Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателестроению и непосредственно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием. Технический результат изобретения состоит в упрощении конструкции, уменьшении размеров двигателя и повышении его КПД. Содержит поршневой блок, состоящий из соединенных штоком рабочего и компрессионного поршней с системами питания и зажигания, а также преобразователь энергии. Компрессионный поршень выполнен из магнитопроницаемого материала и установлен в полости, в которой закреплен вытеснитель воздуха, с возможностью регулирования объема вытесняемого из полости воздуха, например, с помощью винтового соединения, причем размеры вытеснителя воздуха выбраны из условия сжатия воздуха поршнем на величину, достаточную для возврата рабочего поршня в исходное положение начала сгорания топлива, а преобразователь энергии состоит из обмоток возбуждения и генерации, причем компрессионный поршень может быть выполнен из магнитного материала, а преобразователь энергии - из обмотки генератора. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и непосредственно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием.

Известен ДВС, в котором газы от сгорания горючей смеси толкают поршень, возвратно-поступательное движение которого преобразуется во вращательное движение выходного вала двигателя /1/.

Недостатки двигателя по /1/: сложность конструкции, что связано с большим числом деталей, наличие боковых усилий в шатунах и поршневых втулках, что увеличивает рабочую температуру и затраты мощности на трение, сложность регулирования частоты хода поршня, значительные затраты топлива и загрязнение окружающей среды продуктами сгорания.

Известен предельно простой двигатель Штельцера /2/, имеющий поршневой блок, состоящий из трех поршней: двух рабочих на концах блока и компрессионного в средней части, а также преобразователь энергии.

Недостатки /2/ заключаются в громоздкости конструкции и необходимости согласования фаз работы рабочих поршней.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и, соответственно, меньшие размеры ДВС, повышение его коэффициента полезного действие, а также обеспечение возможности регулирования частоты хода поршня.

Это достигается тем, что компрессионный поршень выполнен из магнитопроницаемого материала и установлен в полости, в которой закреплен вытеснитель воздуха с возможностью регулирования объема вытесняемого из полости воздуха, например, с помощью винтового соединения, причем размеры вытеснителя воздуха выбраны из условия сжатия воздуха поршнем на величину, достаточную для возврата рабочего поршня в исходное положение начала сгорания топлива, а преобразователь энергии состоит из обмоток возбуждения и генерации, при этом компрессионный поршень может быть выполнен из магнитного материала, а преобразователь энергии - из обмотки генератора.

Предлагаемое устройство изображено на прилагаемом чертеже.

ДВС состоит из корпуса 1 с двумя расточками разного диаметра и поршневой блок, состоящий из соединенных штоком 2 рабочего поршня 3 и компрессионного поршня 4, являющегося демпфером. Последний имеет втулку 5, выполненную из магнитопроводящего материала.

С наружной торцовой части рабочего поршня 4 в корпусе 1 имеется рабочая полость 6 (камера сгорания), а с противоположной стороны между рабочим поршнем 3 и перегородкой 7 в корпусе 1 - рабочая полость 8, имеющая впускные патрубки 9 и 10, а также выпускной патрубок 11. В камеру 6 ввинчена свеча зажигания 12. За перегородкой 7 имеется свободное пространство 13.

С внешней стороны поршня 4 в корпусе 1 установлен вытеснитель воздуха 14, представляющий собой цилиндр с диаметром, меньшим диаметра втулки 5, внутри которого располагается рабочая полость 15 демпфера, включающая также кольцевую полость 16, в которой движется втулка 5 и снаружи которой расположена обмотка возбуждения 17, обмотка генератора 18 и магнитопровод 19.

С торца полости 15 и 16 ограничены крышкой 20 из магнитопроводящего материала, 21 - уплотнительное устройство. Вытеснитель воздуха 14 установлен с возможностью перемещения внутрь полости 15, например, с помощью винтового соединения 22.

Работа устройства заключается в следующем.

При сжатии топливо воздушной смеси поршнем 3 и ее воспламенения от свечи зажигания 12 давление газов перемещает блок поршней 3 и 4, связанных штоком 2, вправо. При этом за счет перемещения втулки 5 в обмотке возбуждения 17 увеличивается магнитный поток, а в обмотке генератора 18 соответственно электрический ток (индуктируется половина общей синусоиды переменного тока). В конце хода блока поршней отработавший газ выпускается из полости 6 в открывшееся отверстие патрубка 11, а сама полость 6 заполняется свежим зарядом топливовоздушной смеси через патрубок 10, куда она поступает из полости 8, в которую смесь поступает через впускной патрубок 9 после выпуска отработавших газов через выпускной патрубок 11 и соответствующего падения давления в рабочей полости 8. Трение в парах "корпус 1 - поршень 3", "шток 2 -перегородка 7" и др. при движении поршневого блока минимально в связи с действием на них только продольных сил. Уплотнительные устройства 21 не допускают неконтролируемых потерь компрессии.

Сжатый поршнем 4 в полости 15 воздух (степень сжатия определяется объемом вытеснителя 14) в момент, когда продукты сгорания из камеры 6 вытеснены, перемещает блок поршней влево, двигаясь в свободном пространстве 13. При этом в обмотке генератора 18 возбуждается вторая половина общей синусоиды, и одновременно происходит сжатие нового заряда топливовоздушной смеси в рабочей полости 6. Разряд свечи 12 обеспечивает начало нового такта.

Магнитопровод 19 и крышка 20 обеспечивают концентрацию магнитных силовых линий.

Регулирование объема полостей 15 и 16, что определяет частоту хода поршня, осуществляется за счет введения вытеснителя 14, например, за счет вращения винтового соединения 22. Втулка 5 может быть выполнена как из магнитопроводящего материала, так и из материала постоянного магнита (кобальт-самарий или др.). В последнем случае обмотка возбуждения 17 отсутствует - ток индуцируется непосредственно в обмотке генератора 18.

Заявленное предложение позволяет существенно уменьшить габариты и вес ДВС при рациональном преобразовании энергии в электрический ток, что делает его оптимальным при разнообразном использовании (для фермеров, аварийных агрегатов, электромобилей и др.), а также позволяет простое регулирование частоты хода поршня.

Источники информации 1. Двигатели внутреннего сгорания. т.т. 1-3. - М., 1957-1962.

2. Двувходовой двигатель внутреннего сгорания имеет всего лишь одну подвижную деталь, ИР N 5/90, c. 16.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршневой блок, состоящий из соединенных штоком рабочего и компрессионного поршней с системами питания и зажигания, а также преобразователь энергии, отличающийся тем, что компрессионный поршень выполнен из магнитопроницаемого материала и установлен в полости, в которой закреплен вытеснитель воздуха, с возможностью регулирования объема вытесняемого из полости воздуха, например, с помощью винтового соединения, причем размеры вытеснителя воздуха выбраны из условия сжатия воздуха поршнем на величину, достаточную для возврата рабочего поршня в исходное положение начала сгорания топлива, а преобразователь энергии состоит из обмоток возбуждения и генерации.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что компрессионный поршень выполнен из магнитного материала, а преобразователь энергии состоит из обмотки генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1