Способ сжатия воздушно-топливной смеси и использования горячих газов высокого давления в двигателе внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. В двигателе внутреннего сгорания применен пирамидальный двухцилиндровый поршень, рабочий поршень которого имеет уменьшенный диаметр и находится в цилиндре с соответственно уменьшенным рабочим объемом, половина которого меньше объема камеры сгорания, и двигатель работает в соответствии с новым способом сжатия воздушно-топливной смеси и использования горячих газов высокого давления в двигателе, который отличается тем, что сжатие воздушно-топливной смеси в камере сгорания создают в основном компрессором, а также рабочим поршнем, находящимся в цилиндре с рабочим объемом, половина которого меньше объема камеры сгорания, а горячие газы высокого давления воздействуют на рабочий поршень в цилиндре уменьшенного диаметра с рабочим объемом, половина которого меньше объема камеры сгорания. В результате чего и достигается экономия топлива. 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, коленчатый вал, камеру сгорания, впускной клапан воздушно-топливной смеси в камеру сгорания, впускной продувочный клапан сжатого воздуха, выпускной клапан, свечу зажигания, цилиндры с двухцилиндровым поршнем /патент США N 1722201, F 02 В 33/14, 1928/.

В этом изобретении описан и способ сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания поршнем с помощью компрессора, объем которого разграничивается от объема камеры сгорания. Это изобретение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком изобретения является неэффективный способ использования горячих газов высокого давления.

В прототипе воспламенение воздушно-топливной смеси в камере сгорания происходит сразу после процесса сжатия воздушно-топливной смеси до максимального значения, что приводит к образованию горячих газов максимального давления. В этот момент поршень давит на коленчатый вал через шатун, имея минимальный рычаг воздействия, так как колено коленчатого вала и шатун в этот момент находятся практически почти на одной линии.

После прохождения четверти круга коленчатым валом из внутренней /верхней/ мертвой точки /ВМТ/ к наружной /нижней/ мертвой точке /НМТ/, шатун имеет максимальный рычаг воздействия на колено коленчатого вала, но в это время поршень прошел половину своего пути S. Объем камеры сгорания V_c увеличился на рабочего объема цилиндра. И объем увеличенной камеры сгорания V_a стал равен: то есть в несколько раз больше, так как половина рабочего объема цилиндра в несколько раз больше объема камеры сгорания.

Пропорционально увеличенному объему, во столько же раз уменьшилось давление газов на поршень. Если обобщить вышесказанное, можно сделать вывод, что прототип работает по принципу: есть максимальное давление газов на поршень - шатун имеет маленький рычаг воздействия на колено коленчатого вала, появился у шатуна максимальный рычаг воздействия на колено коленчатого вала - давление газов на поршень уменьшилось в несколько раз. Что неэффективно и ведет к перерасходу топлива.

Задачей изобретения является более эффективное использование горячих газов высокого давления, экономия топлива и увеличение мощности двигателя.

Поставленная задача решается за счет того, что необходимую /расчетную/ величину степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания создают в основном компрессором, а также поршнем, находящимся в цилиндре, половина рабочего объема которого меньше объема камеры сгорания, а горячие газы высокого давления воздействуют на поршень только в цилиндре, половина рабочего объема которого меньше объема камеры сгорания.

В заявленном изобретении работает эффективная система использования газов высокого давления, полученных в результате сгорания топлива, что приводит к многократной экономии топлива.

Двигатель внутреннего сгорания изображен на чертеже: на фиг. 1 - двигатель внутреннего сгорания с пирамидальным поршнем, пирамидальный поршень находится в положении ВМТ.

На фиг. 2 - двигатель внутреннего сгорания с пирамидальным поршнем, пирамидальный поршень находится в положении из ВМТ к НМТ.

Двухцилиндровый поршень имеет название пирамидальный, так как он состоит из двух поршней, находящихся в двух цилиндрах, поршни имеют разные диаметры, выполняют разные функции, но представляют собой двухцилиндровый поршень, в устройстве которого соблюден принцип построения пирамиды.

Двигатель внутреннего сгорания содержит: картер 1, цилиндр 2 компрессора, впускной продувочный клапан 3 сжатого воздуха и выпускной продувочный клапан 4, головку 5 цилиндра, пирамидальный поршень 6, представляющий собой одно целое, но состоящий из двух основных частей - "пальчикового" поршня 7, который является рабочей частью пирамидального поршня 6, на днище которого воздействуют горячие газы высокого давления, и поршня 3 компрессора - стабилизатора хода пирамидального поршня 6, впускной клапан 9 воздушно-топливной смеси в камеру 10 компрессора, канал 11 поступления сжатой воздушно-топливной смеси из камеры 10 компрессора в камеру 12 сгорания, поршневые кольца 13 "пальчикового" поршня 7, поршневые кольца 14 поршня 8 компрессора - стабилизатора хода, сальник 15, расположенный вокруг "пальчикового" поршня 7, разграничивающий объем цилиндра 21 и объем цилиндра 2 компрессора, отвод 16 для газов, частично проникающих из камеры 12 сгорания через поршневые кольца 13 "пальчикового" поршня 7, находящийся в цилиндре 21, между сальником 15 и НМТ поршневых колец 13 "пальчикового" поршня 7, коленчатый вал 17, соединенный с шатуном 18, впускной клапан 19 сжатой воздушно-топливной смеси в камеру 12 сгорания из камеры 10 компрессора, свечу 20 зажигания, цилиндр 21.

Поршень 7 выполнен "пальчиковым" и имеет уменьшенный диаметр, находится в соответствующем цилиндре 21 с уменьшенным диаметром и с соответственно уменьшенным рабочим объемом, который не позволяет самостоятельно создать необходимую /расчетную/ величину степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания работает в двухтактном режиме.

При движении пирамидального поршня 6 из ВМТ к НМТ открывается впускной клапан 9, и воздушно-топливная смесь поступает в камеру 10 поршня 6 компрессора - стабилизатора хода, клапаны 3, 4, 19 закрыты. При подходе пирамидального поршня 6 к НМТ открывается выпускной продувочный клапан 4 и следом открывается впускной продувочный клапан 3 сжатого воздуха, продувающие камеру 12 сгорания сжатым воздухом, для ускорения процесса очистки камеры 12 сгорания. Во время прохождения пирамидальным поршнем 6 НМТ закрывается впускной клапан 3 воздушно-топливной смеси в камеру 10 компрессора, следом закрываются продувочные клапаны 3 и 4, после чего открывается впускной клапан 19, через который в очищенную камеру 12 сгорания поступает сжатая воздушно-топливная смесь из камеры 10 поршня 8 компрессора, через канал 11 поступления сжатой воздушно-топливной смеси.

Сжатие воздушно-топливной смеси до необходимой /расчетной/ величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере 12 сгорания создается в основном - больше половины необходимой /расчетной/ величины степени сжатия, поршнем 8 компрессором - стабилизатором хода и частично - меньше половины необходимой /расчетной/ величины степени сжатия, "пальчиковым" поршнем 7 при движении пирамидального поршня 6 из НМТ к ВМТ.

При достижении пирамидальным поршнем 6 ВМТ закрывается впускной клапан 19 сжатой воздушно-топливной смеси в камеру 12 сгорания и в начале движения пирамидального поршня 6 к НМТ происходит воспламенение и сгорание воздушно-топливной смеси. Горячие газы высокого давления начинают давить на "пальчиковый" поршень 7, и весь пирамидальный поршень 6 продолжает движение к НМТ. Открывается впускной клапан 9 воздушно-топливной смеси в камеру 10 поршня 8 компрессора, клапаны 3, 4, 19 закрыты. Во время прохождения "пальчиковым" поршнем 7 второй половины пути из ВМТ к НМТ, при подходе к НМТ открывается выпускной продувочный клапан 4 и следом открывается впускной продувочный клапан 3 сжатого воздуха, продувающие камеру 12 сгорания сжатым воздухом, для ускорения процесса очистки камеры 12 сгорания. Продолжается новый рабочий цикл.

Поступательное движение пирамидального поршня 6 через шатун 18 преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 17, расположенного в картере 1. Воспламенение и сгорание воздушно- топливной смеси в камере 12 сгорания происходит сразу после прохождения пирамидальным поршнем 6 ВМТ. То есть практически в состоянии ее максимального сжатия, что приводит к образованию горячих газов максимального давления. В этот момент пирамидальный поршень 6 давит на коленчатый вал 17 через шатун 18, имея минимальный рычаг воздействия, так как колено коленчатого вала 17 и шатун 18 в этот момент находятся практически почти на одной линии.

После прохождения четверти круга коленчатым валом 17 из ВМТ к НМТ шатун 18 имеет максимальный рычаг воздействия на колено коленчатого вала 17. Но в это время "пальчиковый" поршень 7 прошел половину своего пути S. Объем камеры V_c сгорания увеличился на рабочего объема цилиндра. И объем увеличенной, на половину рабочего объема цилиндра, камеры сгорания V_a стал равен . Вследствие того что цилиндр имеет маленький диаметр и соответственно маленький рабочий объем V_h, объем увеличенной, на половину рабочего объема цилиндра, камеры сгорания V_a возрастет на 5% - 10% относительно объема камеры сгорания V_c, то есть половина рабочего объема цилиндра меньше объема камеры сгорания V_c. Поэтому, пропорционально увеличенному объему, на 5% - 10% уменьшится давление газов на поршень.

Если обобщить вышесказанное, можно сделать вывод, что двигатель внутреннего сгорания с поршнем уменьшенного диаметра, находящимся в цилиндре уменьшенного диаметра с соответственно уменьшенным рабочим объемом, работает по принципу: есть максимальное давление на поршень - шатун имеет маленький рычаг воздействия на колено коленчатого вала, появился у шатуна максимальный рычаг воздействия на колено коленчатого вала - давление газов на поршень также близко к максимальному.

При использовании в двигателе внутреннего сгорания цилиндра уменьшенного диаметра, за счет чего цилиндр имеет уменьшенный рабочий объем, давление газов падает меньше на единицу пройденного поршнем пути из ВМТ к НМТ, чем в обычном двигателе, что приводит к более эффективному использованию горячих газов высокого давления и к экономии топлива, которое расходуется для получения этих газов.

Двигатель внутреннего сгорания, отличающийся тем, что пирамидальный поршень 6 давит на коленчатый вал 17 через шатун 18 давлением, близким к максимальному, практически от момента воспламенения воздушно-топливной смеси до момента открытия клапанов 4, 3, продувки, то есть постоянное давление, близкое к максимальному, воздействует на коленчатый вал 17 через шатун 18 практически на всем пути пирамидального поршня 6 из ВМТ к НМТ, благодаря тому, что необходимую /расчетную/ величину степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания, создают в основном компрессором, а также поршнем, находящимся в цилиндре, половина рабочего объема которого меньше объема камеры сгорания, а горячие газы высокого давления, образовавшиеся в результате сгорания сжатой воздушно-топливной смеси, воздействуют на поршень в цилиндре, половина рабочего объема которого меньше объема камеры сгорания.

Формула изобретения

Способ сжатия воздушно-топливной смеси и использования горячих газов высокого давления, которые, распространяясь, воздействуют на поршень, полученных в результате сгорания сжатой воздушно-топливной смеси в камере сгорания после проведения процесса сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания поршнем и поршнем компрессором-стабилизатором хода до необходимой величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, отличающийся тем, что сжатие воздушно-топливной смеси в камере сгорания создают в основном компрессором, а также поршнем, находящимся в цилиндре с рабочим объемом, половина которого меньше объема камеры сгорания, а горячие газы высокого давления воздействуют на поршень в цилиндре с рабочим объемом, половина которого меньше объема камеры сгорания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2