Высокоскоростной двигатель

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель (1) содержит цилиндр (2) и поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2). Поршень (3) содержит по меньшей мере выступ (6) и/или выемку, которые устраняют трение боковой поверхности поршня во время перемещения. Имеются соединительная тяга (4), которая смещена от оси цилиндра и, в то же время, соединена с поршнем (3) под углом и, кривошип (5), который регулирует скорость поршня (3) при его ходах благодаря углу двух концов соединительной тяги (4) относительно оси цилиндра (2). Технический результат заключается в повышении величины крутящего момента и снижении потерь на трение. 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к экологически безвредному, высокоскоростному двигателю внутреннего сгорания, в котором топливо используется с высокой эффективностью посредством усовершенствования механизма соединительной тяги и изменения устройства поршня и в котором выброс отработанного газа находится на минимальном уровне.

Уровень техники

В уровне техники с тех пор, как двигатели внутреннего сгорания и двигатели взрывного действия были изобретены Отто, проводились исследования, целью которых было уменьшение потребления топлива, уменьшение потерь, вызванных трением, и высокая мощность двигателя посредством выполнения нескольких усовершенствований в механизмах кривошипа, соединительной тяги и поршня.

В патенте США № 702270B1 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, в котором перемещение соединительной тяги максимально вдоль хода поршня в результате закрученной соединительной тяги и, таким образом, в котором целью является достижение высокой эффективности и высокого крутящего момента посредством достижения максимального давления после того, как кривошип проходит верхнюю мертвую точку, при этом двигатель содержит кривошипный вал, который смещен от вертикальной оси цилиндра.

В патенте Канады № 1170927 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, который обеспечивает увеличение мощности двигателя в лошадиных силах и меньшее трение и который содержит веерообразный поршень, соединенный с поршнем штифтом.

В заявке на патент США № 2005051128 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, который содержит канавки, которые принимают расширяющийся газ на поршне, и, таким образом, который предотвращает потери, вызванные трением.

Однако в предшествующем уровне техники главной проблемой в выпускаемых двигателях Отто и других классических двигателях является очень низкая эффективность двигателя и очень высокая потеря эффективности, так как давление, создаваемое сгораемым и взрываемым топливом в цилиндре, передается на кривошипный вал способом, не пригодным для задачи. Когда поршень находится в верхней мертвой точке в указанных двигателях, давление максимальное, но плечо момента, которое должно повернуть кривошип, равно нулю. Тогда как кривошип продолжает поворачиваться и поршень проходит от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки, объем цилиндра увеличивается между 0°-90°, плечо момента начинает принимать форму, но в то же самое время давление газа быстро падает в результате уравновешенности P·V=P₁·V₁. В результате, время горения, которое обеспечивает эффективное давление и которое является фактором, который определяет падения эффективности, короткое. Согласно отношению давление газа × плечо момента, подходящий крутящий момент и требуемая эффективность сгорания не могут быть достигнуты, так как давление снижается, хотя плечо момента увеличивается. Кроме того, на всем протяжении хода поршня в цилиндре контакт поршня с поверхностью блока продолжает увеличивать изменения давления и, таким образом, увеличивает потери на трение, эффективность же двигателя снижается, и срок службы двигателя уменьшается.

В патенте Канады 1170927 и заявке на патент США 2005051128 и в известном уровне техники целью является уменьшение трения созданием других конструкций в верхней части поршня, однако которые не раскрывают или содержат корпус, в котором механизмы кривошипа-соединительной тяги смещены от оси, так как механизмы кривошипа-соединительной тяги находятся на оси.

В патенте США № 702270B1, в двигателе, который содержит кривошип, смещенный от оси, требуемый крутящий момент, который должен быть образован на кривошипе, стремится к увеличению только посредством придания формы соединительной тяге.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение высокого крутящего момента, высокой мощности и высокой скорости двигателя, который имеет большое плечо момента при высоком давлении, при этом полное и эффективное сгорание получается осуществлением изменения, которое обеспечивает изменение направления силы, действующей на кривошипный вал соединительной тягой, изготовленной и соединенной с поршнем под некоторым углом (α).

Другой задачей изобретения является создание двигателя с большим ресурсом, в котором потери на трение уменьшаются смещением соединительной тяги от центра цилиндра на некоторое расстояние (х) и осуществлением изменений в верхней части поршня, и, таким образом, обеспечением возможности поршню оставаться в равновесии во время хода в цилиндре.

Еще одной задачей изобретения является создание экологически безвредного двигателя, в котором топливо полностью сгорает с учетом времени горения и, таким образом, в котором при газовых выбросах выхлопные газы находятся на минимальном уровне.

Другой задачей изобретения является обеспечение более дешевого и более экономичного двигателя получением повышенной мощности в меньшем объеме цилиндра.

Еще одной задачей является обеспечение высокой скорости, высокого крутящего момента и высокой мощности двигателя, которая позволяет регулировать скорость поршня в цилиндре в других положениях во время производства двигателя, и, таким образом, где время горения и время сжатия и выбор момента времени открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов можно предпочтительно регулировать.

Краткое описание чертежей

Двигатель, воплощенный для достижения задач настоящего изобретения, изображен на прилагаемых чертежах, на которых:

Фиг.1 представляет собой схематичный вид цилиндра двигателя изобретения.

Фиг.2 представляет собой схематичный вид, который изображает взаимное расположение соединительной тяги и кривошипа в системе цилиндра двигателя изобретения.

Фиг.3 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке, и который изображает углы соединительной тяги относительно цилиндра и кривошипа в системе цилиндра двигателя изобретения.

Фиг.4 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке в системе цилиндра двигателя изобретения.

Фиг.5 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке в системе цилиндра двигателя изобретения, в котором центр оси поворота смещен от центра цилиндра и в котором поршень находится в равновесии.

Фиг.6 представляет собой схематичный вид положения кривошипа и ход поршня вдоль хода поршня в цилиндре в двигателе известного уровня техники.

Фиг.7 представляет собой схематичный вид положения кривошипа и ход поршня вдоль хода поршня в цилиндре в двигателе изобретения.

Фиг.8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 представляют собой схематичные виды устройства поршня в предпочтительном варианте осуществления двигателя изобретения.

Элементам на чертежах присвоены отдельные ссылочные позиции, относящиеся к:

1. Двигателю

2. Цилиндру

3. Поршню

4. Соединительной тяге

5. Кривошипу

6. Выступу

7. Выемке

8. Углублению

9. Выпуклости.

Подробное описание изобретения

Двигатель (1) по изобретению содержит по меньшей мере цилиндр (2), по меньшей мере поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2) и который содержит по меньшей мере выступ (6) и/или выемку (7), которая устраняет трение поверхности поршня (3) во время перемещения, по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещена от центра цилиндра (2) на некоторое расстояние (х) и которая расположена под углом (α) относительно поршня (3), и по меньшей мере один кривошип (5), который эффективен в регулировании скорости поршня (3) при его ходах благодаря углу γ° двух концов относительно оси цилиндра (2).

В двигателе (1) по изобретению соединительная тяга (4), которая находится между поршнем (3) и кривошипом (5) и которая соединяет поршень (3) с кривошипом (5), устанавливается на поршне с некоторым смещением (х) от центра цилиндра (2) и под углом (α). Часть между верхним концом (А) соединительной тяги (4), которая опирается на поршень (3) под углом α, и нижним концом (В), который закрепляется на валу кривошипа (5), может быть прямой, а также может быть других геометрических форм, например, криволинейной, волнистой, угловой и т.д. (фиг.2).

В классических двигателях, когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, плечо момента, действующее на кривошип (5), равно нулю, и кривошип находится в верхней мертвой точке. Так как угол кривошипа увеличивается к 90°, объем в поршне (3) быстро увеличивается, и, таким образом, давление в цилиндре (2) быстро падает. Наряду с перемещением, плечо момента, действующее на кривошип (5), увеличивается, однако эффективный крутящий момент не может получаться на кривошипе (5) вследствие того, что крутящий момент = плечо момента × равновесное давление в цилиндре.

В двигателе (1) по изобретению два конца соединительной тяги образуют γ° угол относительно оси цилиндра (2), центр кривошипа (5) смещен от центра цилиндра на некоторое расстояние (е), и, таким образом, несмотря на то, что γ° угол меняется, сначала медленное и затем быстрое перемещение получается вдоль хода, и скорость поршня (3) может регулироваться для увеличения эффективности двигателя (1) во время всасывания, сжатия, сгорания и откачки.

В двигателе (1) по изобретению, благодаря α° углу соединительной тяги (4) с цилиндром (2) и под действием силы, эффективно полученной на кривошипе (5), образован выступ на поршне (3) для уравновешивания силы трения, образуемой на боковой поверхности поршня (3) вдоль хода поршня (3) в цилиндре (2), и соединительная тяга (4) смещена от центра цилиндра (2) на х. Силы, полученные изменением и смещением выступа (6) на поршне (3) и отверстия поршня, где соединительная тяга (4) соединяется с поршнем (3) по х и y направлениям, уравновешивают силы, действующие на поверхность цилиндра (2) под действием давления, действующего на поршень, и поршень (3) поддерживается в равновесии в цилиндре (2) (фиг.5). Таким образом, трение, которое возникает на поверхности цилиндра по ходу поршня в цилиндре, предотвращается, предотвращается потеря мощности, и эффективность и срок службы двигателя увеличиваются.

В предпочтительном варианте осуществления двигателя (1) по изобретению для предотвращения силы трения, образуемой поршнем (3) на поверхности цилиндра (2), по меньшей мере короткий и/или длинный выступ (6) и/или по меньшей мере прямая или криволинейная выемка (7) на другой стороне выступа (6) образована на поршне (3) в дополнение к силе, получаемой смещением соединительной тяги (4) от центра цилиндра (2) на величину х (фиг.8, фиг.9, фиг.11, фиг.12, фиг.13, фиг.15).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения двигателя (1) поршню (3) придана форма посредством образования по меньшей мере углубления (8) и/или выпуклости (9) на поршне (3) в дополнение к силе, получаемой смещением соединительной тяги (4) от центра цилиндра (2) на величину х для уравновешивания силы трения, образуемой поршнем (3) на поверхности цилиндра (2) (фиг.10, фиг.14).

В классических двигателях (1) известного уровня техники, во время цикла всасывания, когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, угол кривошипа (5) равен 0°. В двигателе (1) по изобретению эффективное плечо момента получено на кривошипе (5), так как соединительная тяга (4) образует угол α градусов относительно оси цилиндра (2), и когда кривошип (5) достигает верхней мертвой точки, он продолжает поворачиваться, а когда образует θ° угол, поршень (3) достигает верхней мертвой точки. В противоположность известному уровню техники, цикл всасывания начинается, когда угол кривошипа (5) равен θ°, не 0°. Во время цикла всасывания, когда кривошип (5) поворачивается так, что образует β° угол, поршень (3) перемещается медленно в цилиндре (2) и проходит расстояние z, когда угол кривошипа (5) достигает 90°, поршень (3) перемещается менее чем на половину своего хода и достигает точки z₂. Во время поворотного движения кривошипа (5) между 90°-180° поршень (3) перемещается быстро и проходит большее расстояние (z₂). Таким образом, в результате вакуума, образуемого медленным перемещением поршня (3) во время первого 0°-90° перемещения кривошипа (5), топливо полностью всасывается в поршень (3). Во время перемещения между 90°-180° обеспечивается образование идеальной смеси, так как больше воздуха засасывается в поршень (3) под действием силы инерции, образуемой скоростью поршня (3) и разностью давлений. Когда угол кривошипа (5) достигает 180°, кривошип (5) продолжает поворачиваться посредством крутящего момента, действующего на кривошип (5), и цикл всасывания заканчивается, когда угол кривошипа достигает 180°+λ° и когда поршень (3) находится в нижней мертвой точке (фиг.7).

В двигателе (1) по изобретению, тогда как угол кривошипа (5) находится между (180°+λ°)-270° в цикле сжатия, поршень (3) проходит менее половины длины хода, и пройденное расстояние намного короче, чем в классическом двигателе (1) с одним и тем же угловым интервалом. Между 270°-360° поршень (3) проходит более половины своего хода, и когда кривошип (5) достигает θ°, цикл сжатия заканчивается.

В двигателе (1) по изобретению во время рабочего цикла, при перемещении кривошипа (5) между θ°-90° поршень (3) перемещается очень медленно в цилиндре (2) благодаря углу соединительной тяги (4) относительно цилиндра (2), и, таким образом, давление на поршне (3) поддерживается на высоком уровне в течение длительного времени. В этом процессе расстояние, которое поршень (3) проходит, составляет менее половины хода, и, таким образом, получается полное и эффективное сгорание обеспечением достаточного времени (фиг.7).

В то время как угол кривошипа меняется между 90°-180°, поршень (3) проходит более половины длины хода, так что он проходит большее расстояние, чем когда угол кривошипа (5) находится между 0°-90°, и когда угол кривошипа (5) достигает 180°+λ°, поршень (3) достигает нижней мертвой точки. Таким образом, термодинамический коэффициент полезного действия увеличивается, так как топливо сжигается более эффективно выполнением перемещения поршня (3) на меньшее расстояние относительно перемещения вала кривошипа (5) между θ°-90°, и получается намного выше мощность, крутящий момент и скорость по сравнению с классическими двигателями (фиг.7).

Когда угол кривошипа (5) находится между (180°+λ°)-270°, поршень (3) проходит менее половины своего хода, и пройденное расстояние намного меньше по сравнению с классическим двигателем с одним и тем же угловым интервалом. Между 270°-360° поршень (3) проходит более половины своего хода, поворачивается на более θ градусов под действием крутящего момента, действующего на него, и цикл откачки заканчивается. Таким образом, во время производства двигателя (1) время открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов относительно положения кривошипа (5) можно регулировать, так что скорость двигателя (1), мощность и крутящий момент будут увеличиваться относительно скорости поршня (3). Таким образом, выхлопной газ приближается к атмосферному давлению, так как выпускной клапан открывается до того, как угол кривошипа (5) достигает 180°, и так как поршень (3) перемещается медленно, когда угол кривошипа (5) находится между (180°+λ°)-270°. Следовательно, давление падает быстро и двигатель (1) потребляет меньше энергии, так как при низком давлении газ может легче выпускаться наружу.

Возможна разработка различных вариантов осуществления на основе фундаментальных принципов, раскрытых здесь. Двигатель (1) изобретения может не ограничиваться примерами, изложенными выше при описании изобретения. Изобретение по существу описано в формуле изобретения.

1. Двигатель (1), отличающийся тем, что содержит по меньшей мере цилиндр (2), по меньшей мере поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2) и который содержит по меньшей мере выступ (б) и/или выемку (7), которые устраняют трение боковой поверхности поршня во время перемещения, по меньшей мере соединительную тягу (4), которая смещена от оси цилиндра на расстояние (x) и, в то же время, соединена с поршнем (3) под углом (α), по меньшей мере кривошип (5), который регулирует скорость поршня (3) при его ходах благодаря γ° углу двух концов соединительной тяги (4) относительно оси цилиндра (2).

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая расположена между поршнем (3) и кривошипом (5) и которая соединяет поршень (3) с кривошипом (5), которая смещена от оси цилиндра (2) на расстояние (x) и которая установлена на поршне (3) под углом (α), при этом часть между верхним концом (A), который расположен под углом (α) градусов относительно поршня, и нижним концом (B), который установлен на валу кривошипа (5), может быть прямой, а также может быть криволинейной, волнистой.

3. Двигатель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что обеспечивает регулирование циклов всасывания, сжатия, сгорания и откачки для увеличения эффективности, при этом соединительная тяга (4) образует γ° угол относительно оси цилиндра (2), когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещает ось поворота кривошипа (5) от оси цилиндра (2) на расстояние e.

4. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что плечо момента образовано на кривошипе (5), поскольку центр поворота смещен от оси цилиндра (2) на расстояние e, и содержит по меньшей мере один кривошип (5), который образует θ° угол с осью цилиндра (2), когда поршень (3) достигает верхней мертвой точки (ВМТ).

5. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая обеспечивает регулирование скорости поршня (3) при необходимости под действием силы, образуемой по центру поворота кривошипа (5) во время сгорания, когда угол кривошипа (5) равен 0°.

6. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая обеспечивает уменьшение скорости поршня (3) и, таким образом, полное сгорание топлива, когда угол кривошипа (5) относительно оси цилиндра (2) находится между θ-90°.

7. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере кривошип (5), который заставляет поршень (3) достигать нижней мертвой точки, когда угол относительно цилиндра (2) равен 180° +λ°.

8. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая заставляет поршень (3) проходить менее половины своего хода при перемещении кривошипа (5) между (180° +λ°)-270°, а время открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов предварительно определены при производстве двигателя (1) согласно перемещению так, что скорость, мощность и крутящий момент двигателя (1) будут увеличиваться.

9. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая заставляет поршень (3) проходить более половины своего хода при перемещении кривошипа (5) между 270° -360°, а время открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов предварительно определены при производстве двигателя (1) согласно перемещению так, что скорость, мощность и крутящий момент двигателя (1) будут увеличиваться.

10. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещена от центра цилиндра (2) на величину x для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).

11. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), на которой содержится по меньшей мере выступ (6) и/или выемка (7) для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).

12. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один поршень (3), на котором содержится по меньшей мере один выступ (6) и/или по меньшей мере прямая или криволинейная выемка (7) на другой стороне для уравновешивания силы трения, образуемой на боковой поверхности поршня (3) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).

13. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один поршень (3), на котором содержится по меньшей мере одна выпуклость (8) и/или углубление (9) для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).