в головке, в полости подвода горючей смеси к всасывающему клапану каждого рабочего цилиндра встроен цилиндр с поршнем внутри него, шток которого контактирует со своим кулачком распределительного вала, а внутренняя полость цилиндра через отверстие сообщена с каналом подвода горючей смеси к всасывающему клапану.

Повышение эффективности двигателя достигается модернизацией газораспределительного механизма, дополнением его принудительным нагнетательным устройством горючей смеси в камеру сгорания, согласованно действующим с перемещением впускного клапана, рабочего поршня и кривошипа, в результате чего номинальный объем камеры сжатия и момент зажигания образуются ко времени поворота кривошипа на оптимальный угол α от верхней мертвой точки в начале рабочего хода поршня.

На фиг.1÷6 изображены положения деталей газораспределительного механизма за полный цикл работы четырехтактного двигателя, где:

1 - рабочий цилиндр;

2 - рабочий поршень;

3 - кривошип;

4 - шатун;

5 - клапан впускной (всасывающий);

6 - шток клапана впускного (всасывающего);

7 - цилиндр;

8 - поршень;

9 - шток поршня;

10 - головка рабочих цилиндров (головка блока цилиндров);

11 - газораспределительный вал;

12 - кулачок впускного(всасывающего) клапана;

13 - кулачок поршня;

14 - канал подвода горючей смеси.

На фиг.1 изображены положения деталей в начале такта всасывания.

На фиг.2 изображен разрез фиг.1 по А-А.

На фиг.3 изображены положения деталей в конце такта всасывания.

На фиг.4 изображены положения деталей в момент нахождения рабочего поршня в верхней мертвой точке.

На фиг.5 изображены положения деталей в начале рабочего хода.

На фиг.6 изображены положения деталей в конце такта выхлопа.

На фиг.7 изображен схематический чертеж двигателя, поясняющий расчет возможности осуществления изобретения.

В предложенном двигателе конструкция кривошипно-шатунного механизма сохранена классическая, изменена конструкция газораспределительного механизма следующим образом. В голове 10 каждого из рабочих цилиндров 1 в полости подвода горючей смеси к впускному клапану 5 встроен цилиндр 7 с поршнем 8 внутри него. Перемещение поршня 8 осуществляется кулачком 13 распределительного вала 11 посредством штока поршня 9.

Двигатель работает следующим образом.

С началом такта всасывания в рабочий цилиндр 1 и цилиндр 7 поступает горючая смесь из канала 14 (фиг.1, фиг.2). По мере поворота кривошипа 3, в конце такта всасывания, канал 14 перекрывается поршнем 8, впускной клапан 5 остается открытым (фиг.3). Горючая смесь сжимается до объема камеры сжатия V=V₁+V₂ (фиг.4). К моменту поворота кривошипа 3 на угол α=30° горючая смесь объема V₂ из цилиндра 7 вытесняется поршнем 8 в камеру сжатия V₁, впускной клапан 5 закрывается, включается зажигание (фиг.5). К окончанию такта выхлопа поршень 8 возвращается в исходное положение (фиг.6).

Для иллюстрации возможности осуществления изобретения произведен расчет габаритных размеров встраиваемого в головку цилиндра и диапазон перемещения поршня в нем применительно к двигателю автомобиля «Ока»:

- диаметр рабочего цилиндра, D - 82 мм;

- диаметр впускного клапана, d - 34 мм;

- ход рабочего поршня, h - 71 мм;

- объем камеры сжатия, V - 38 см³.

Расчет производится для угла поворота кривошипа от верхней мертвой точки α=30°.

1. Определяется частичный объем рабочего цилиндра между поверхностями поршня в ВМТ и при повороте кривошипа на угол

α=30° (фиг.7):

;

;

2. Объемы камеры сжатия Пс составляют объемы V₁ и V₂ (фиг.4):

V=V₁+V₂=38 см³

3. С поворотом кривошипа на угол α=30° V₁ увеличивается на 26,8 см, следовательно, для компенсации V₁ объем V₂ должен также составлять 26,8 см³ с тем, чтобы в итоге объем камеры сжатия V ко времени зажигания и поворота кривошипа на α=30° составлял 38 см³. При объеме камеры встроенного цилиндра V₂=26,8 см³ и при ходе поршня 1 см площадь цилиндра S_ц=26,8 см², чему соответствует его диаметр,

из

При ходе поршня 2 см площадь цилиндра 13,4 см² и диаметр его 4,15 см. Как в первом, так и во втором случаях цилиндр может быть без труда встроен в головку рабочих цилиндров, а шток поршня может контактировать со своим кулачком распределительного вала.

Двигатель содержит головку блока цилиндров, кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы. В полости подвода горючей смеси к всасывающему клапану каждого рабочего цилиндра встроен цилиндр с поршнем внутри него, шток которого контактирует со своим кулачком распределительного вала, а внутренняя полость цилиндра через отверстие сообщена с каналом подвода горючей смеси к всасывающему клапану. Такое выполнение повысит экономичность двигателя. 7 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий головку блока цилиндров, кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности двигателя, в головке, в полости подвода горючей смеси к всасывающему клапану каждого рабочего цилиндра, встроен цилиндр с поршнем внутри его, шток которого контактирует со своим кулачком распределительного вала, а внутренняя полость цилиндра через отверстие сообщена с каналом подвода горючей смеси к всасывающему клапану.