Устройство двигателя внутреннего сгорания Российский патент 2023 года по МПК F02B33/16 F02B33/22 F02B13/06 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть применено при производстве и эксплуатации двигателей для транспортных средств.

Известен двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ 2740663, содержащий рабочий цилиндр с рабочим поршнем, кинематически связанный с ним компрессорный поршень с компрессорным цилиндром, камеру сгорания со свечой зажигания, с двумя кольцевыми каналами вокруг камеры сгорания. Причем первый кольцевой канал связан с ней малыми каналами, а второй кольцевой канал соединен с рабочим цилиндром двумя или более каналами, расположенными равномерно по окружности этого кольцевого канала, оси этих каналов наклонены в сторону оси рабочего цилиндра. Оба кольцевых канала соединены с компрессорным цилиндром каналами, снабженными обратными клапанами. Оба кольцевых канала соединены с каналом подачи топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра через переключатель, обеспечивающий возможность открытия одного из каналов при одновременном закрытии второго канала.

Известный двигатель обеспечивает работу двигателя на всех режимах за счет качественного формирования топливо-воздушной смеси (ТВС) от режима холостого хода до режима максимальной мощности в рабочем цилиндре. Однако в случае неисправности работы штока в положении, перекрывающем канал, ведущий в первый кольцевой канал, ТВС будет поступать только во второй кольцевой канал, в этом случае во втором кольцевом канале в при электродных зонах будет образовываться преобедненная смесь, которая не сможет воспламеняться, и двигатель перестанет работать.

Известен двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ 2718463, который принят за прототип, содержащий рабочий цилиндр с рабочим поршнем, кинематически связанный с ним компрессорный поршень с компрессорным цилиндром, камеру сгорания со свечой зажигания, с кольцевым каналом вокруг камеры сгорания, связанным с ней малыми каналами. Кольцевой канал соединен с каналом подачи топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра. Вокруг камеры сгорания выполнен второй кольцевой канал, соединенный с рабочим цилиндром двумя или более каналами, расположенными равномерно по окружности кольцевого канала, причем оси этих каналов наклонены в сторону оси рабочего цилиндра, второй кольцевой канал соединен с компрессорным цилиндром дополнительным каналом, который снабжен клапаном с управляемым приводом и лепестковым обратным клапаном.

Конструкция двигателя но прототипу обеспечивает равномерное распределение ТВС в камере сгорания и рабочем цилиндре.

Однако при работе двигателя по прототипу, при одинаковом внутреннем диаметре каналов, соединяющих компрессорный цилиндр с камерой сгорания и рабочим цилиндром, двигатель не может выйти на режим максимальной мощности. При полностью открытом канале, соединяющем компрессорный цилиндр с рабочим цилиндром, при увеличении подачи богатой ТВС в рабочий цилиндр, одновременно увеличивается подача богатой ТВС в камеру сгорания, что может привести к формированию обогащенной ТВС в камере сгорания, которая перестает поджигаться и приведет к остановке работы двигателя.

Поэтому технический результат предлагаемого двигателя: повышение стабильности его работы и повышения КПД за счет обеспечения стабильной работы двигателя на мощностных режимах и режиме максимальной мощности.

Этот результат достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит рабочий цилиндр с рабочим поршнем, кинематически связанный с ним компрессорный поршень с компрессорным цилиндром и камеру сгорания со свечой зажигания. Вокруг камеры сгорания выполнен кольцевой канал, связанный с ней малыми каналами. Кольцевой канал соединен с каналом подачи ТВС из компрессорного цилиндра. Вокруг камеры сгорания под первым кольцевым каналом выполнен второй кольцевой канал, соединенный с рабочим цилиндром двумя или более каналами, которые расположены равномерно по окружности второго кольцевого канала. Оси этих каналов наклонены в сторону оси рабочего цилиндра. Второй кольцевой канал соединен с компрессорным цилиндром дополнительным каналом, который снабжен клапаном с управляемым приводом и лепестковым обратным клапаном. В отличие от прототипа, канал, соединяющий компрессорный цилиндр со вторым кольцевым каналом, имеет больший диаметр, чем канал, соединяющий компрессорный цилиндр с первым кольцевым каналом.

Предлагаемый двигатель обеспечивает подачу дополнительной ТВС при мощностном режиме работы непосредственно в рабочий цилиндр в большем объеме, чем в камеру сгорания. Вследствие этого в объеме рабочего цилиндра и камеры сгорания образуется однородная, близкая по составу гомогенная смесь, которая хорошо воспламеняется и быстро сгорает, что обеспечивает двигателю бесперебойную работу и повышает ею КПД.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания и способ управления им иллюстрируются чертежом фиг.1, где показана общая схема конструкции двигателя по прототипу с добавленными признаками предлагаемой конструкции двигателя.

Предлагаемый двигатель работает, а способ управления им осуществляется следующим образом. Так же, как и в прототипе, шток 3 рабочего поршня 2 кинематически связан со штоком 22 компрессорного поршня 15. По прототипу компрессорный поршень 15 опережает движение рабочего поршня 2 на 90°. Впрыск ТВС в камеру сгорания 5 осуществляется при положении рабочего поршня 2 в рабочем цилиндре 1 выше впускного окна 25 и выпускного окна 32. В режиме холостого хода и малых нагрузок так же, как и в двигателе по прототипу, топливо может поступать в полость 8 компрессорного цилиндра 12 от устройств 11 или 21 для подачи топлива через каналы подачи воздуха 10 и 14 и через канал 13 через лепестковые клапаны 24. При движении поршня 15 компрессорного цилиндра 12 вверх в полости 8 растет давление и увеличивается температура смеси топлива с воздухом - происходит гомогенизация ТВС. При достижении давления, заданного пружиной 16, расположенной в головке 23 компрессорного цилиндра 12, клапан отсечки 17 откроется и через канал 20 и лепестковый клапан 19 ТВС попадает в первый кольцевой канал 18, расположенный вокруг камеры сгорания 5 и форкамеры 6 в головке 4 рабочего цилиндра 1. Через радиальные каналы 9 ТВС поступает в камеру сгорания 5 и форкамеру 6. При возбуждении искры на электроде свечи зажигания 7 ТВС воспламеняется - происходит рабочий ход рабочего поршня 2.

При мощностном режиме работы, чтобы устранить возможность расслоения заряда ТВС или чрезмерного ее обогащения в камере сгорания 5 и ухудшения стабильности работы двигателя, по предлагаемому варианту двигателя, в отличие от прототипа, дополнительную порцию ТВС подают в рабочий цилиндр 1 в большем объеме за счет увеличения диаметра сечения канала 28. Поскольку ТВС впрыскивается в камеру сгорания 5 и в рабочий цилиндр 1 одновременно при положении рабочего поршня 2, при котором рабочий поршень 2 полностью перекрывает впускное окно 25 и выпускное окно 32, то дополнительная, увеличенная в отличие от прототипа порция ТВС, вводимая в рабочий цилиндр 1, распределится в нем, образуя гомогенную однородную по составу в общем объеме ТВС.

Распределение смеси в рабочем цилиндре, как и в прототипе, будет распределяться за счет второго кольцевого канала 26 и равномерно расположенных, наклоненных в сторону оси рабочего цилиндра 1 каналов 27. Количество ТВС, подаваемое в рабочий цилиндр 1, регулируют, управляя продолжительностью ее подачи с помощью клапана 30 с регулируемым приводом 31. Лепестковый клапан 29 устраняет возможность обратного перемещения ТВС в случае, если давление в рабочем цилиндре 1 при сжатии превысит давление в полости 8 компрессорного цилиндра 12. При переходе на режим холостого хода или малых нагрузок подачу ТВС в рабочий цилиндр 1 прекращают, выключая привод 31 клапана 30. В качестве клапана 30 с управляемым приводом 31 может быть применен электромагнитный клапан любой известной конструкции.

Таким образом, предлагаемый вариант конструкции двигателя и способ управления им обеспечивают технический результат, заключающийся в повышении стабильности работы двигателя. Предлагаемый двигатель может быть изготовлен с помощью известных в технике и применяемых в двигателестроении оборудования, технологий и материалов. Следовательно, предлагаемый двигатель и способ управления им обладают промышленной применимостью.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для транспортных средств. Двигатель внутреннего сгорания содержит рабочий цилиндр (1) с рабочим поршнем (2), кинематически связанный с ним компрессорный поршень (15) с компрессорным цилиндром (12) и камеру (5) сгорания со свечой (7) зажигания. Кольцевой канал (18) выполнен вокруг камеры (5) сгорания и связан с ней малыми каналами (9). Кольцевой канал (18) соединен с каналом (20) подачи топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра (12). Вокруг камеры (5) сгорания выполнен второй кольцевой канал (26), соединенный с рабочим цилиндром (1) двумя или более каналами (27), расположенными равномерно по окружности кольцевого канала. Оси этих каналов (27) наклонены в сторону оси рабочего цилиндра (1). Второй кольцевой канал (26) соединен с компрессорным цилиндром (12) дополнительным каналом (28). Дополнительный канал (28) снабжен клапаном (30) с управляемым приводом (31) и лепестковым обратным клапаном (29). Канал (28), соединяющий компрессорный цилиндр (12) со вторым кольцевым каналом, (26) имеет больший диаметр, чем канал (20), соединяющий компрессорный цилиндр (12) с первым кольцевым каналом (18). Технический результат заключается в повышении стабильности работы двигателя на мощностных режимах и на режиме максимальной мощности. 1 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий цилиндр с рабочим поршнем, кинематически связанный с ним компрессорный поршень с компрессорным цилиндром, камеру сгорания со свечой зажигания, с кольцевым каналом вокруг камеры сгорания, связанным с ней малыми каналами, причем кольцевой канал соединен с каналом подачи топливовоздушной смеси из компрессорного цилиндра, вокруг камеры сгорания выполнен второй кольцевой канал, соединенный с рабочим цилиндром двумя или более каналами, расположенными равномерно по окружности кольцевого канала, причем оси этих каналов наклонены в сторону оси рабочего цилиндра, второй кольцевой канал соединен с компрессорным цилиндром дополнительным каналом, который снабжен клапаном с управляемым приводом и лепестковым обратным клапаном, отличающийся тем, что канал, соединяющий компрессорный цилиндр со вторым кольцевым каналом имеет больший диаметр, чем канал, соединяющий компрессорный цилиндр с первым кольцевым каналом.