Двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности устройствам отбора мощности от двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет увеличить накопление энергии для использования ее при увеличении сопротивления движению автомобиля, снизить массу двигателя, упростить конструкцию, расширить технологические возможности, улучшить экологичность транспортного средства. Двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один первый цилиндр двигателя внутреннего сгорания с устройством подачи топлива, впускным и выпускным органами и поршнем, связанным шатуном с первым кривошипом, по меньшей мере, один второй цилиндр с впускным и выпускным органами и поршнем, кинематически связанным со вторым кривошипом, ресивер, вход которого сообщен через обратный клапан с выпускным органом первого цилиндра, а выход ресивера через управляемый распределительный орган сообщен с впускным органом второго цилиндра. Поршень второго цилиндра шарнирно соединен шатунной тягой с первым плечом коромысла. Второе плечо коромысла связано шатуном со вторым кривошипом. Коромысло кинематически связано с входным звеном механизма свободного хода, выходное звено которого связано с валом отбора мощности двигателя внутреннего сгорания. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности устройствам отбора мощности от двигателей внутреннего сгорания.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр двигателя внутреннего сгорания с устройством подачи топлива, впускным и выпускным органами и поршнем, кривошипно-шатунным механизмом (см. патент РФ №2221926, опубл. 27.10.2004).

Недостатком известного двигателя является сложность конструкции, низкая экономичность, недостаточная экологичность.

Задачей изобретения является накопление энергии для использования ее при увеличении сопротивления движению транспортного средства, снижение суммарной массы двигатель-трансмиссия, упрощение конструкции, расширение технологических возможностей, улучшение экологичности транспортного средства.

Задача заявленного изобретения достигается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один первый цилиндр двигателя внутреннего сгорания с устройством подачи топлива, впускным и выпускным органами и поршнем, связанным шатуном с первым кривошипом, по меньшей мере, один второй цилиндр с впускным и выпускным органами и поршнем, кинематически связанным со вторым кривошипом, ресивер, вход которого сообщен через обратный клапан с выпускным органом первого цилиндра, а выход ресивера через управляемый распределительный орган сообщен с впускным органом второго цилиндра, поршень второго цилиндра шарнирно соединен шатунной тягой с первым плечом коромысла, второе плечо коромысла связано шатуном со вторым кривошипом, коромысло кинематически связано с входным звеном механизма свободного хода, выходное звено которого связано с валом отбора мощности двигателя внутреннего сгорания. Кинематическая связь коромысла с входным звеном механизма свободного хода может быть выполнена в виде стержня, жестко связанного одним концом с коромыслом, а другим концом - с входным звеном механизма свободного хода с возможностью совершения колебательного движения, причем стержень соосно расположен относительно оси качания коромысла.

Механизм свободного хода может быть выполнен в виде храповой или кулачковой обгонной муфты.

Механизм свободного хода может быть выполнен в виде обгонной муфты трения с роликами или с затягивающими пружинами.

Механизм свободного хода может быть выполнен в виде двух, охватывающих одна другую с зазором обойм, являющихся входным и выходным звеньями механизма свободного хода и подпружиненных пластин, причем внутренняя поверхность наружной обоймы выполнена с криволинейной образующей, полость между обоймами заполнена жидкостью, подпружиненные пластины установлены в пазах внутренней обоймы, на внутренней поверхности наружной обоймы выполнены перепускные каналы, соединяющие полость между обоймами с полостью между дном каждого паза и пластины.

Двигатель может быть снабжен электрическим линейным генератором, кинематически связанным с коромыслом.

Двигатель может быть снабжен гидравлическим насосом, кинематически связанным с коромыслом.

Двигатель может быть снабжен пневматическим насосом, кинематически связанным с коромыслом.

Ресивер может быть снабжен запорным органом и трубопроводом, сообщенным с впускным трубопроводом первого цилиндра для подачи рабочего тела из ресивера в первый цилиндр при запуске двигателя.

Первый и второй кривошипы могут быть выполнены с возможностью привода вспомогательных устройств двигателя.

Первый и второй кривошипы могут быть кинематически связаны с валом отбора мощности.

Первый и второй кривошипы могут быть кинематически связаны с валом отбора мощности через зубчатую передачу.

Первый и второй кривошипы могут быть объединены в один коленчатый вал.

На чертеже изображена кинематическая схема двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один первый цилиндр 1 двигателя внутреннего сгорания с устройством подачи топлива, впускным 2 и выпускным 3 органами и поршнем 4, связанным шатуном 5 с первым кривошипом 6, по меньшей мере, один второй цилиндр 7 с впускным и выпускным органами 8 и 9 и поршнем 10, кинематически связанным со вторым кривошипом 11, ресивер 12, вход которого сообщен через обратный клапан 13 с выпускным органом 3 первого цилиндра 1, а выход ресивера 12 через управляемый распределительный орган 14 сообщен с впускным органом 8 второго цилиндра 7. Ресивер 12 снабжен предохранительным клапаном (не показан). Поршень 10 второго цилиндра шарнирно соединен шатунной тягой 15 с первым плечом коромысла 16, второе плечо коромысла 16 связано шатуном 17 со вторым кривошипом 11. Коромысло 16 кинематически связано с входным звеном механизма свободного хода 18, выходное звено которого связано с валом 19 отбора мощности двигателя внутреннего сгорания.

Кинематическая связь коромысла 16 с входным звеном механизма свободного хода 18 может быть выполнена в виде стержня 20, жестко связанного одним концом с коромыслом 16, а другим концом - с входным звеном механизма свободного хода 18 с возможностью совершения колебательного движения, причем стержень соосно расположен относительно оси качания коромысла 16. Механизм свободного хода 18 может быть выполнен в виде храповой или кулачковой обгонной муфты (см. Политехнический словарь под редакцией И.И. Артоболевского, из-во "Советская энциклопедия" Москва, 1977, стр.287, 320). Также механизм свободного хода 18 может быть выполнен в виде обгонной муфты трения с роликами или с затягивающими пружинами. Механизм свободного хода 18 может быть выполнен в виде двух, охватывающих одна другую с зазором обойм, являющихся входным и выходным звеньями механизма свободного хода 18 и подпружиненных пластин, причем внутренняя поверхность наружной обоймы может быть выполнена с криволинейной образующей, полость между обоймами заполнена жидкостью, подпружиненные пластины могут быть установлены в пазах внутренней обоймы, на внутренней поверхности наружной обоймы выполнены перепускные каналы, соединяющие полость между обоймами с полостью между дном каждого паза и пластины (а.с. СССР 1588935, опубл. 30.08.1990). Двигатель может быть снабжен электрическим линейным генератором или гидравлическим насосом или пневматическим насосом, связанными с коромыслом 16. Ресивер 12 может быть снабжен запорным органом и трубопроводом, сообщенным с впускным трубопроводом первого цилиндра для подачи рабочего тела из ресивера в первый цилиндр 1 при запуске двигателя. Первый и второй кривошипы 6 и 11 могут быть выполнены с возможностью привода вспомогательных устройств двигателя. Первый и второй кривошипы 6 и 11 могут быть кинематически связаны с валом 19 отбора мощности. Первый и второй кривошипы 6 и 11 также могут быть кинематически связаны с валом отбора 19 мощности через зубчатую передачу. Первый и второй кривошипы 6 и 11 могут быть объединены в один коленчатый вал.

Работа двигателя.

Особенностью двигателя внутреннего сгорания является быстротечность химических процессов, протекающих в двигателе, что обусловливает высокие обороты вращения коленчатого вала двигателя (1000-7000 об/мин). Минимальная скорость автомобиля примерно 5 км/ч, или примерно 50 об/мин. Таким образом, необходима некоторая понижающая передача. Передаточное отношение при использовании механических КПП постоянно.

При трогании автомобиля его начальная скорость равна нулю, и при наличии прямой связи колеса с двигателем для определенного передаточного отношения обороты двигателя должны были бы быть тоже равны нулю, т.е. мощность двигателя равнялась бы нулю, а соответственно и ускорение автомобиля в этом случае равно нулю. Чего быть не должно, поэтому в схеме связи двигатель - колесо присутствует элемент с возможностью проскальзывания - сцепление (аналогично - гидромуфта и т.п.). При передаче крутящего момента через сцепление происходят потери энергии на трение, во многих случаях нарушается процесс горения топлива на "холостых" оборотах, что в итоге приводит к необходимости трогания "с перегазовкой", что ведет за собой увеличенный расход топлива и снижение экологичности работы двигателя. Предлагается схема, позволяющая, в частности, более плавно реализовать процесс трогания с места с достижением лучших результатов по экономии и экологии. В процессе сгорания топлива в цилиндре 1 образуются газы, которые поршнем 4 выдавливаются в ресивер 12. При достижении некоторого заданного давления в ресивере 12 срабатывает предохранительный клапан. Без дальнейшей необходимости в повышении давления в ресивере 12 процесс сгорания топлива в цилиндре 1 может быть прекращен. По мере необходимости в движении транспортного средства управляющий распределительный орган 13 подает сжатый газ в цилиндр 7, поршень 10 приходит в движение, и соответственно начинает перемещаться коромысло 15, и входное звено механизма свободного хода 16 начинает совершать колебательные движения, преобразуясь во вращательное движение выходного звена 17. По мере снижения давления в ресивере 12 запускается процесс сгорания топлива в цилиндре 1.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один первый цилиндр двигателя внутреннего сгорания с устройством подачи топлива, впускным и выпускным органами и поршнем, связанным шатуном с первым кривошипом, по меньшей мере, один второй цилиндр с впускным и выпускным органами и поршнем, кинематически связанным со вторым кривошипом, ресивер, вход которого сообщен через обратный клапан с выпускным органом первого цилиндра, а выход ресивера через управляемый распределительный орган сообщен с впускным органом второго цилиндра, поршень второго цилиндра шарнирно соединен шатунной тягой с первым плечом коромысла, второе плечо коромысла связано шатуном со вторым кривошипом, коромысло кинематически связано с входным звеном механизма свободного хода, выходное звено которого связано с валом отбора мощности двигателя внутреннего сгорания.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что кинематическая связь коромысла с входным звеном механизма свободного хода выполнена в виде стержня, жестко связанного одним концом с коромыслом, а другим концом - с входным звеном механизма свободного хода с возможностью совершения колебательного движения, причем стержень соосно расположен относительно оси качания коромысла.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм свободного хода выполнен в виде храповой или кулачковой обгонной муфты.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм свободного хода выполнен в виде обгонной муфты трения с роликами или с затягивающими пружинами.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм свободного хода выполнен в виде двух охватывающих одна другую с зазором обойм, являющихся входным и выходным звеньями механизма свободного хода, и подпружиненных пластин, причем внутренняя поверхность наружной обоймы выполнена с криволинейной образующей, полость между обоймами заполнена жидкостью, подпружиненные пластины установлены в пазах внутренней обоймы, на внутренней поверхности наружной обоймы выполнены перепускные каналы, соединяющие полость между обоймами с полостью между дном каждого паза и пластины.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что снабжен электрическим линейным генератором, кинематически связанным с коромыслом.

7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что снабжен гидравлическим насосом, кинематически связанным с коромыслом.

8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что снабжен пневматическим насосом, кинематически связанным с коромыслом.

9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ресивер снабжен запорным органом и трубопроводом, сообщенным с впускным трубопроводом первого цилиндра для подачи рабочего тела из ресивера в первый цилиндр при запуске двигателя.

10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что первый и второй кривошипы выполнены с возможностью привода вспомогательных устройств двигателя.

11. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что первый и второй кривошипы кинематически связаны с валом отбора мощности.

12. Двигатель по п.11, отличающийся тем, что первый и второй кривошипы кинематически связаны с валом отбора мощности через зубчатую передачу.

13. Двигатель по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что первый и второй кривошипы объединены в один коленчатый вал.