Двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Технический результат заключается в возможности уменьшения потерь в процессах рабочего цикла. Согласно изобретению коленчатый вал двигателя через цилиндрические зубчатые колеса соединен с промежуточным валом. В свою очередь промежуточный вал через зубчатые колеса с переменным передаточным отношением соединен с выходным валом. Зубчатые колеса с переменным передаточным отношением выполнены эллиптическими, а на выходном валу установлен маховик. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и предназначено для использования на морском, речном, автодорожном, железнодорожном транспорте и в энергетических установках.

Наиболее близкими изобретениями к заявленному являются:

1) Двигатель внутреннего сгорания, на который выдан патент RU 2053393 С1.

В нем с помощью усложненного шатунно-кривошипного механизма осуществляется задержка поршня двухтактного двигателя вблизи нижней мертвой точки и увеличивается время продувки рабочего цилиндра. Данный двигатель не может работать по четырехтактному циклу. Кроме того, в нем сокращено время протекания процессов смесеобразования и сгорания, что увеличит количество топлива, сгорающего на линии расширения, а следовательно, и его расход.

Усложнение шатунно-кривошипного механизма понижает надежность работы этого напряженного узла.

2) Двигатель внутреннего сгорания, на который выдано авторское свидетельство SU 1758258 А1.

В нем за счет установки специальной зубчатой передачи, поочередно работающей с разными передаточными отношениями, сокращено время совершения тактов выпуска, всасывания, сжатия, что позволило увеличить число рабочих циклов в единицу времени.

В связи с сокращением времени протекания процессов выпуска и всасывания возрастет (в квадратичной зависимости) отрицательная работа насосных ходов, следствием чего будет увеличение расхода топлива. Кроме того, так как время процесса расширения остается без изменения, то и потери тепла в этот период не уменьшаются. Таким образом, задача оптимального перераспределения времени рабочего цикла между отдельными процессами не решается.

Наиболее близким к заявленному является двигатель внутреннего сгорания, на который выдан патент США №1191827.

В этом двигателе передача крутящего момента от коленчатого вала осуществляется через пару зубчатых колес с переменным передаточным отношением к выходному валу, на котором установлен маховик. Такое устройство позволяет в двухтактном двигателе за счет сокращения времени процессов сжатия-сгорания-расширения увеличить время протекания процессов газообмена.

Однако это устройство не может быть применено в четырехтактном двигателе, т.к. цикл изменения передаточного отношения в нем может составлять (в зависимости от типа зубчатых колес) 360 или 180 градусов. В четырехтактном двигателе, цикл которого 720°, это приведет к тому, что выигрыш во времени, полученный в начальный период процесса выпуска и в конечный период процесса всасывания, будет потерян за счет сокращения времени конечного периода выпуска и начального периода всасывания. Такое перераспределение времени будет при цикле изменения передаточного отношения равным 360°. При цикле в 180° перераспределения времени процессов также не происходит. Рассматриваемое устройство при заданном типе зубчатых колес с переменным передаточным отношением не позволяет внести изменения в полученное перераспределение времени между процессами цикла.

Устройство также не позволяет в процессе доводки и эксплуатации двигателя изменять фазу колебаний угловой скорости коленчатого вала по отношению к моменту начала рабочего цикла с целью перераспределения времени между процессами цикла для получения оптимальных результатов.

Целью изобретения является уменьшение потерь в процессах рабочего цикла.

Изобретение осуществляется в двигателе внутреннего сгорания, содержащем блок с цилиндрами, в которых расположены поршни, связанные шатунами с коленчатыми валами, выходной вал, связанный с коленчатыми валами каждого цилиндра через зубчатые колеса с переменным передаточным отношением, и маховик, установленный на выходном валу. При этом сущность изобретения заключается в том, что зубчатые колеса с переменным передаточным отношением выполнены эллиптическими и связывают выходной вал с коленчатыми валами через обычные цилиндрические зубчатые колеса. Коленчатый вал рабочего цилиндра через цилиндрические зубчатые колеса соединен с промежуточным валом, который в свою очередь через эллиптические зубчатые колеса соединен с выходным валом, на котором установлен маховик.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема двигателя, реализующего изобретение.

В рабочем цилиндре 1 расположен поршень, связанный шатуном 3 с коленчатым валом 4. Благодаря цилиндрическим зубчатым колесам 10 и 9 коленчатый вал связан с промежуточным валом 11, который в свою очередь через эллиптические зубчатые колеса 5 и 6 связан с выходным валом 7. На выходном валу 7 установлен маховик 8, что обеспечивает его равномерное вращение при переменной угловой скорости коленчатого вала в течение одного оборота.

Закон изменения угловой скорости коленчатого вала определяется законом передаточного отношения эллиптических зубчатых колес и величиной передаточного отношения цилиндрических зубчатых колес, а также взаимным расположением коленчатого и промежуточного валов.

Для четырехтактного двигателя, чтобы сократить время процессов сжатия, сгорания, расширения и увеличить время процессов выпуска и всасывания, необходимо передаточное отношение цилиндрических зубчатых колес установить 4:1.

При указанном на чертеже расположении поршня 2 и эллиптических зубчатых колес 5 и 6 в рабочем цилиндре 1 начинается процесс расширения при максимальной угловой скорости коленчатого вала 4, которая к приходу поршня в НМТ достигает среднего значения и будет продолжать уменьшаться в течение всего хода выпуска до минимального значения.

Если передаточное отношение цилиндрических зубчатых колес установить 2:1, то резко возрастет время процессов смесеобразования, сгорания, а также время перекрытия клапанов.

Для двухтактного двигателя увеличение времени процессов смесеобразования, сгорания и продувки достигается при передаточном отношении цилиндрических зубчатых колес 2:1. Сокращение времени процессов сжатия - смесеобразования - сгорания, расширения (для снижения выбросов окислов азота и потерь тепла в стенки рабочего цилиндра) и увеличение времени процессов газообмена будет получено при передаточном отношении 1:1.

Выполненные расчеты для двухтактного двигателя с поперечной продувкой, работающего по вышеописанному принципу при изменении передаточного отношения эллиптических зубчатых колес в пределах от 0,5 до 2,0, по сравнению с традиционным двигателем при прочих равных условиях показали, что время-сечение выпускных окон увеличилось в 1,4 раза, продувочных - в 1,5 раза, а время процессов смесеобразования и сгорания возросло в 1,8 раза. При этом соответствующим образом уменьшилось время протекания процессов сжатия и расширения. Время одного оборота коленчатого вала в обоих случаях оставалось постоянным.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок с цилиндрами, в которых расположены поршни, связанные шатунами с коленчатыми валами, выходной вал, связанный с коленчатыми валами каждого цилиндра через зубчатые колеса с переменным передаточным отношением, и маховик, установленный на выходном валу, отличающийся тем, что зубчатые колеса с переменным передаточным отношением выполнены эллиптическими и связывают выходной вал с коленчатыми валами через обычные цилиндрические зубчатые колеса.