ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F01B7/14 F02B75/28 F02B75/32 

Описание патента на изобретение RU2632355C2

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания.

Существующие четырехтактные поршневые двигатели с одним поршнем в каждом цилиндре, использующие кривошипный механизм (патент №2018009, F02B 75/32, опубл. 15.08.1994, Поршневой двигатель внутреннего сгорания), сложные механизмы перемещения поршня (патент №2027043, F02B 75/32, опубл. 20.01.1995. Двигатель внутреннего сгорания) или поршни сложной формы (авторское свидетельство №1763689, F02B 33/14, опубл. 23.09.1992. Двигатель внутреннего сгорания транспортного средства) имеют клапанный газораспределительный механизм, быстродействие которого ограничено, что в свою очередь ограничивает и скорость вращения двигателя, не позволяя наращивать его мощность за счет увеличения оборотов.

Использование двухтактных циклов в дизельных и карбюраторных двигателях также не позволяет наращивать мощность и обороты, так как полная продувка цилиндра и полное замещение отработанных газов без перерасхода топливовоздушной смеси невозможно.

Наиболее близким к изобретению является двухтактный двигатель внутреннего сгорания, имеющий цилиндр с расположенными в нем двумя поршнями (патент №2009347, F02B 75/32, опубл. 15.03.1994. Двигатель внутреннего сгорания). Этот двигатель состоит из секций, каждая из которых содержит цилиндр с двумя поршнями, приводимыми в движение зубчатыми механизмами. Работа данного двигателя построена таким образом, что впуск и выпуск рабочей среды в цилиндр происходит через прорезанные в стенках цилиндра окна.

По мере выполнения рабочего цикла назначения окон должны меняться, а следовательно, необходим дополнительный газораспределительный механизм, выполняющий эту функцию. Наличие такого механизма так же, как и в случае однопоршневых двигателей, приводит к ограничению скорости работы двигателя, а значит и вырабатываемой им мощности. Использование в данном двигателе двухтактного цикла работы также снижает его эффективность по сравнению с четырехтактным циклом, несмотря на то, что применение эпициклоидного механизма и сложного движения поршней позволяет немного улучшить условия продувки цилиндра по сравнению с однопоршневым двухтактным двигателем.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в увеличении мощности за счет увеличения оборотов карбюраторного или дизельного двигателя, которое достигается благодаря отказу от газораспределительных механизмов.

Основной отличительной особенностью предложенного двигателя является использование механизма, обеспечивающего движение поршней по траекториям, позволяющим выполнять впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск через окна, прорезанные в стенках цилиндра, не изменяя при этом их назначения, т.е. выполнять четырехтактный рабочий цикл.

Технический результат достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, состоящем из секций, каждая из которых содержит цилиндр с впускным и выпускным окнами и размещенные в нем, образующие единую камеру сгорания, поршни, новым является то, что каждая секция содержит планетарный механизм внутреннего зацепления, зубчатые колеса которого связывают выходные валы с поршнями посредством кривошипов, водил и шатунов, а разные углы начальной установки кривошипов и водил задают движение поршней по траекториям, обеспечивающим четырехтактный рабочий цикл.

Траектории движения поршней описываются суммой синусоидальных функций, имеющих кратные частоты ω и 2ω:

где, X01, X02 - смещение траекторий относительно нейтрального положения (для правого поршня - положительное, а для левого поршня - отрицательное), А1, А2 - амплитуды первой и второй гармоник, определяемые геометрическими параметрами механизма, ϕ11, ϕ21, ϕ12, ϕ22 - начальные фазы гармоник левого и правого поршней, определяемые начальными углами установки кривошипов.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где изображена кинематическая схема планетарного механизма внутреннего зацепления перемещения поршней, и фиг. 2, где изображен цилиндр двигателя и траектории движения поршней с указанием фаз работы двигателя.

Двигатель состоит из секций, каждая из которых содержит цилиндр 1 (фиг. 1), в котором прорезаны окна для впуска топливовоздушной смеси 2 и выпуска отработанных газов 3, со свечой (для карбюраторных двигателей) или форсункой (для дизельных двигателей) 6, в котором движутся поршни 4 и 5, образующие единую камеру сгорания.

Поршни приводятся в движение планетарным механизмом, состоящим из зубчатых колес внутреннего зацепления 7 и 8, по которым перекатываются зубчатые колеса внешнего зацепления 9 и 10, приводимые в движение кривошипами 11, 12. На каждом зубчатом колесе 9 и 10 размещены водила 13, 14, которые через шатуны 15, 16 связаны с поршнями 4 и 5. Соотношение радиусов зубчатых колес 7, 8, 9, 10 определяет соотношение угловых скоростей вращения кривошипов 11, 12 и водил 13, 14 (ω и 2ω в формуле 1). Длины кривошипов 11, 12, водил 13, 14 и шатунов 15, 16 определяют амплитуды и начальные смещения траекторий движения поршней (Х01, Х02, A1, A2 в формуле 1). Углы начальной установки кривошипов и водил (ϕ11, ϕ21, ϕ12, ϕ22 в формуле 1) обеспечивают движение поршней по траекториям а и б, указанным на фиг. 2, обеспечивая необходимые фазы газораспределения.

Цикл работы двигателя состоит из пяти основных этапов (фиг. 2). Двигаясь по цилиндру 1, поршни 4 и 5 на этапе впуска расходятся, увеличивая объем межцилиндрового пространства, при этом открывая через впускное окно 2 доступ для топливовоздушной смеси. Этап сжатия начинается с момента перекрытия поршнем 4 впускного окна 2, после чего межцилиндровое пространство оказывается изолированным, а сближение поршней приводит к повышению давления. Цикл рабочего хода начинается с воспламенения топливовоздушной смеси свечой 6 (в случае карбюраторного двигателя) или впрыска топлива через форсунку 6 (в случае дизельного двигателя). В процессе расхождения поршней повышенное давление в цилиндре позволяет совершить полезную работу, и рабочий ход продолжается до тех пор, пока поршень 5 не откроет доступ из межцилиндрового пространства в выпускное окно 3. Выпуск отработанных газов происходит за счет сближения поршней при открытом доступе к выпускному окну 3. Для повторения рабочего цикла необходимо выполнить переход поршней от выпускного окна к впускному.

Траектории движения а и б поршней 4 и 5 описываются суммой синусоидальных функций, имеющих кратные частоты ω и 2ω:

где Х01, Х02 - смещение траекторий относительно нейтрального положения (для правого поршня - положительное, а для левого поршня - отрицательное), А1, А2 - амплитуды первой и второй гармоник, определяемые геометрическими параметрами механизма, ϕ11, ϕ21, ϕ12, ϕ22 - начальные фазы гармоник левого и правого поршней, определяемые начальными углами установки кривошипов.

Применение данных двигателей позволит существенно увеличить цилиндровую мощность за счет повышения оборотов, что достигается отказом от газораспределительного механизма и отсутствием необходимости изменения назначения впускных и выпускных окон.

Похожие патенты RU2632355C2

название год авторы номер документа
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2016
  • Маханько Андрей Анатольевич
  • Маханько Анатолий Васильевич
  • Соколова Галина Павловна
RU2632357C9
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2016
  • Маханько Андрей Анатольевич
  • Маханько Анатолий Васильевич
  • Соколова Галина Павловна
RU2632356C2
СПОСОБ РАБОТЫ РОТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ И РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ХОЛОДНОГО 2009
  • Холодный Геннадий Константинович
RU2464432C2
СПОСОБ РАБОТЫ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1990
  • Григорьев Владимир Петрович
RU2008456C1
СПОСОБ РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 2000
  • Пластинин С.М.
  • Корольков В.Н.
  • Тонконог В.Г.
RU2171901C1
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2012
  • Перес Гонсалес Луис Марино
  • Перес Перес Симон Альфредо
  • Перес Перес Энгрике Хосе
RU2580191C1
СПОСОБ РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭТОГО СПОСОБА 2006
  • Ларюхин Сергей Анатольевич
RU2327885C1
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1990
  • Головешко Д.А.
RU2009347C1
ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2013
  • Болотин Николай Борисович
RU2544642C1
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2008
  • Печкин Илья Петрович
RU2373410C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 632 355 C2

Реферат патента 2017 года ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель состоит из секций, каждая из которых содержит: цилиндр 1, в стенках которого прорезаны окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха 2 и выпуска отработанных газов 3. Внутри цилиндра расположены оппозитные поршни 4 и 5, образующие единую камеру сгорания, совершающие движения, обеспечивающие впуск топливовоздушной смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск продуктов горения, составляющих четырехтактный рабочий цикл. Движение поршней по заданной траектории обеспечивается планетарным механизмом внутреннего зацепления. Техническим результатом является увеличение скорости вращения двигателя и соответственно повышение его мощности. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 632 355 C2

Двигатель внутреннего сгорания, состоящий из секций, каждая из которых содержит цилиндр с впускным и выпускным окнами и размещенные в нем, образующие единую камеру сгорания, поршни, отличающийся тем, что каждая секция содержит планетарный механизм внутреннего зацепления, зубчатые колеса которого связывают выходные валы с поршнями посредством кривошипов, водил и шатунов, а разные углы начальной установки кривошипов и водил задают движение поршней по траекториям, обеспечивающим четырехтактный рабочий цикл и которые описаны суммой синусоидальных функций, имеющих кратные частоты ω и 2ω:

где X01, Х02 - смещение траекторий относительно нейтрального положения (для правого поршня - положительное, а для левого поршня - отрицательное), А1, А2 - амплитуды первой и второй гармоник, определяемые геометрическими параметрами механизма, ϕ11, ϕ21, ϕ12, ϕ22 - начальные фазы гармоник левого и правого поршней, определяемые начальными углами установки кривошипов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2632355C2

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1990
  • Головешко Д.А.
RU2009347C1
ДВУХПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ 2013
  • Сергеев Святослав Михайлович
RU2539230C1
ПОРШНЕВАЯ МАШИНА 1998
  • Кияшко А.Г.
RU2146011C1
US 4380972 A1, 26.04.1983
WO 2009100759 A1, 20.08.2009.

RU 2 632 355 C2

Авторы

Маханько Андрей Анатольевич

Маханько Анатолий Васильевич

Соколова Галина Павловна

Даты

2017-10-04Публикация

2016-02-24Подача