Патент на изобретение №2246629

(54) СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ДВС (ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ) И ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения. Технический результат заключается в возможности повышения эффективности использования двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Способ оптимизации работы ДВС включает в себя рабочий ход, продувку, всасывание рабочей смеси, сжатие и повторение рабочего цикла при возвратно-поступательном движении рабочего поршня и вращательном движении его кривошипа, возвратно-поступательном движении вспомогательного поршня, который размещен в общем цилиндре с рабочим поршнем, и угловых перемещениях кривошипа вспомогательного поршня. При повороте кривошипа рабочего поршня относительно В.М.Т. на угол 50-70 град. вспомогательный поршень перемещают однонаправленно с рабочим со скоростью, близкой к скорости рабочего поршня. Затем до положения 120-140 град. поступательное перемещение вспомогательного поршня приостанавливают и возобновляют после 120-140 град. в направлении движения рабочего поршня. В интервале от 140-160 град. до 200-220 град. вспомогательный поршень перемещают однонаправленно с рабочим со скоростью, близкой к скорости рабочего поршня. В интервале от 200-220 град. до 300-320 град. вспомогательный поршень перемещают однонаправленно с рабочим со скоростью большей, чем скорость рабочего поршня. Далее рабочий цикл ДВС повторяется. Согласно изобретению способ оптимизации работы ДВС осуществляется в двигателе, содержащем, по меньшей мере, один цилиндр и размещенные в нем с возможностью встречного движения два поршня, соединенные с соответствующими валами. При этом вал одного из поршней снабжен средством взаимодействия с валом второго из поршней и с клапаном/клапанами впуска рабочей смеси, который размещен в теле одного из поршней и выполнен в виде поршня, связанного с толкателем. При этом средство взаимодействия валов, связанных с поршнями, выполнено в виде шатунов и кривошипов. Один из кривошипов имеет на оси жестко закрепленную зубчатую шестерню, кинематически связанную с зубчатым колесом, установленным на неподвижной опоре с возможностью взаимодействия с валом, связанным с двуплечим коромыслом, которое в свою очередь связано с шатуном, взаимодействующим с одним из валов. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Предложенное решение относится к области машиностроения и может быть использовано также в иных отраслях промышленности и в быту, в частности возможно использование в двигателестроении (сравнение см. аналоги). Аналоги: RU 2078963, 15.03.94; GB 1432408, 18.07.72.

Указанные аналоги имеют недостаточную эффективность в практическом использавании, ограниченную область применения.

Техническая задача состоит в повышении эффективности практического использования, оптимизации работы ДВС и расширении области его применения.

Сущность предлагаемого решения технической задачи состоит в том, что в способе оптимизации работы ДВС, включающем рабочий ход, продувку, всасывание рабочей смеси, сжатие и повторение рабочего цикла при возвратно-поступательном движении рабочего поршня и вращательном движении его кривошипа, осуществляют возвратно-поступательное движение размещенного в общем цилиндре с рабочим поршнем вспомогательного поршня и угловые перемещения его кривошипа, при этом при повороте кривошипа рабочего поршня относительно В.М.Т. на угол до 50-70 град. вспомогательный поршень перемещают однонаправленно с рабочим со скоростью, близкой к скорости рабочего поршня, затем до положения 120-140 град. поступательное перемещение вспомогательного поршня приостанавливают и возобновляют после 120-140 град. в направлении движения рабочего поршня со скоростью, превышающей скорость рабочего поршня, в интервале от 140-160 до 200-220 град. вспомогательный поршень перемещают однонаправленно с рабочим со скоростью, близкой к скорости рабочего поршня, в интервале от 200-220 до 300-320 град. вспомогательный поршень перемещают однонаправленно с рабочим со скоростью большей, чем скорость рабочего поршня, далее рабочий цикл ДВС повторяется.

Также в осуществление предлагаемого решения технической задачи и для реализации способа сущность конструктивной реализации состоит в том, что:

– имеются, по меньшей мере, один цилиндр двигателя, размещенные в нем, с возможностью встречного движения, два поршня, соединенные с соответствующими валами, причем вал одного из поршней снабжен средством взаимодействия с валом второго из поршней и с клапаном/клапанами впуска рабочей смеси, при этом:

– клапан/клаланы впуска рабочей смеси размещен в теле одного из поршней, выполнен в виде поршня, связанного с толкателем;

– средство взаимодействия валов, связанных с поршнями, выполнено в виде шатунов, кривошипов, один из которых имеет на оси жестко закрепленную зубчатую шестерню, кинематически связанную с зубчатым колесом, установленным на неподвижной опоре с возможностью взаимодействия с валом, связанным с двуплечим коромыслом;

– двуплечее коромысло связано с шатуном, взаимодействующим с одним из валов.

Предложенное решение поясняется чертежом, где позициями обозначены:

1 – цилиндр; 2 – рабочий поршень; 3 – вспомогательный поршень; 4 – клапан впуска; 5 – впускные окна; 6 – выпускные окна; 7 – шатун; 8 – кривошип; 9 – шатун; 10 – кривошип; 11 – зубчатая шестерня; 12 – конец коромысла; 13 – зубчатое колесо; 14 – шатун; 15 – вспомогательный кривошип; 16 – второй конец коромысла; 17 – коромысло.

Работа: Цель достигается тем, что в заявленном способе работы двигателя максимальное рабочее давление создается к моменту поворота кривошипа на 50-70 град. от В.М.Т. (путем поддержания оптимальной степени сжатия в интервале 30-70 град. от В.М.Т. – вспомогательный поршень перемещается одновременно с рабочим поршнем в одном направлении). При протекании процесса расширения (рабочий ход) – в интервале поворота кривошипа от 50-70 до 140-160 град. от В.М.Т. рабочий поршень совершает рабочий ход и в конце процесса расширения (около 120-140 град. от В.М.Т.) рабочий поршень открывает выпускные окна (120-140 град. – 200-220 от В.М.Т.) (в интервале 50-70 град. – 120-140 град. от В.М.Т. – вспомогательный поршень практически не перемещается).

При достижении угла поворота кривошипа 120-140 град. от В.М.Т. начинается перемещение вспомогательного поршня, совпадающее с направлением движения рабочего поршня, со скоростью, превышающей скорость перемещения рабочего поршня. В интервале 130-160 град. от В.М.Т. клапан впуска воздушной смеси, расположенный в рабочем поршне, выполненный в виде поршня, (конструкция клапана условно не показана) открывает впускные окна, находящиеся в рабочем поршне, – начале продувки межпоршневого пространства.

При повороте кривошипа на 140-160 град. – 200-220 град. от В.М.Т. происходит максимально возможное сближение поршней (практически отсутствие оставшихся отработанных газов в виду малого объема межпоршневого пространства) – продувка и завершение процесса выпуска. С момента поворота кривошипа на 200-220 град. до 300-320 град. от В.М.Т. происходит процесс впуска (скорость перемещения вспомогательного поршня превышает скорость перемещения рабочего поршня – межпоршневое пространство увеличивается) и к моменту поворота кривошипа на 300-320 град. от В.М.Т. клапан впуска закрывает впускные окна – начинается сближение поршней (уменьшение межпоршневого пространства) – процесс сжатия.

РАБОТА ПОРШНЕВОЙ МАШИНЫ: Поршневая машина работает следующим образом:

При повороте рабочего кривошипа 8 ведущего вала от В.М.Т. начинает перемещаться рабочий поршень 2, соединенный с кривошипом 8 шатуном 7, одновременно в этом же направлении перемещается вспомогательный поршень 3, соединенный шатуном 9 с кривошипом 10 вспомогательного поршня 3. Кривошип 10 вспомогательного поршня 3 установлен на ближнем к цилиндру 1 конце 12 двуплечего коромысла 17, имеет на оси жестко закрепленную шестерню 11, которая входит в зацепление с зубчатым колесом 13, установленным на неподвижной опоре. Вспомогательный поршень 3 перемещается со скоростью, близкой к скорости рабочего поршня 2 (происходит перемещение вниз ближнего к цилиндру 1 конца 12 двуплечего коромысла 17, второй конец 16 коромысла 17 соединен шатуном 14 с вспомогательным кривошипом 15 ведущего вала), к моменту поворота кривошипа 8 на 50-70 град. от В.М.Т. объем между поршнями становится равным номинальному объему камеры сгорания (степени сжатия), а давление рабочей среды – максимальным. При дальнейшем повороте кривошипа 8 ведущего вала вспомогательный поршень 3 практически не перемещается (происходит вращение кривошипа 10 при практически неподвижном коромысле 17), а рабочий поршень 2 совершает рабочий ход. Происходит процесс расширения. При достижении кривошипом 8 угла поворота 120-140 град. от В.М.Т. начинается перемещение вспомогательного поршня 3 (вращение кривошипа 10 и перемещение конца 12 двухплечего коромысла 17 вверх), совпадающее с направлением движения рабочего поршня 2, со скоростью, превышающей скорость перемещения рабочего поршня 2, рабочий поршень 2 открывает выпускные окна 6 – процесс вытеснения отработанных газов. В интервале поворота кривошипа 8 ведущего вала от 140-160 до 200-220 град. от В.М.Т. происходит сближение поршней 2 и 3 с созданием возможного минимального объема между поршнями, клапан впуска воздушной смеси 4, расположенный в рабочем поршне 2, открывает впускные окна 5 рабочего поршня 2 – производится продувка и завершение процесса вытеснения отработанных газов. В интервале поворота рабочего кривошипа 8 с 200-220 до 300-320 град. от В.М.Т. объем между поршнями 2 и 3 увеличивается – происходит процесс впуска. К моменту поворота кривошипа 8 на 300-320 град. от В.М.Т. начинается сближение поршней 2 и 3 и клапан впуска 4 закрывает впускные окна 5 – процесс сжатия в интервале поворота кривошипа ведущего вала 8 с 300-320 до 410-430 град, от В.М.Т.

Формула изобретения

1. Способ оптимизации работы ДВС, включающий рабочий ход, продувку, всасывание рабочей смеси, сжатие и повторение рабочего цикла при возвратно-поступательном движении рабочего поршня и вращательном движении его кривошипа, возвратно-поступательном движении размещенного в общем цилиндре с рабочим поршнем вспомогательного поршня и угловых перемещениях его кривошипа, отличающийся тем, что при повороте кривошипа рабочего поршня относительно В.М.Т. на угол 50-70 град. вспомогательный поршень перемещают однонаправленно с рабочим со скоростью, близкой к скорости рабочего поршня, затем до положения 120-140 град. поступательное перемещение вспомогательного поршня приостанавливают и возобновляют после 120-140 град. в направлении движения рабочего поршня, в интервале от 140-160 до 200-220 град. вспомогательный поршень перемещают однонаправленно с рабочим со скоростью, близкой к скорости рабочего поршня, в интервале от 200-220 до 300-320 град. вспомогательный поршень перемещают однонаправленно с рабочим со скоростью большей, чем скорость рабочего поршня, далее рабочий цикл ДВС повторяется.

2. Двигатель внутреннего сгорания для осуществления способа оптимизации работы ДВС, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, размещенные в нем с возможностью встречного движения два поршня, соединенные с соответствующими валами, отличающийся тем, что вал одного из поршней снабжен средством взаимодействия с валом второго из поршней и с клапаном/клапанами впуска рабочей смеси, размещенным в теле одного из поршней и выполненным в виде поршня, связанного с толкателем, при этом средство взаимодействия валов, связанных с поршнями, выполнено в виде шатунов, кривошипов, один из которых имеет на оси жестко закрепленную зубчатую шестерню, кинематически связанную с зубчатым колесом, установленным на неподвижной опоре с возможностью взаимодействия с валом, связанным с двуплечим коромыслом, которое, в свою очередь, связано с шатуном, взаимодействующим с одним из валов.

РИСУНКИ