Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к конструкции тепловых двигателей, в частности к двигателям внутреннего сгорания с возвратно-поступательно движущимися поршнями и может быть использовано в машиностроении при изготовлении, например наземных транспортных средств. Предлагаемый двигатель позволяет повысить эффективность и долговечность его работы в транспортных средствах. Двигатель внутреннего сгорания состоит из герметичного корпуса, внутри которого размещены две периферийные и центральная полости, периферийные полости выполнены в виде цилиндров с головками, в каждом цилиндре размещен поршень с возможностью возвратно-поступательного движения, поршни жестко связаны друг с другом, при этом в центральной полости размещено маховое колесо для преобразования кинетической энергии возвратно-поступательного движения во вращательное, обод которого снабжен глухими отверстиями, маховое колесо закреплено на линейном валу, ось которого ортогональна продольной оси цилиндров, глухие отверстия размещены под углом к образующей махового колеса по ходу его вращения, каждый из поршней делит цилиндры на камеру сгорания и камеру подачи, последняя заполнена жидким рабочим телом, а центральная полость сообщена с каждой камерой подачи жидкого рабочего тела посредством каналов подачи и возврата жидкого рабочего тела, которые размещены таким образом, что их стенки образуют полый карман для перепускания рабочего тела. 7 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к конструкции тепловых двигателей, в частности к двигателям внутреннего сгорания с возвратно-поступательно движущимися поршнями и может быть использовано в машиностроении при изготовлении, например наземных транспортных средств.

Широко известны двигатели внутреннего сгорания, в которых топливо сгорает непосредственно внутри цилиндров. Двигатель состоит из кривошипно-шатунного механизма, механизма газораспределения, системы охлаждения, смазочной системы, систем питания и зажигания, при этом кривошипно-шатунный механизм состоит из блока цилиндров, общей одной или нескольких головок цилиндров, поршней с кольцами и поршневыми пальцами, шатунов, коленчатого вала с подшипниками, маховика и поддона картера. [Луканин В.Н. и др. "Двигатели внутреннего сгорания", М. , Высшая школа, т.1, 1995 г. или "Легковой автомобиль. 400 неисправностей и способы их устранения", сост. Шабунин В.М., М., АСС-Центр, Герда, 1997 г., с. 19].

В известных двигателях кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Длительная работа двигателей (около 100 тыс. км. пробега) приводит к тому, что из-за давления шатуна на стенку цилиндра, последний приобретает элипсообразную форму. Это требует расточки цилиндра и приводит к увеличению его диаметра, что, в свою очередь требует установки новых колец. Использование известной конструкции двигателя не обеспечивает желаемую долговечность и надежность работы. Двигатель характеризуется невысоким коэффициентом полезного действия (КПД) и сложностью конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому двигателю является двухходовой линейный двигатель Штельцера. Двигатель состоит из корпуса, в котором выполнены цилиндрические расточки, разделяющие корпус на две периферийные и центральную полости, и поршневого блока, установленного с возможностью свободного возвратно-поступательного движения, поршневой блок снабжен тремя поршнями, жестко закрепленными на одной оси, при этом два поршня являются рабочими и размещены на противоположных концах поршневого блока с возможностью возвратно-поступательного движения в периферийных полостях корпуса и один компрессионный, размещенный в средней части поршневого блока с возможностью возвратно-поступательного движения в центральной полости корпуса. [Изобретатель и рационализатор, N 5, 1990 г., с. 44].

Известный двигатель внутреннего сгорания характеризуется высоким КПД, предельной простотой кинематической схемы, отсутствием кривошипно-шатунного механизма, а также распределительного вала с кулачками, толкателями и клапанами в механизме газораспределения. Это позволяет увеличить надежность и долговечность двигателя. Однако использование его для приведения в движение транспортного средства трудно реализуемо.

Задача изобретения - повышение эффективности и долговечности работы двигателя в транспортных средствах.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый двигатель внутреннего сгорания состоит из герметичного корпуса, внутри которого размещены две периферийные и центральная полости, периферийные полости выполнены в виде цилиндров с головками, в каждом цилиндре размещен поршень с возможностью возвратно-поступательного движения, поршни жестко связаны друг с другом, а в центральной полости размещено маховое колесо для преобразования кинетической энергии возвратно-поступательного движения во вращательное, обод которого снабжен глухими отверстиями, маховое колесо закреплено на линейном валу, ось которого ортогональна продольной оси цилиндров, глухие отверстия размещены под углом к образующей махового колеса по ходу его вращения, каждый из поршней делит цилиндры на камеру сгорания и камеру подачи, последняя заполнена жидким рабочим телом, а центральная полость сообщена с каждой камерой подачи жидкого рабочего тела посредством каналов подачи и возврата жидкого рабочего тела, последние размещены таким образом, что их стенки образуют полый карман для перепускания рабочего тела.

Маховое колесо установлено на валу с возможностью передачи вращательного движения и снабжено опорным подшипником. Глухие отверстия размещены по ободу махового колеса по ходу движения под острым углом к образующей, а профиль отверстий выполнен с возможностью создания тангенциального направления движения рабочего тела. Камера сгорания снабжена системой принудительного поджига, размещенной на головке цилиндра и снабженной датчиком положения, форсункой для подачи топливной смеси и выпускным отверстием. Поршни жестко связаны между собой соединительными тягами. Канал подачи рабочего тела в центральную полость выполнен в форме воронки, выходное отверстие которой направлено к глухим отверстиям махового колеса. Канал возврата рабочего тела в камеру подачи снабжен обратным клапаном. Объем жидкого рабочего тела соизмерим с суммой объемов глухих отверстий на маховом колесе, а площадь отверстия канала возврата равна площади глухого отверстия. В качестве жидкого рабочего тела может быть использован антифриз. Корпус выполнен из любого известного конструкционного металла, например, стали, алюминия и др.

Сравнение предлагаемого двигателя с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна", т.к. предложено новое решение основных конструктивных узлов двигателя внутреннего сгорания, в частности центральной части корпуса, обеспечивающей эффективное преобразование кинетической энергии возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение линейного вала.

Несмотря на то, что использование махового колеса давно известно в науке и технике для аккумуляции механической энергии в машинах с неравномерным вращающим моментом, дополнительное размещение глухих отверстий в его ободе обеспечивает одновременное выполнение им функции крыльчатки. Предложенная конструкция двигателя в целом и его отдельных конструктивных элементов, характеризуется новой совокупностью существенных признаков и обеспечивает получение нового технического результата - повышение КПД, надежности и долговечности работы двигателя в транспортных средствах. Кроме того, применение предлагаемой конструкции позволит снизить материалоемкость и массогабаритные показатели двигателей за счет существенного упрощения двигателя по сравнению с традиционно применяемыми.

Все вышеизложенное позволяет утверждать о соответствии заявляемого двигателя внутреннего сгорания критерию "изобретательский уровень".

Заявляемый двигатель внутреннего сгорания иллюстрируется следующим.

На фиг. 1 изображен общий вид двигателя внутреннего сгорания в разрезе, на фиг. 2 - узел центральной части корпуса.

Заявляемый двигатель состоит из корпуса 1, цилиндров 2 и 3, образуемых его периферийными полостями, с головками 4 и 5. В цилиндрах 2 и 3 размещены поршни 6 и 7, жестко связанные между собой соединительными тягами 8. В центральной полости корпуса 1 установлено маховое колесо 9, которое закреплено на валу 10, опорный подшипник 11. Обод махового колеса 9 снабжен глухими отверстиями 12, которые расположены под углом к образующей. Поршни 6 и 7 делят цилиндры 2 и 3 на камеру сгорания 13 и камеру подачи 14 жидкого рабочего тела. Камера сгорания 13 снабжена свечой зажигания 15, соединенная с датчиком положения 16, форсункой 17 для подачи топливной смеси и выпускным отверстием 18. Камера подачи жидкого рабочего тела 14 сообщена с маховым колесом посредством каналов подачи 19 и каналов возврата 20, стенки которых образуют карман 21 для перепускания рабочего тела. Поршни 6 и 7 снабжены уплотнительными кольцами. Соединительные тяги 8 размещены в направляющих, выполненных в корпусе 1.

Устройство работает следующим образом.

Горючую смесь подают в камеру сгорания 13 при положении поршня 7 в положении нижней мертвой точки. При контакте поршня 6, перемещающегося в положение верхней мертвой точки, с датчиком положения 16 срабатывает свеча зажигания 15, происходит воспламенение горючей смеси, и поршень 6 под действием возникающего давления перемещается в нижнюю мертвую точку, выдавливая рабочее тело из камеры подачи 14 через канал подачи 19 на глухие отверстия 12 махового колеса 9. Маховое колесо 9 под действием давления рабочего тела приводится во вращение, а вращательный момент передается валу 10. Одновременно с движением поршня 6 вниз к нижней мертвой точке, жестко связанный с ним поршень 7 в противофазе перемещается вверх, достигая верхней мертвой точки. В цилиндре 3 открывается камера подачи 14 рабочего тела, в которую из глухих отверстий 12 движущегося махового колеса 9 через канал возврата 20 с обратным клапаном 21 перемещается рабочее тело. При нахождении поршня 7 в положении верхней мертвой точки срабатывает датчик положения 16 и свеча зажигания 15, расположенная на головке 5 цилиндра 3, происходит воспламенение горючей смеси и рабочий цикл повторяется. Карманы 22 выполняют функцию буферной емкости.

Заявляемый двигатель внутреннего сгорания характеризуется относительной простотой конструкции, отсутствием быстроизнашивающихся конструктивных узлов и необходимостью регулярного восстановления узлов трения, не подвержен перегревам. Все это обеспечивает длительный эксплуатационный ресурс и надежность двигателя. Заявляемая конструкция обеспечивает высокую эффективность преобразования энергии сжигания горючей смеси в механическую энергию вращательного движения линейного вала.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, состоящий из герметичного корпуса, внутри которого размещены две периферийные и центральная полости, периферийные полости выполнены в виде цилиндров с головками, в каждом цилиндре размещен поршень с возможностью возвратно-поступательного движения, поршни жестко связаны друг с другом, отличающийся тем, что в центральной полости размещено маховое колесо, обод которого снабжен глухими отверстиями, маховое колесо закреплено на линейном валу, ось которого ортогональна продольной оси цилиндров, глухие отверстия размещены под углом к образующей махового колеса по ходу его вращения, каждый из поршней делит цилиндры на камеру сгорания и камеру подачи, камера подачи заполнена жидким рабочим телом, центральная полость сообщена с каждой камерой подачи жидкого рабочего тела посредством каналов подачи и возврата жидкого рабочего тела, последние размещены друг относительно друга с возможностью образования полого кармана.

2. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что глухие отверстия размещены под острым углом к образующей махового колеса, а их профиль выполнен с возможностью создания тангенциального направления движения рабочего тела.

3. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что маховое колесо установлено на валу с возможностью передачи последнему вращательного движения.

4. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что камера сгорания снабжена системой принудительного поджига, размещенной на головке цилиндра и снабженной датчиком положения, форсункой для подачи топливной смеси и выпускным отверстием.

5. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что поршни связаны между собой соединительными тягами.

6. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что канал подачи жидкого рабочего тела выполнен в форме воронки, выходное отверстие которой направлено к глухим отверстиям махового колеса.

7. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что канал возврата жидкого рабочего тела снабжен обратным клапаном.

8. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что площадь отверстия канала возврата жидкого рабочего тела равна площади глухого отверстия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2