Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области двигателестроения и позволяет повысить топливную экономичность и улучшить экологические характеристики двигателей с выносной камерой сгорания. Двигатель внутреннего сгорания состоит из одного или более цилиндров, поршней, головки цилиндров, формирующих единую камеру сгорания, которая разделена с камерами расширения клапанами, а также впускной и выпускной патрубки, при этом поршень камеры расширения соединен с гидроцилиндрами различного диаметра единым штоком. Впускной клапан каждого гидроцилиндра оборудован дополнительным цилиндром, надпоршневое пространство которого посредством трубопровода связано с камерой расширения, подпоршневое пространство - с магистралью, идущей к гидромотору, при этом пружина, создающая усилие, определяемое отношением диаметров поршня камеры расширения и поршня гидроцилиндра, препятствует закрытию клапана. Клапаны, отделяющие камеру сгорания от камер расширения, оборудованы дополнительным цилиндром, связанным трубопроводом с камерой сгорания. В одном из вариантов двигателя вместо топливного насоса и насоса, подающего в камеру сгорания охлаждающую жидкость, используются гидроцилиндры, приводимые в движение избыточным давлением, создаваемым компрессором. Давление в камере сгорания создается как за счет сгорания топливной смеси, так и подачей сжатого газа из газобаллонной установки, а также из испарителя криоустановки. 6 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области техники, а именно к двигателестроению, и предназначено для повышения экономичности поршневых двигателей с единой камерой сгорания, снижения уровня шума.

Известны различные варианты двигателя [1], содержащего цилиндр, поршень, головку цилиндров, формирующих единую камеру сгорания, которая разделена с камерами расширения клапанами, а также впускной и выпускной патрубки и т.д., при этом компрессоры связаны с трансмиссией через коробку отбора мощности. Одним из вариантов данной конструкции является двигатель с аксиальным расположением цилиндров. Единая камера сгорания и отсутствие кривошипно-шатунного механизма обеспечивают данному двигателю большую экономичность по сравнению с аналогами, имеющими кривошипно-шатунный механизм.

Однако существует серьезный недостаток - после рабочего цикла продукты горения сбрасываются в выпускной патрубок практически при рабочем давлении. Это должно повысить шумность двигателя, не говоря уже о том, что утилизация отработанных газов при рабочем давлении - резерв повышения экономичности, не используемый на данной конструкции.

Известны двигатели со свободнодвижущимся поршнем [1], недостатки которых аналогичны. Кроме того, этот двигатель работает при постоянном давлении в камере сгорания, снижение давления возможно только при снижении нагрузки. При постоянно изменяющихся нагрузках необходимо несколько цилиндров с отдельными камерами расширения, либо коробка передач при механической трансмиссии, что значительно усложнит конструкцию.

Целью изобретения является повышение экономичности поршневых двигателей с единой камерой сгорания, снижение уровня шума, возможность использования меняющегося давления в единой камере сгорания, что позволит использовать как топливо, так и газобаллонные установки и криоустановки, что, в свою очередь, приведет к значительному снижению выбросов в атмосферу.

Поставленная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, состоящем из одного и более цилиндров, поршней, головки цилиндров, формирующих единую камеру сгорания, которая разделена с камерами расширения клапанами, а также впускной и выпускной патрубки, поршень камеры расширения соединен с гидроцилиндрами различного диаметра единым штоком.

Кроме того, впускной клапан каждого гидроцилиндра оборудован дополнительньм цилиндром, надпоршневое пространство которого посредством трубопровода связано с камерой расширения, подпоршневое пространство - с магистралью, идущей к гидромотору, при этом пружина, создающая усилие, определяемое отношением диаметров поршня камеры расширения и поршня гидроцилиндра, препятствует закрытию клапана.

Клапаны, отделяющие камеру сгорания от камер расширения, оборудованы дополнительным цилиндром, связанным трубопроводом с камерой сгорания.

Каждый клапан и поршень, приводящий его в движение, находятся в отдельном корпусе с резьбой по наружной поверхности, посредством которой клапан с поршнем вворачивается в корпус двигателя.

Ввернутый в корпус двигателя клапан с поршнем фиксируется вворачиваемой в этот же канал пробкой, которая является стенкой дополнительного цилиндра, связанного с клапаном.

Вместо топливного насоса и насоса, подающего в камеру сгорания охлаждающую жидкость, используются гидроцилиндры, приводимые в движение избыточным давлением, создаваемым компрессором.

Давление в камере сгорания создается как за счет сгорания топливной смеси, так и подачей сжатого газа из газобаллонной установки, а также из испарителя криоустановки.

На фиг.1-3 представлены варианты исполнения двигателя; на фиг.4 показана схема установки клапана в двигатель; на фиг.5 - газобаллонная установка, используемая в качестве источника энергии в одном из вариантов исполнения двигателя.

В варианте исполнения двигателя по фиг.1 поршень камеры расширения 4 соединен с гидроцилиндрами различного диаметра 8 единым или раздельными штоками. В случае использования единого штока впускной клапан каждого гидроцилиндра 5 оборудован дополнительным цилиндром 6, надпоршневое пространство которого связано трубопроводом 7 с камерой расширения 3, при этом пружина, создающая определенное усилие, соответствующее отношению диаметров поршня камеры расширения и поршня этого цилиндра, препятствует закрытию клапана. При повышении давления в камере расширения, превышающей усилие, создаваемое пружиной впускного клапана, происходит его закрытие. В результате движение поршня 4 приведет к сжатию жидкости под ним 8, открытию выпускных клапанов 9 и, как следствие, к началу работы гидромотора. После того, как давление в камере расширения 3 перестает компенсировать усилие пружины, происходит открытие впускного клапана 5, в результате жидкость вытесняется в емкость 11, что в свою очередь приведет к отключению данного цилиндра. При этом в цилиндрах, в которых пружины менее мощны, продолжается рабочий ход. Возврат в исходное положение может производиться либо пружиной, либо отдельным небольшим цилиндром, в котором отсутствуют клапаны между ним и отводящим трубопроводом, идущим к гидромотору. При необходимости форсировать двигатель дополнительно могут быть предусмотрены клапаны, открывающиеся в зависимости от положения рычага "переключения скоростей" и принудительно отключающие от одного до нескольких цилиндров.

Клапаны между камерой сгорания и камерами расширения могут быть также оснащены дополнительными цилиндрами. Соединение поршневого пространства этого цилиндра с камерой сгорания приведет к тому, что изменение давления в камере сгорания не скажется на усилии, необходимом для открытия клапана (при гидравлическом приводе для изменения положения клапана может использоваться подпоршневое пространство поршня, соединенного с клапаном). Это позволит уменьшить мощность механизма газораспределения (в отсутствии дополнительного цилиндра мощность должна рассчитываться исходя из максимального давления в камере сгорания).

Каждый клапан и поршень, приводящий его в движение, находятся в отдельном корпусе 15 с резьбой по наружной поверхности, посредством которой клапан с поршнем вворачивается в корпус двигателя и фиксируется вворачиваемой в этот канал пробкой 16, являющейся стенкой дополнительного цилиндра, связанного с клапаном.

Как и в случае с двигателем со свободнодвижущимся поршнем (патент 2162954), описываемая конструкция не требует смазки в камере расширения, а также не требует и отдельной системы смазки.

Использование раздельных штоков приведет к упрощению конструкции впускного клапана, однако в результате увеличится количество поршней в камере расширения.

Если использовать цилиндр, в котором камеры расширения создаются по обе стороны поршня, количество "передач" увеличится вдвое (фиг.2). В случае, если подпоршневое пространство цилиндра 13, связанного с клапаном, соединить трубопроводом 14 с магистралью, идущей к гидромотору 10 (фиг.2,4), то открытие и закрытие клапанов будет осуществляться автоматически в зависимости от давления в камере сгорания и нагрузки, что позволит отказаться от рычага переключения передач в салоне и от самой коробки передач при использовании механической трансмиссии.

Незначительный недостаток - изменяющееся во времени количество масла, поступающее под давлением в магистраль, идущую к гидромотору, может быть компенсировано либо увеличением количества цилиндров, либо подобная конструкция может использоваться как дополнительная камера расширения в описанных прототипах (фиг.3). Поршень, соединенный с гидроцилиндром, позволит утилизировать избыточное давление отработанных газов для привода, например, дополнительного оборудования (компрессоры, генератор, стеклоочистители и т.д.). Возможность использовать переменное давление позволит наравне с давлением, создаваемым в результате сгорания топливной смеси, использовать давление газобаллонной установки или испарения сжиженного газа. В этом случае, например, снижение давления, создаваемое газобаллонной установкой, в результате расходования газа приведет к отключению части цилиндров и ускорению движения поршня, при этом количество масла, поступающего в магистраль, идущую к гидромотору, не изменится. При использовании криоустановки, например при остановке автомобиля, давление в испарителе может значительно повысится, однако, при начале движения все клапаны гидроцилиндров закроются, все гидроцилиндры начнут работать, в результате скорость движения поршня замедлится, количество же масла, поспупившего в магистраль, идущую к гидроцилиндру, не изменится.

Наконец, с целью уменьшения агрегатов, предлагается подавать топливо и жидкость для охлаждения с помощью гидроцилиндров 18,19, поршни которых 20 приводятся в движение избыточным давлением, создаваемым компрессором в накопителе 17 (фиг.5). Возврат поршней в исходное положение после сброса давления клапаном 22 может производиться либо пружиной, либо несколько повышенным давлением в топливной системе 23 и в бачке с охлаждающей жидкостью 24. Шариковые клапаны 21 будут препятствовать обратному току.

ЛИТЕРАТУРА 1. Колганов А.С., Серегин В.И. Патент 2162954 с приоритетом от 11.03.99. Двигатель внутреннего сгорания, роторно-поршневой двигатель и мотор-колесо.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, состоящий из одного и более цилиндров, поршней, головки цилиндров, формирующих единую камеру сгорания, которая разделена с камерами расширения клапанами, а также впускной и выпускной патрубки, отличающийся тем, что поршень камеры расширения соединен с гидроцилиндрами различного диаметра единым штоком.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что впускной клапан каждого гидроцилиндра оборудован дополнительным цилиндром, надпоршневое пространство которого посредством трубопровода связано с камерой расширения, подпоршневое пространство - с магистралью, идущей к гидромотору, при этом пружина, создающее усилие, определяемое отношением диаметров поршня камеры расширения и поршня гидроцилиндра, препятствует закрытию клапана.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что клапаны, отделяющие камеру сгорания от камер расширения, оборудованы дополнительным цилиндром, связанным трубопроводом с камерой сгорания.

4. Двигатель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что каждый клапан и поршень, приводящий его в движение, находятся в отдельном корпусе с резьбой по наружной поверхности, посредством которой клапан с поршнем вворачивается в корпус двигателя.

5. Двигатель по п. 1 или 4, отличающийся тем, что ввернутый в корпус двигателя клапан с поршнем фиксируется вворачиваемой в этот же канал пробкой, которая является стенкой дополнительного цилиндра, связанного с клапаном.

6. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что вместо топливного насоса и насоса, подающего в камеру сгорания охлаждающую жидкость, используются гидроцилиндры, приводимые в движение избыточным давлением, создаваемым компрессором.

7. Двигатель по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что давление в камере сгорания создается как за счет сгорания топливной смеси, так и подачей сжатого газа из газобаллонной установки, а также из испарителя криоустановки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5