Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02B75/24 F02B75/32 

Изобретение относится к двигателест- роению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий оппозитно расположенные цилиндры, в которых расположены поршни, соединенные между собой штоком, и один из которых является компрессорным.

Недостатками такого двигателя являются низкая экономичность и удельная мощность, а также наличие повышенных боковых нагрузок от поршней на стенки цилиндров.

Известен также двигатель внутреннего сгорания с регенератором-теплообменником, установленным между компрессорным и рабочим цилиндрами.

Основным недостатком такого двигателя являются низкая удельная мощность и наличие повышенных боковых воздействий поршней на стенки цилиндров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является

двигатель внутреннего сгорания с коленчатым валом в виде двух кривошипов, соеди- ненных двумя шатунами со штоком поршней.

Недостатком такого двигателя является низкая экономичность и удельная мощность.

Целью изобретения является повышение экономичности и удельной мощности двигателя внутреннего сгорания.

Указанная цель достигается тем. что в известном двигателе внутреннего сгорания, имеющем оппозитно расположенные цилиндры с поршнями, соединенными штоком, и коленчатый вал, выполненный в виде двух кривошипов, соединенных двумя шатунами со штоком поршней, согласно изобре- тению, радиус кривошипов выполнен порядка 0,90...0,95 длины шатунов, что обеспечивает задержку одного поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), который выполнен рабочим, а другого в нижней мертвой точке (НМТ), который выполнен компрессорным.

сл

с

Х4

СО 00

СЬ

сл

N)

тем самым обеспечивая более высокий коэффициент заполнения компрессорного ци- линдра, вследствие задержки компрессорного поршня у НМТ, и более полное сгорание топлива за время нахождения рабочего поршня у ВМТ (т.е. осуществляется подвод теплоты при более высоком давлении, так как догорание топлива происходит при практически постоянном рабочем объеме). Кроме того, в нагнетательной магистрали, соединяющей компрессорный и рабочий цилиндры, установлен теплообменник для подогрева сжатого воздуха выходящими газами.

На чертеже схематически показан двигатель внутреннего сгорания с относитель- ным расположением деталей и механизмов в момент нахождения рабочего поршня в НМТ.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из рабочего цилиндра 1, связанного с корпусом двигателя, в котором находится рабочий поршень 2, связанный со штоком 3, двух шатунов А, шарнирно связывающих шток 3 с двумя соосными кривошипами 5, радиус которых равен 0,90...0,95 длины шатунов 4, и вращающимися в противоположные стороны, передавая вращающий момент посредством кинематический связи (шестерён 7,8,9,10,11) на выходной вал 12 двигателя, оппозитно расположенного компрессорного цилиндра 13, связанного с корпусом двигателя, в котором находится компрессорный поршень 14, связанный со штоком 3, теплообменника 15, связывающего магистраль выхлопа 16 компрессорного цилиндра и магистраль всасывания 17 рабочего цилиндра с одной стороны и магистраль выхлопа 18 рабочего цилиндра с выхлопным патрубком 19 с другой стороны, впускного патрубка 20, связанного с впускным окном компрессорного цилиндра 13.

Устройство работает следующим образом.

При перемещении поршня 2 рабочего цилиндра 1 из НМТ в ВМТ происходит вращение шатунов 4 в противоположные стороны и при подходе поршня к ВМТ, т.е. при повороте кривошипов 5 на 90° в противоположные стороны поршень свое дальнейшее продвижение приостанавливает вследствие небольшой разницы длин кривошипов и шатунов и при дальнейшем повороте кривошипа еще на 90° поршень переместится всего лишь на 2-10% от всего хода поршня и прийдет в ВМТ. Дальнейший поворот кривошипа на 90° также приведет к перемещению поршня на 2-10% от ВМТ в сторону НМТ, т.е. поршень в диапазоне 180° поворота кривошипа практически стоит на месте

вблизи ВМТ, и во время нахождения поршня вблизи ВМТ (в диапазоне поворота кривошипов на 180°) в начальный момент подается из теплообменника-регенератора

15 сжатый горячий воздух в камеру сгорания рабочего цилиндра 1. Для продувки камеры сгорания от отработанных газов клапан выпуска при открытии клапана впуска закрывается с запаздыванием на время,

необходимое для очистки камеры сгорания от отработанных газов. В конце подачи воздуха в камеру сгорания и закрытия клапана впуска в камеру сгорания впрыскивается горючее и воспламеняется. Процесс подачи

воздуха и воспламенения горючего заканчивается при подходе поршня к ВМТ, т.е. при продвижении поршня на 2-10% от всего его хода. Сгорает топливо практически в постоянном объеме, давление газов существенно

нарастает и перемещение поршня в НМТ будет происходить под более высоким давлением, а следовательно, и работа в такте расширения будет получена значительно выше, чем при сгорании топлива в переменном обьеме. Одновременно с тактом выхлопа в рабочем цилиндре происходит такт всасывания в цилиндре компрессора через всасывающий патрубок 20 компрессора, так как компрессорный поршень замедляет

свое движение у НМТ (аналогично рабочему поршню у ВМТ) то коэффициент заполнения компрессорного цилиндра увеличивается, а при движеним поршня в рабочем цилиндре из ВМТ в НМТ воздух из цилиндра

компрессора, сжимаясь, поступает в теплообменник-регенератор, являющийся, в свою очередь, накопителем горячего воздуха.

Таким образом, за один рабочий ход поршня одновременно происходит и рабочий процесс расширения газа в рабочем цилиндре двигателя и процесс сжатия воздуха в компрессоре, а также и подготовка рабочего тела в теплообменнике-регенераторе. При дальнейшем движении поршня двигателя из НМТ в ВМТ происходит выхлоп отработанных газов из магистрали 18 через теплообменник и одновременно заполнение камеры сгорания двигателя рабочим те- лом по магистрали 17 и впрыск горючего непосредственно в камеру сгорания.

Заявляемый двигатель внутреннего сгорания имеет следующие преимущества: достигнут процесс подвода тепла в цикле при практически постоянном объеме, что повышает полезную работу цикла;

увеличен коэффициент заполнения компрессорного цилиндра, что особенно важно для быстроходных двигателей.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с оппозитными цилиндрами, поршни, размещенные в цилиндрах и жестко соединенные между собой штоком, два соосных кривошипа, кинематически связанных между собой с возможностью вращения в противоположные стороны, два шатуна, шарнирно соединенные со штоком поршней и кривошипами, отличающий0

с я тем, что, с целью повышения эффективности работы путем задержки поршней в мертвой точке, радиус кривошипа составляет 0,90,.,0,95 длины шатуна.

2. Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и и - с я тем. что снабжен теплообменником, один из оппозитных цилиндров выполнен компрессорным, причем в нагнетательной магистрали, соединяющей компрессорный и рабочий цилиндры, установлен теплообменник.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: в двигателе внутреннего сгорания, имеющем оппозитно расположенные цилиндры (1), (13) с поршнями

8

12

16

3 .