Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: машиностроение, двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: направляющая полость сообщена с впускным окном. Шток впускного поршня выполнен полым и установлен с возможностью периодического входа в направляющую полость посредством возвратной пружины, установленной в полости штока и направляющей полости. Впускной поршень выполнен толщиной, не превышающей осевой размер боковой камеры сгорания. Днища впускного поршня выполнены в виде мембраны. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2006626
Класс(ы) патента: F02B75/28
Номер заявки: 4344457/06
Дата подачи заявки: 16.12.1987
Дата публикации: 30.01.1994
Заявитель(и): Шпади Андрей Леонидович
Автор(ы): Шпади Андрей Леонидович
Патентообладатель(и): Шпади Андрей Леонидович
Описание изобретения: Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкции поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Известен четырехтактный двигатель В. М. Кушуля со степенью расширения, превышающей степень сжатия, содержащий сообщающиеся между собой пары цилиндров с верхнеклапановым распределительным механизмом и отдельными поршнями, кинематически связанными с коленвалом, размещенным в маслонаполненном картере двигателя.
Расход топлива у такого двигателя на 30% меньше, чем у обычных двигателей с термодинамическими циклами Отто и Дизеля, но его сложная многоцилиндровая конструкция обладает плохой уравновешен- ностью, повышенным удельным весом с габаритами.
Известны более простые и легкие двухтактные двигатели со ступенчатым поршнем и осевой продувкой, которая осуществляется трубчатой надставкой поршня, открывающей соосное впускное окно в крышке цилиндра, после открытия поршнем бокового выпускного окна цилиндра при прохождении нижней мертвой точки.
Недостатком таких двигателей с двойным поршнем является симметричная диаграмма продувки и одинаковое соотношение степеней сжатия-расширения, которые сопровождаются более высоким удельным расходом топлива и масла, подаваемого в цилиндр вместе с топливом, что существенно ухудшает их экономичность и экологичность.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий и вспомогательный цилиндры с вспомогательным поршнем и автоматическими впускными клапанами, которые предназначены для осевой продувки тороидальной камеры сгорания.
В этом двигателе обеспечивается принудительная прокачка и заполнение рабочего цилиндра свежим зарядом топливовоздушной смеси вспомогательным поршнем, однако наличие автоматических клапанов и вспомогательных цилиндров в днище поршня и головке цилиндра усложняют его конструкцию и снижает надежность, так как неизбежные утечки из вспомогательного цилиндра могут привести к зависанию в промежуточном положении вспомогательного поршня или его ударам о рабочий поршень.
Цель изобретения - создание двигателя, сочетающего в себе преимущества двух- и четырехтактных двигателей за счет реализации эффективного трехтактного цикла работы, обеспечивающего сокращение удельного расхода топлива и масла, при одновременном упрощении конструкции и повышении надежности двигателя.
Указанная цель достигается тем, что вместо вспомогательных цилиндров предлагаемый двигатель снабжен направляющей полостью, сообщающейся с впускным окном, шток вспомогательного поршня выполнен полым и установлен с возможностью периодического входа в направляющую полость посредством возвратной пружины, которая установлена в полости штока и направляющей полости. Причем днища впускного поршня выполнены в виде мембран из термостойкого материала так, что его толщина не превышает осевой размер боковой камеры сгорания.
Поскольку указанные отличия отсутствуют у аналогов и прототипа, следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".
В результате у заявленного устройства появляются новые свойства и положительный эффект, который недостижим у известных устройств аналогичного назначения. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "существенные отличия".
На фиг. 1 представлен разрез предлагаемого двигателя по оси цилиндра; на фиг. 2 - круговая диаграмма его работы; на фиг. 3 - соответствующий термодинамический цикл.
Трехтактный двигатель содержит цилиндр 1, в котором выполнена боковая полость камеры сгорания 2 с топливной форсункой 3 и свечой зажигания 4. В цилиндре 1 оппозитно размещены рабочий поршень 5, перекрывающий своей боковой поверхностью выпускное окно 6 цилиндра 1, и легкий впускной поршень 7 - вытеснитель, выполненный в виде двойной пустотелой мембранной коробки или упругой сильфонной оболочки и снабженный трубчатым штоком 8, плотно входящим в направляющую полость впускного окна 9 крышки 10 цилиндра, накрытой пробкой 11 с цилиндрической пружиной 12, упирающейся в впускной поршень. Рабочий поршень 5 кинематически связан с кривошипно-шатунным механизмом коленвала, размещенным в маслозаполненном картере 13 двигателя.
Полный цикл работы двигателя происходит за один оборот коленвала и начинается с нижней мертвой точки (Оl), в которой находятся оба поршня 5 и 7 под воздействием пружины 12. При этом выпускное окно 6 закрыто боковой поверхностью впускного поршня 7, а впускное окно 9 полностью открыто и цилиндр 1 заполнен воздухом атмосферного давления Р1с максимальным рабочим объемом V2 (фиг. 2 и 3).
Первый такт - сжатие начинается с момента (I) закрытия впускного окна 9 трубчатым штоком В впускного поршня 7, который поднимается под воздействием рабочего поршня 5, сжимающего пружину 12. Совместное движение обоих поршней 5 и 7 в ВТМ сопровождается сжатием воздуха, находящегося между впускным поршнем 7 и крышкой 10 цилиндров, начиная с объема V1, который меньше максимального рабочего объема V2 на величину изменения объема цилиндра из-за подъема поршней от НМТ до момента (I) закрытия впускного окна 9 и объема трубчатого штока 8.
Адиабатическое сжатие воздуха продолжается до момента (II) прихода поршня 5 в ВМТ и прохождения впускным поршнем 7 боковой полости камеры сгорания 2, когда объем Vо минимален, а давление Р2 в цилиндре 1 становится настолько большим, что превышает силу давления пружины 12 на впускной поршень 7.
Второй такт - расширение начинается с прижатия впускного поршня 7 к крышке 10 силой избыточного давления Р2, пропорциональной площади поперечного штока 8. При этом происходит интенсивное перетекание сжатого воздуха из уменьшающегося пространства над впускным поршнем 7 через камеру сгорания 2 в зазор между поршнями 5 и 7, которое сопровождается вихревым движением сжатого воздуха в камере сгорания 2 и впрыском дизельного топлива через форсунку 3. Одновременное протекание этих процессов обеспечивает хорошую гомогенизацию рабочей смеси и ее полное сгорание при высоком постоянном давлении Р2 до объема Vоl, т. е. до точки (IIIl) термического цикла.
Адиабатическое расширение раскаленных продуктов сгорания рабочей смеси происходит при неподвижном впускном поршне 7, прижатым к крышке 10 цилиндра большим избыточным давлением, которое быстро опускает рабочий поршень 5, совершая полезную работу, до момента (IV) открытия его боковой поверхностью выпускного окна 6 цилиндра 1.
Третий такт - впуск новой порции атмосферного воздуха и выпуск отработанных газов осуществляется самостоятельным движением впускного поршня 7 со штоком 8 под воздействием потенциальной энергии пружины 12, которая начинает распрямляться, как только давление Р1l в цилиндре упадет до атмосферного Р1. При этом поршень 5 находится вблизи НМТ и свободный объем цилиндра V2l несколько больше рабочего объема V2 на величину собственного объема трубчатого штока 8, находящегося за пределами цилиндра 1. Как только впускной поршень 7 отойдет от крышки 10 и своей боковой поверхностью перекроет нижнюю кромку боковой полости камеры сгорания 2, произойдет раздвоение рабочего объема цилиндра на две части. Нижняя часть этого объема между поршнями 5 и 7 будет монотонно уменьшаться от точки (Оl) до нуля при давлении Р1, близком к атмосферному, обеспечивая выпуск находящихся в ней газов, а верхняя часть объема, заключенного между крышкой 10 и впускным поршнем 7, наоборот увеличивается от нуля до Vо при атмосферном давлении Р1, что соответствует точке (О) термодинамического цикла.
Дальнейшее движение впускного поршня 7 до момента (Il) открытия впускного окна 9 сопровождается разрежением верхней части рабочего объема до давления Ро, которое значительно ниже атмосферного Р1. Поэтому после открытия впускного окна 9 трубчатым штоком 8 происходит быстрое наполнение этого объема чистым воздухом при атмосферном давлении Р1, которое продолжается до момента (IVl) встречи обоих поршней 5 и 7 в НМТ. При этом остаточная энергия удара пружины 12 демпфируется упругой мембранной оболочкой впускного поршня 7, что обеспечивает апериодический возврат устройства в исходное состояние (Оl) и замыкание термодинамического цикла, который кроме петли (IVl - I-II-IIIl-IV-IVl) полезной работы (+) имеет петлю (О-Il-I-О) отрицательной работы (-), затраченной пружиной 12 на прокачку цилиндра 1.
При подключении искровой свечи зажигания 4 предлагаемый двигатель может работать и по циклу Отто с продолженным расширением на более легком или газообразном топливе как с внешним карбюратором, так и с внутренним впрыском топлива через форсунку 3, которая дополнительно снабжается автоматически обратным клапаном и подключается к топливопроводу низкого давления, поддерживаемого на уровне атмосферного, например, при помощи обычной поплавковой камеры. В этом случае впрыск топлива, в частности бензина, происходит автоматически на фазе разрежения (О-Il) такта впуска-выпуска, а его сгорание в отличие от рассмотренного цикла Дизеля происходит по изохорде (II-III) в ВМТ до давления Р3 с последующим расширением по адиабате (III-IV) и чередованием остальных этапов термодинамического цикла (фиг. 3) и круговой диаграммы (фиг. 2), которая имеет различные углы открытия и закрытия впускного 9 и выпускного 6 окон, так как они по своему зависят от несимметричных движений впускного 7 и выпускного 5 поршней.
Таким образом, предлагаемый трехтактный двигатель обеспечивает практически такой же автономный цикл высококачественного впуска-выпуска рабочей смеси, так и четырехтактный двигатель, с отдельными тактами впуска и выпуска и степенью расширения, превышающей степень сжатия при наличии рабочих тактов сжатия и расширения на каждом обороте коленвала как у двухтактных двигателей, но с ощутимым снижением на 30% по сравнению с продувкой расходом топлива и масла, циркулирующего лишь в картере двигателя, что резко улучшает его экономичность и экологичность. Кроме того, несложные конструктивные отличия предлагаемого двигателя касаются лишь деталей цилиндра и его крышки, поэтому возможно простое конвертирование существующих двух- и четырехтактных двигателей в трехтактные с соответствующим повышением удельной мощности и расширением функциональных возможностей газораспределения даже по отношению к базовому варианту двухтактного двигателя внутреннего сгорания с осевой продувкой. (56) Патент Германии N 243254, кл. 46 a4 10, 1910.
Формула изобретения: 1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндр с боковой камерой сгорания, впускным и выпускным окнами, первое из которых выполнено в головке цилиндра, а второе - в нижней части стенки цилиндра, рабочим поршнем, кинематически связанным с коленчатым валом, и оппозитным впускным поршнем, имеющим верхнее и нижнее днища и жестко связанный с верхним днищем шток, длина которого пропорциональна диаметру кривошипа, выполненный с возможностью перемещения в направляющей полости, расположенной в головке цилиндра, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, направляющая полость сообщена с впускным окном, шток впускного поршня выполнен полым и установлен с возможностью периодического входа в направляющую полость посредством возвратной пружины, установленной в полости штока и направляющей полости, причем впускной поршень выполнен толщиной, не превышающей осевой размер боковой камеры сгорания.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что днища впускного поршня выполнены в виде мембран из термостойкого материала.