Патент на изобретение №2213872
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ГРИБОВИДНЫМ ПОРШНЕМ
(57) Реферат: Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршни грибовидной формы с большим диаметром в верхней части и с меньшим диаметром в нижней части, гильзы цилиндров, в нижней части имеющие выступ с отверстием, равным меньшему диаметру поршня, полости камер сгорания, дополнительные камеры сгорания и переходные каналы, которые сообщают дополнительную камеру левого цилиндра с полостью камеры сгорания правого цилиндра, полость камеры сгорания левого цилиндра – с дополнительной камерой правого цилиндра, обеспечивая во время рабочего хода в левом цилиндре перетекание рабочих газов из полости камеры сгорания левого цилиндра в дополнительную камеру правого цилиндра, при этом в правом цилиндре происходит сжатие, поршень левого цилиндра сжимает воздух в дополнительной камере, который через переходной канал перетекает в полость камеры сгорания правого цилиндра, а при рабочем ходе в правом цилиндре газы из полости камеры сгорания правого цилиндра перетекают в дополнительную камеру левого цилиндра, а из дополнительной камеры правого цилиндра отработанные газы перетекают в полость камеры сгорания левого цилиндра, где происходит такт выпуска, причем при такте впуска в полости камеры сгорания левого цилиндра и в дополнительной камере правого цилиндра, в полости камеры сгорания правого цилиндра и в дополнительной камере сгорания левого цилиндра происходит такт выпуска, а при такте сжатия в полости камеры сгорания левого цилиндра и в дополнительной камере правого цилиндра, в дополнительной камере сгорания левого цилиндра и в полости камеры сгорания правого цилиндра происходит такт впуска. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции. 8 ил. Четырехтактный ДВС с грибовидным поршнем по принципу работы, используемому основными узлами и агрегатами, аналогичен существующим ДВС. Внесенные изменения имеют целью увеличение удельной мощности, что и определит его область применения. Существует многоцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с дифференциальным поршнем (патент DE 2223608). В нем дифференциальный поршень движется в цилиндре, имеющем в верхней части больший, а в нижней меньший диаметр, и образует две полости – камеру сгорания вверху и компрессионную камеру внизу. Эти камеры соединены между собой в определенном порядке через пустотелый вращающийся газораспределительный вал. Такая конструкция позволяет осуществить дополнительную подачу воздуха в камеру сгорания на такте впуска, вентиляцию камер сгорания на такте окончания рабочего хода, начала выпуска и передачу части энергии поршня, движущегося под воздействием рабочих газов, поршням других цилиндров, находящимся в противофазе. Недостатки: – процесс подачи дополнительного воздуха в камеру сгорания малоэффективен, т.к. не позволяет повысить давление во время впуска воздуха, – вентиляция камер сгорания в конце рабочего хода требует повысить давление в перепускных каналах до большего значения, что усложняет конструкцию, – количество воздуха, подаваемое на продувку, не может быть отрегулировано, определяется конструктивно, – передача энергии поршням других цилиндров при такой конструкции не может производиться плавно и постоянно, а производится скачкообразно, что ухудшает плавность работы двигателя, – конструкция неоправданно усложнена и нетехнологична (в цилиндрах введены три дополнительных отверстия, усложнен газораспределительный механизм, забор атмосферного воздуха производится в двух местах). Другим вариантом улучшения использования объема двигателя является двухтактный двигатель внутреннего сгорания (патент RU 2054128 C1). Он имеет самое меньшее два цилиндра одного диаметра, в которых двигаются поршни со штоками. Устройство приведено на фиг.7. Как и в предыдущем, поршень делит цилиндр на две полости. Верхняя полость одного цилиндра перепускным каналом 3, 4 с односторонним клапаном 14 с нижней другого цилиндра. Впускные клапаны расположены в нижней полости, выпускные 7 в верхней. В нижней полости происходит такт впуска и сжатия, в верхней – рабочий ход и выпуск. Недостатки: – необходимо крейцкопфное соединение шатуна со штоком, – из-за того, что объем верхней полости, переходного канала и воздуха, потраченного на продувку, больше объема нижней полости, жестче ограничен по времени момент поджигания топлива (воздух будет быстрее расширяться и терять температуру, чем сжимался), – момент начала продувки определяется регулировкой односторонних клапанов перепускных каналов и жестко не связан с моментом поджигания топлива, – скачок давления в нижней полости в момент начала продувки ухудшает плавность работы двигателя. Основным преимуществом двухтактных двигателей перед четырехтактными является большая удельная мощность. А удельная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей двигателя, определяющих плавность его работы. В предлагаемом четырехтактном двигателе решается задача увеличения удельной мощности при повышении плавности и устойчивости работы. Прототипом ДВС с грибовидным поршнем по принципу воздействия рабочих газов является двигатель двойного действия (Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. А. С. Орлин. М.: Машиностроение, 1970 г.) Его устройство приведено на фиг.1. Обозначения: 6 – цилиндр, 10 – поршень, 11 – шток, 12 – крейцкопф, 13 – шатун. Поршень соединен с коленвалом через крейцкопф и шатун. Крейцкопф обеспечивает прямолинейное движение штока. Преимущества: увеличение количества тактов в два раза за единицу времени, отсюда увеличение удельной мощности на 80-85%. Недостатком является сложность конструкции. Четырехтактный ДВС с грибовидным поршнем отличается от прототипа тем, что в нем применен поршень с большим диаметром в верхней части и меньшим в нижней и копирующий его форму цилиндр (если поршень находится в НМТ). Такое его устройство позволяет ввести кроме основной камеры сгорания, расположенной над поршнем, и дополнительную, расположенную между утолщением поршня и выступом цилиндра. Основным элементом, присущим и двигателю двойного действия, и двигателю с грибовидным поршнем, является наличие двух камер сгорания. Отличия: – в двигателе с грибовидным поршнем полость 2 камеры сгорания (нижняя) не имеет своих клапанов и форсунки и соединена переходным каналом с полостью 1 (верхней) соседнего цилиндра, – в предлагаемом двигателе нет крейцкопфа и штока, – количество тактов за единицу времени не увеличено, но действие одного такта распределено сразу на два цилиндра, – объем полости 1 существенно больше объема полости 2. Таким образом, двигатель с грибовидным поршнем реализует основные преимущества двигателя двойного действия при значительном упрощении конструкции. Решение задачи заключается в том, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршни грибовидной формы с утолщением, с большим диаметром в верхней части и с меньшим диаметром в нижней части, гильзы цилиндров, имеющие диаметр, равный большему диаметру поршня в верхней части, а в нижней части имеющие выступ с отверстием, равным меньшему диаметру поршня, полости камер сгорания, расположенные над поршнями, полости между утолщением поршня и выступом гильзы, являющиеся дополнительными камерами, и переходные каналы, которые сообщают дополнительную камеру левого цилиндра с полостью камеры сгорания правого цилиндра, и полость камеры сгорания левого цилиндра – с дополнительной камерой правого цилиндра, обеспечивая во время рабочего хода в левом цилиндре перетекание рабочих газов из полости камеры сгорания левого цилиндра в дополнительную камеру правого цилиндра, при этом в правом цилиндре происходит сжатие, поршень левого цилиндра сжимает воздух в дополнительной камере, который через переходной канал перетекает в полость камеры сгорания правого цилиндра, а при рабочем ходе в правом цилиндре газы из полости камеры сгорания правого цилиндра перетекают в дополнительную камеру левого цилиндра, а из дополнительной камеры правого цилиндра отработанные газы перетекают в полость камеры сгорания левого цилиндра, где происходит такт выпуска, причем при такте впуска в полости камеры сгорания левого цилиндра и в дополнительной камере правого цилиндра, в полости камеры сгорания правого цилиндра и в дополнительной камере сгорания левого цилиндра происходит такт выпуска, а при такте сжатия в полости камеры сгорания левого цилиндра и в дополнительной камере правого цилиндра, в дополнительной камере сгорания левого цилиндра и в полости камеры сгорания правого цилиндра происходит такт впуска. Графический материал. Фиг.1. Двигатель внутреннего сгорания двойного действия. Фиг. 2. Продольный разрез двигателя внутреннего сгорания с грибовидным поршнем. Фиг. 3. Работа двухцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с грибовидным поршнем по тактам. Фиг.4. Таблица очередности тактов двухцилиндрового двигателя с грибовидным поршнем. Фиг.5. График изменения силы  по фазам вращения коленчатого вала.
Фиг. 6. Схема сил, действующих на поршень и коленчатый вал обычного двигателя на такте рабочий ход.
Фиг.7. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, патент RU 2054128 С1,Фиг. 8. Продольный разрез четырехцилиндрового двигателя с грибовидным поршнем. Устройство двигателя внутреннего сгорания с грибовидным поршнем приведено на фиг.2. Полость 1 является основной, а полость 2 дополнительной камерами сгорания. Полость 2 занимает объем между утолщением поршня 5 и выступом гильзы цилиндра 6. Полость 2 левого цилиндра соединена переходным каналом 3 с полостью 1 правого, а полость 1 левого цилиндра переходным каналом 4 с полостью 2 правого. Остальные обозначения: 7 – клапаны, 8 – форсунки или свечи, 9 – компрессионные кольца. Фиг. 3. Принцип работы на примере двухцилиндрового дизельного двигателя, поршни и клапаны изображены в положении начала такта без учета углов опережения. А. В левом цилиндре впрыск топлива, начало такта рабочий ход. При движении от верхней до нижней мертвой точки поршень своим телом открывает переходной канал А и рабочие газы из полости 1 левого цилиндра перетекают в полость 2 правого, воздействуя на поршни обоих цилиндров. В правом цилиндре такт сжатия. Поршень левого цилиндра сжимает воздух в полости 2, который через переходный канал 3 перетекает в полость 1 правого цилиндра. Б. Рабочий ход в полости 1 правого цилиндра. При движении поршня открывается переходной канал 3 и рабочие газы из полости 1 правого цилиндра перетекают в полость 2 левого. Из полости 2 правого цилиндра отработанные газы через канал 4 перетекают в полость 1 левого, происходит такт выпуска. В. Левый цилиндр – такт впуска в полости 1 и в полости 2 правого цилиндра. В полости 2 левого и в полости 1 правого – выпуск. Г. В полости 1 левого цилиндра и в полости 2 правого такт сжатия. В полости 2 левого и полости 1 правого – впуск. Фиг. 6. Схема сил, действующих на поршень и коленчатый вал.  – результирующая всех сил, действующих на поршень. В точке соединения поршня с шатуном она раскладывается на силу  , направленную перпендикулярно к оси поршня, и силу  , направленную вдоль оси шатуна. В свою очередь сила  в точке соединения шатуна с коленчатым валом раскладывается на силу  – нормальную, направленную к центру вращения, и силу  – направленную по касательной к окружности вращения и создающую момент вращения.
Фиг. 5. График зависимости силы  от фазы вращения коленчатого вала. Выполнен в одном масштабе.
А. График зависимости силы  для обычного двигателя с двумя цилиндрами со сдвигом тактов на 180o (Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. А.С. Орлин. М.: Машиностроение, 1970 г.):– – – – левый цилиндр, –  – – правый цилиндр,——– результирующая. Б, В. Графики изменения силы  в двигателе с грибовидным поршнем для левого и правого цилиндров соответственно. Очередность тактов из таблицы фиг. 4. Принимается, что объем полости 1 в два раза больше объема полости 2, а их сумма равна объему камеры сгорания обычного двигателя, график А:– – – – полость 1, – – – полость 2,——- результирующая. Г. График суммарной силы  обоих цилиндров двигателя с грибовидным поршнем.
Из сравнения результирующих сил Т обычного двигателя и двигателя с грибовидным поршнем видно, что второй обладает большей плавностью работы на тактах сжатия и рабочий ход.
Фиг. 7. Вариант четырехтактного (или кратного четырем) двигателя с грибовидным поршнем. Отличается от рассматриваемого тем, что не имеет переходного канала 4, полости 1 и 2 всех цилиндров соединены последовательно в кольцо.
Формула изобретения Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршни грибовидной формы с утолщением, с большим диаметром в верхней части и с меньшим диаметром в нижней части, гильзы цилиндров, имеющие диаметр, равный большему диаметру поршня в верхней части, а в нижней части имеющие выступ с отверстием, равным меньшему диаметру поршня, полости камер сгорания, расположенные над поршнями, полости между утолщением поршня и выступом гильзы, являющиеся дополнительными камерами сгорания, и переходные каналы, отличающийся тем, что переходные каналы сообщают дополнительную камеру левого цилиндра с полостью камеры сгорания правого цилиндра, и полость камеры сгорания левого цилиндра с дополнительной камерой правого цилиндра, обеспечивая во время рабочего хода в левом цилиндре перетекание рабочих газов из полости камеры сгорания левого цилиндра в дополнительную камеру правого цилиндра, при этом в правом цилиндре происходит сжатие, поршень левого цилиндра сжимает воздух в дополнительной камере, который через переходной канал перетекает в полость камеры сгорания правого цилиндра, а при рабочем ходе в правом цилиндре газы из полости камеры сгорания правого цилиндра перетекают в дополнительную камеру левого цилиндра, а из дополнительной камеры правого цилиндра отработанные газы перетекают в полость камеры сгорания левого цилиндра, где происходит такт выпуска, причем при такте впуска в полости камеры сгорания левого цилиндра и в дополнительной камере правого цилиндра, в полости камеры сгорания правого цилиндра и в дополнительной камере сгорания левого цилиндра происходит такт выпуска, а при такте сжатия в полости камеры сгорания левого цилиндра и в дополнительной камере правого цилиндра, в дополнительной камере сгорания левого цилиндра и в полости камеры сгорания правого цилиндра происходит такт впуска. РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 18.10.2005
Извещение опубликовано: 10.11.2006 БИ: 31/2006
|
||||||||||||||||||||||||||
