Двигатель внутреннего сгорания со вспомогательным цилиндром (варианты)

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Изобретение направлено на повышение экономичности, мощности, снижение шума работы ДВС, а также дает возможность применять наддув для повышения мощности двигателя в несколько раз без снижения КПД. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом содержит два рабочих цилиндра с поршнями, вспомогательный цилиндр с поршнем, установленный между рабочими цилиндрами, и коленчатый вал с шатунными шейками рабочих и вспомогательного цилиндров. Рабочие поршни установлены на одном уровне, но с тактами работ с разницей в один оборот и где протекают циклы работ двигателя: впуск, сжатие, сгорание топлива и расширение. Вспомогательный цилиндр работает на остаточном давлении отработавших газов, поочередно поступающих из этих двух рабочих цилиндров. Двигатель дополнительно снабжен перепускными каналами, выполненными в головке цилиндров и закрывающимися клапанами со стороны рабочих и вспомогательных цилиндров, впускными и выпускными клапанами рабочих цилиндров и выпускным клапаном вспомогательного цилиндра, установленными на головке цилиндров. Шатунная шейка коленчатого вала вспомогательного цилиндра выполнена на 90° позже шатунных шеек рабочих цилиндров. По второму варианту двигатель выполнен без наддува. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности двигателям внутреннего сгорания.

Известны четырехтактные двигатели внутреннего сгорания (см. И.М.Ленин, А.В.Костров, О.М.Малашкин, И.Я.Райков, Г.И.Самоль. Автомобильные и тракторные двигатели. Издательство "ВЫСШАЯ ШКОЛА". 1976). Принцип работы этих двигателей основан на преобразовании химической энергий топлива в энергию тепловую, а позднее в механическую работу.

Эти двигатели работают в четыре такта:

1. Такт впуска. При первом полуобороте коленчатого вала поршень движется от ВМТ (верхняя мертвая точка) к НМТ (нижняя мертвая точка), впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. Свежий воздух в дизелях или горючая смесь в бензиновых двигателях поступают в цилиндр.

2. Такт сжатия. Второй полуоборот коленчатого вала. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, впускной клапан и выпускной клапан закрыты. Протекает процесс сжатия.

3. Такт расширения или рабочий ход. Третий полуоборот коленчатого вала. После сгорания топлива в конце такта сжатия поршень под действием высокого давления движется от ВМТ к НМТ.

4. Такт выпуска. Четвертый полуоборот коленчатого вала. Поршень движется от НМТ к ВМТ. Отработавшие газы через выпускной клапан, который открывается в конце такта расширения, выбрасываются в атмосферу.

Основными недостатками этих двигателей является большие потери энергии с отработавшими газами (30-40%) (см. И.М.Ленин, А.В.Костров, О.М.Малашкин, И.Я.Райков, Г.И.Самоль. Автомобильные и тракторные двигатели. Издательство "ВЫСШАЯ ШКОЛА". 1976, стр.190).

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении мощности и экономичности, снижении шума работы двигателя, а также возможности применять наддув для повышения мощности двигателя в несколько раз без снижения КПД (коэффициент полезного действия). Поставленная цель достигается за счет повторного использования остаточного давления отработавших газов рабочих цилиндров во вспомогательном цилиндре.

Сущность изобретения для первого варианта заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий два рабочих цилиндра с поршнями, вспомогательный цилиндр с поршнем, установленный между рабочими цилиндрами, и коленчатый вал с шатунными шейками рабочих и вспомогательного цилиндров, причем рабочие поршни установлены на одном уровне, но с тактами работ с разницей в один оборот и где протекают циклы работ двигателя: впуск, сжатие, сгорание топлива и расширение, а вспомогательный цилиндр работает на остаточном давлении отработавших газов, поочередно поступающих из этих двух рабочих цилиндров, снабжен перепускными каналами, выполненными в головке цилиндров и закрывающимися клапанами со стороны рабочих и вспомогательных цилиндров, впускными и выпускными клапанами рабочих цилиндров и выпускным клапаном вспомогательного цилиндра, установленными на головке цилиндров, а шатунная шейка коленчатого вала вспомогательного цилиндра выполнена на 90° позже шатунных шеек рабочих цилиндров.

Сущность изобретения для первого варианта заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий два рабочих цилиндра с поршнями, вспомогательный цилиндр с поршнем, установленный между рабочими цилиндрами, и коленчатый вал с шатунными шейками рабочих и вспомогательного цилиндров, причем рабочие поршни установлены на одном уровне, но с тактами работ с разницей в один оборот и где протекают циклы работ двигателя: впуск, сжатие, сгорание топлива и расширение, а вспомогательный цилиндр работает на остаточном давлении отработавших газов, поочередно поступающих из этих двух рабочих цилиндров, снабжен перепускными каналами, выполненными в головке цилиндров и закрывающимися клапанами со стороны рабочих и вспомогательных цилиндров, впускными и выпускными клапанами рабочих цилиндров и выпускным клапаном вспомогательного цилиндра, установленными на головке цилиндров, а шатунная шейка коленчатого вала вспомогательного цилиндра выполнена на 90° позже шатунных шеек рабочих цилиндров.

Такое конструктивное техническое решение позволяет повторно использовать остаточное давление отработавших газов рабочих цилиндров.

На чертеже изображен двигатель внутреннего сгорания со вспомогательным цилиндром.

Двигатель внутреннего сгорания со вспомогательным цилиндром состоит из рабочих цилиндров 1 и 2 с поршнями 10 и 12, которые установлены с двух сторон вспомогательного цилиндра 3 с поршнем 11. В головке цилиндров 16 выполнены перепускные каналы 7 и 20, закрывающиеся клапанами 8 и 19 со стороны рабочих цилиндров 1 и 2, клапанами 15 и 25 со стороны вспомогательного цилиндра 3. Также на головке цилиндров 16 установлены впускные клапаны 5 и 26, выпускные клапаны рабочих цилиндров 9 и 21, выпускной клапан вспомогательного цилиндра 6 и распредвал 18. Нагнетатель воздуха 4 связан с впускным коллектором 14 для подачи воздуха или горючей смеси в рабочие цилиндры 1 и 2, а выпускной коллектор 13 необходим для отвода отработавших газов из цилиндров в атмосферу. Шатун 27. Шатунная шейка 22 вспомогательного цилиндра 3 коленчатого вала 17 выполнена на 90° позже шатунных шеек 23 и 24 рабочих цилиндров 1 и 2, которые выполнены на одном уровне. Топливная система двигателя не описывается, так как идентична с четырехтактными бензиновыми и дизельными двигателями внутреннего сгорания (см. И.М.Ленин, А.В.Костров, О.М.Малашкин, И.Я.Райков, Г.И.Самоль. Автомобильные и тракторные двигатели. Издательство "ВЫСШАЯ ШКОЛА". 1976) и на работу вспомогательного цилиндра не влияет.

Двигатель работает следующим образом.

Первый такт. Впуск. Поршень 10 движется от ВМТ (верхняя мертвая точка) к НМТ (нижняя мертвая точка). От нагнетателя воздуха 4 через впускной коллектор 14 и впускной клапан 5 воздух или горючая смесь поступает в рабочий цилиндр 1. Впускной клапан 5 открыт, а клапаны 9 и 8 закрыты.

Второй такт. Сжатие. Поршень 10 движется от НМТ к ВМТ клапаны 5, 8 и 9 закрыты. Протекает процесс сжатия. В конце такта начинается процесс сгорания топлива.

Третий такт. Расширение. Такт расширения в этом двигателе протекает в два цикла.

1 цикл. После сгорания топлива в рабочем цилиндре 1 поршень 10 под действием высокого давления движется от ВМТ к НМТ. Клапаны 5, 8 и 9 закрыты.

2 цикл. Дополнительное расширение. После поворота коленчатого вала 17 на 90° с начала такта расширения в рабочем цилиндре 1 открывается клапан 8, а клапан 15 открыт за 20° до прихода поршня 11 к ВМТ. Отработавшие газы под давлением из рабочего цилиндра 1 через перепускной канал 7 поступают во вспомогательный цилиндр 3. Поршень вспомогательного цилиндра 11 в это время находится в ВМТ, а поршень рабочего цилиндра 10 соответственно между ВМТ и НМТ. Под остаточным давлением поршень 10 рабочего цилиндра 1 и поршень 11 вспомогательного цилиндра 3 движутся к НМТ. Происходит более полное расширение газов.

Четвертый такт. Выпуск. Через 15° после прохождения поршня 10 рабочего цилиндра 1 НМТ открывается выпускной клапан 9, а выпускной клапан 6 вспомогательного цилиндра 3 открывается за 60° до прихода поршня вспомогательного цилиндра 11 к НМТ. Также открыты клапаны 8 и 15. Сначала поршень 10, а затем поршень 11 движутся от НМТ к ВМТ. Отработавшие газы через выпускной коллектор 13 выбрасываются в атмосферу.

Выпускной клапан 9 закрывается через 10° после прохода поршня 10 ВМТ, а клапаны 8 и 15 закрываются за 5° до прихода поршня 10 к ВМТ. Выпускной клапан вспомогательного цилиндра 6 закрывается за 5°, а клапан 25 открывается за 20° до прихода поршня вспомогательного цилиндра 11 к ВМТ.

После такта выпуска в рабочем цилиндре 1, а затем во вспомогательном цилиндре 3, когда поршень вспомогательного цилиндра 11 находится в ВМТ, а в рабочем цилиндре 2 аналогично рабочему цилиндру 1 прошли такты: такт впуска, через впускной клапан 26 такт сжатия, в конце которого начинается возгорание топлива и где уже прошел первый цикл такта расширения соответственно с разницей в один оборот, чем в рабочем цилиндре 1, открывается клапан 19, и отработавшие газы под остаточным давлением, через перепускной канал 20 из рабочего цилиндра 2 поступают во вспомогательный цилиндр 3. Поршни 11 и 12 под действием давления движутся к НМТ, тем самым протекает второй цикл расширения такта расширения рабочего цилиндра 2. Происходит более полное расширение газов из рабочего цилиндра 2.

Такт выпуска из рабочего цилиндра 2. После прохода поршня 12 НМТ на 15° открывается выпускной клапан 21, а выпускной клапан 6 открывается за 60° до прихода поршня 11 к НМТ. Поршень 12, а затем поршень 11 движутся к ВМТ. В атмосферу выбрасываются отработавшие газы из рабочего цилиндра 2 и вспомогательного цилиндра 3. Протекает такт выпуска из рабочего цилиндра 2 и вспомогательного цилиндра 3. Таким образом, остаточное давление отработавших газов рабочих цилиндров используется во вспомогательном цилиндре для совершения полезной работы.

1. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий два рабочих цилиндра с поршнями, вспомогательный цилиндр с поршнем, установленный между рабочими цилиндрами, и коленчатый вал с шатунными шейками рабочих и вспомогательного цилиндров, причем рабочие поршни установлены на одном уровне, но с тактами работ с разницей в один оборот и где протекают циклы работ двигателя: впуск, сжатие, сгорание топлива и расширение, а вспомогательный цилиндр работает на остаточном давлении отработавших газов, поочередно поступающих из этих двух рабочих цилиндров, отличающийся тем, что снабжен перепускными каналами, выполненными в головке цилиндров и закрывающимися клапанами со стороны рабочих и вспомогательных цилиндров, впускными и выпускными клапанами рабочих цилиндров и выпускным клапаном вспомогательного цилиндра, установленными на головке цилиндров, а шатунная шейка коленчатого вала вспомогательного цилиндра выполнена на 90° позже шатунных шеек рабочих цилиндров.

2. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий два рабочих цилиндра с поршнями, вспомогательный цилиндр с поршнем, установленный между рабочими цилиндрами, и коленчатый вал с шатунными шейками рабочих и вспомогательного цилиндров, причем рабочие поршни установлены на одном уровне, но с тактами работ с разницей в один оборот и где протекают циклы работ двигателя: впуск, сжатие, сгорание топлива и расширение, а вспомогательный цилиндр работает на остаточном давлении отработавших газов, поочередно поступающих из этих двух рабочих цилиндров, отличающийся тем, что снабжен перепускными каналами, выполненными в головке цилиндров и закрывающимися клапанами со стороны рабочих и вспомогательных цилиндров, впускными и выпускными клапанами рабочих цилиндров и выпускным клапаном вспомогательного цилиндра, установленными на головке цилиндров, а шатунная шейка коленчатого вала вспомогательного цилиндра выполнена на 90° позже шатунных шеек рабочих цилиндров.