Двигатель внутреннего сгорания

й Федерац рным знак Комитет Россиис по патентам и то ЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(76) Мошинский Ефим Яковпевич(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Сущность изобретения: двигатель содержит корпуС по меньшей мере один компрессорный цилиндр с поршнем, кинематически связанный с выходным валом с помощью кривошипно-шатунного привода, одну расширительную машину с камерой переменного обьема, выполненной в виде цилиндра с поршнем, и камеру сгорания постоянного объема, выполненную в попости вращающегося золотника, соединенного канапами с расширительной машиной и надпоршневой полостью компрессора и кинематически связанного с выходным валом, а дпя наддува используется нагнетатепь или турбокомпрессор. Новым в двигателе явпяется то, что он снабжен допопнитепьными компрессорным цилиндром с поршнем и камерой сгорания постоянного объема, а расширительная машина выполнена роторной, ротор которой установлен на эксцентрико 19) КЕУ (и) 200208Я 1) 5 Р 02 В 75 32 вом вапу, расположенном параллельно осям комп- рессорных цилиндров, и образует с корпусом машины две камеры переменного объема, при этом продопьная ось зопотника камеры сгорания расположена параллепьно эксцентриковому валу, а каждый поршень ципиндров компрессора связан с вы - ходным вапом с помощью допопнительного вала, двухшатунного механизма, траверсы и штока, Нижняя часть каждого ципиндра компрессора перекрыта, образуя надпоршневую полость - наддувочную камеру, снабженную впускным и наддувочными каналами и связанную с надпоршневой полостью цилиндра при помощи перепускного канала.Коаксиапьно с золотником камеры сгорания, т.е.между стенками последнего и корпусом, установлена поворотная гильза, перекрывающая при повороте канал между камерой сгорания и цилиндром компрессора. Тем самым достигается изменение объема камеры сжатия от максимального значения до минимального - "мертвая зона" ципиндра компрессора. 2 з.п.ф-лы, 10 ил.ФИзобретение относится к области силовых установок, работающих на горючих газах или продуктах сгорания, а более конкретно к двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, и может быть использовано, например, в легковых автомобилях, работающих на дизельном топливе, е условиях высокой частоты вращеИзвестны быстроходные двигатели, работающие на дизельном топливе (дизели) с номинальной частотой вращения 5000 минОтличительной особенностью известных быстроходных двигателей является наличие у них разделенных камер сгорания. Это связано с тем, что у дизелей в неразделенной камерой сгорания в условиях высокой частоты вращения (5000-6000 мин ) не удается достаточно удовлетворительно организовать смесеобраэование и сгорание топлива с удовлетворительными экономическими показателями. Кроме того, эти дизели имеют следующие преимущества по сравнению с дизелями, имеющими неразделенные камеры сгорания:меньшее максимальное давление и невысокая степень нарастания давления;возможность работы двигателя на высоких скоростных режимах с бездымным выпуском и малым шумом;возможность использования топлив различного фракционного состава и меньшим циановым числом, без резких изменений показателей двигателя;возможность более грубого распыливания топлива при впрыске при меньшем давлении впрыска, что облегчает условия работы топливопередающей аппаратуры, а также позволяетупростить ее конструкцию;меньшая токсичность выпуска.Топливная экономичность известных быстроходных дизелей с разделенной камерой сгорания все же недостаточна. Это связано с тем, что процесс сгорания значительной части топлива происходит в надпоршневом пространстве и поэтому переносится на линию расширения, Кроме того, эффективность сгорания (теплоиспольэование топлива) ухудшается из-за относительно низкой температуры заряда в камере сгорания в момент впрыска топлива (угол опережения впрыска топлива достаточно велик). В случае уменьшения угла опережения впрыска у этих двигателей произойдет дополнительный перенос процесса сгорания на линию расширения и соответственно дополнительное снижение термического КПД,Известно техническое решение, по которому более высокая топливная экономичность достигается эа счет, так называемого, 50 ресурса двигателя путем уменьшения механических потерь;упрощение конструкции и снижение стоимости узла наддува путем использования нижней полости цилиндра компрессора в качестве наддувочной камеры;увеличение и обеспечение регулирования тормозного действия двигателя, передаваемого на автомобиль, путем регулирования объема камера сжатия.Указанная цель достигается тем, что двигатель, содержащий корпус, по меньшей мере один компрессорный цилиндр с поршнем, кинематически связанный с выходным валом с помощью кривошипно-шатунногопривода, одну расширительную машину с камерой переменного обьема, выполненной в виде цилиндра с поршнем, и камеру сгораниия постоянного обьема, выполненную в полости вращающегося золотника, соединенного каналами с расширительной маширазделенного термодинамического цикла,принятое е качестве прототипа. Известныйдвигатель внутреннего сгорания содержиткорпус, по меньшей мере один компрессор 5 ный цилиндр с поршнем, кинематическисвязанный с выходным валом, одну расширительную машину с камерой переменногообьема, выполненной в виде цилиндра споршнем, и камеру сгорания постоянного"О объема. Камера сгорания выполнена в полости вращающегося золотника, установленного е корпусе и связанного кинематическис выходным валом. При этом камера сгорания соединена каналами с камерой расши 15 рительной машины и надпоршневойполости компрессора. Цилиндр компрессора снабжен впускным каналом, а расширительная машина - выпускным.Теплоиспользование у этих двигателей20 повышается, так как сгорание топлива происходит е импульсной камере постоянногообъема и не переносится на линию расширения, а также за счет высокой температурызаряда в момент епрыска топлива угол опе 25 режения впрыска равен нулю),Известный двигатель прототип) обладает следующими недостатками:значительные механические потери исравнительно низкий моторесурс в услови 30 ях высокой частоты вращения;сложные по конструкции и дорогостоящие нагнетатели или турбокомпрессоры,используемые для наддува двигателя;незначительное тормозное действие35 двигателя, передаваемое на автомобиль,Целью изобретения является повышение эффективности двигателя, что заключается в следующем:повышение механического КПД и мото 2002085ной и надпоршневой полостью компрессора и кинематически связанного с выходным валом, а для наддува используется нагнетатель или турбокопрессор, снабжен дополнительными компрессорным цилиндром с поршнем и камерой сгорания постоянного объема, а расширительная машина выполнена роторной, ротор которой установлен на эксцентриковом валу, расположенном параллельно осям компрессорных цилиндров. и образует с корпусом машины две камеры переменного обьема, при этом продольная ось золотника камеры сгорания расположена параллельно эксцентриковому валу, а каждый поршень цилиндров копрессора связан с выходным валом с помощью дополнительного вала, двухшатунного механизма, траверсы и штока,Нижняя часть каждого цилиндра компрессора перекрыта, образуя подпоршневую полость - наддувочную камеру, снабженную впускным и наддувочным каналами и связанную с надпоршневой полостью цилиндра при помощи перепускного канала, Коаксиально с золотником камеры сгорания, т.е, между стенками последнего и корпусом, установлена поворотная гильза, перекрывающая при повороте канал между камерой сгорания и цилиндром компрессора, Тем самым достигается изменение обьема камеры сжатия от максимального значения до минимального" "мертвая зона" цилиндра компрессора.Ротор выполнен трехгранным, а эксцентриковый вал связан с выходным валом при помощи конической зубчатой передачи, а дополнительный вал связан свыходным валом с помощью цилиндрической зубчатой передачи.Перепускной канал узла наддува выполнен в виде изогнутой Г-образной трубки с выходным и входным сечениями, при этом конец трубки с выходным сечением расположен коаксиально внутри впускного канала компрессорного цилиндра, образуя с ним эжектор.Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленный двигатель отличается следующим;в камере сгорания дополнительно установлены поворотные гильзы, перекрывающие канал между камерой сгорания и цилиндром компрессора;рабочие камеры выполнены в одном общем корпусе расширительной машины, внутри которой на эксцентриковомм валу установлен ротор. а привод возвратно-поступательного перемещения поршней компрессора выполнен в виде силового двухшатунного механизма. кинематически5055 39,5 10 15 20 25 30 35 40 45 связанного с поршнями при помощи траверс и штоков;наддувочный узел выполнен в виде наддувочной камеры в нижней полости цилиндра компрессора и системы каналов,Таким образом, заявленное устройствосоответствует критерию "новизна",На фиг, 1 изображен общий вид двигателя; на фиг, 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг, 2; на фиг, 4 - разрезВ - В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г - Г на фиг.2; на фиг. 6 - разрез Д - Д на фиг, 5; на фиг,7 - вид по стрелке Е на фиг. 1; на фиг. 8 - 10- узел наддува,Двигатель содержит цилиндры компрессора 1 и центральный корпус расширительной машины 2, составляющие одно целое скартером 3 (нижний блок), головку цилиндровкомпрессора 4 с верхней крышкой 5 расширительной машины, выполненные как одноцелое верхний блок), нижнюю крышку 6 расширительной машины, выходной вал 7, камеру сгорания 8, редуктор 9, механизмы 10газораспределения; дополнительный вал 11,противовесы 12 уравновешивающие силыинерции расширительной машины.Так как конструкция двигателя симметрична, то на фиг. 2 левая половина не показана,Компрессор состоит из двух цилиндров13 с поршнями 14 и штоками 15. Для уравновешивания момента от сил инерции служат противовесы 27,В центральном корпусе расширительной машины с внутренней поверхностьюэпитрохоидной формы расположен ротор16, установленный на эксцентриковом валу17, Расширительная машина выполнена потипу двигателя Ванкеля и для синхронизации вращения эксцентрикового вала и ротора установлен планетарный механизм,состоящий из шестерни 18 внутреннего зацепления, установленной в торце ротора, инеподвижной шестерни 19 (крепится к нижней крышке 6), Передаточное отношениемежду шестернями 18 и 19 равно 3:2 (поаналогии с двигателем Ванкеля). Для выпуска отработавших газов служит канал 20,Неподвижный цилиндрический корпус камеры сгорания 8 выполнен частично в центральном корпусе расширительной машины и частично в верхней крышке расширительной машины (фиг, 2, 5, 6). Внутри неподвижного корпуса установлены поворачивающиеся гильза 28. вращающийся пустотелый золотник 29, вкладыши 37 а и 37 б, перемычки 38 (предусмотрены из условия прочности золотника) и топливная форсункаиз камеры сгорания в рабочую камеру ро 20 30 50 55 Поворот гильзы 28 осуществляется с помощью рычага 30. Вращение золотника 29 осуществляется от распредвала 31 через коническую зубчатую передачу 32 с передаточным отношением 1:1,Для перетекания воздуха из надпоршневого пространства компрессора в камеру сгорания (в процессе сжатия служит канал 33, а для перетекания продуктов сгорания торной секции - канал 34.Связь компрессора с эксцентриковым валом 17 осуществляется через редуктор с помощью кинематической цепи, состоящей из четырех кривошипов 21, четырех шатунов 22 и двух траверс 23.Редуктор содержит коническую гипоидную зубчатую передачу с передаточным отношением 1:1, состоящую из ведущей шестерни 40 и ведомой шестерни 41, и цилиндрическую зубчатую передачу 42 с передаточным отношением 1;1,Шлицевые соединения 26 служат для удобства при разработке двигателя. Имеются масляный поддон 44 редуктора и масляный поддон 45 двигателя.Газораспределение при впуске свежего заряда в цилиндр компрессора осуществляется с помощью двух впускных клапанов 46 (в каждом цилиндре). Газораспределительный механизм 10 состоит из распредвалов 47 (камеры сгорания) и 48 (впускных клапанов),Вращение валов осуществляется с помощью цепной передачи, состоящей из цепи 49, ведущей звездочки 50 и двух ведомых звездочек 51 и 52,На фиг, 8-10 приведена схема динамического (инерционного) наддува, Узел наддува состоит из следующих элементов; перепускного канала 53 (труба динамического наддува), наддувочного канала 54, впускного канала 55, воздушного фильтра 56, наддувочной камеры 57 цилиндра (нижняя часть цилиндра перекрыта); канал 53 заканчивается щелевым участком 58, Впускной канал компрессора вместе в перепускным каналом образуют эжектор. На предыдущих фигурах узел наддува не показан.Двигатель работает следующим образом.По аналогии с прототипом в компрессоре заявленного двигателя осуществляется впуск воздуха с последующим его сжатием в камере сгорания 8, После впрыска топлива форсункой 39 происходит воспламенение и сгорание топлива. Процесс сгорания происходит при постоянном объеме. После сгорания начинается перетекание продуктов 35 40 45 сгорания из камеры сгорания в рабочую камеру расширительной машины 2 через открывающийся канал 34 с одновременным расширением продуктов сгорания. В результате этого совершается работа, передаваемая на эксцентриковый вал 17. Мощность снимается с выходного вала 7 съема мощности, получающего вращение от эксцентрикового вала через гипоидную передачу (шестерни 40 и 41). От этого же вала получает вращение первый ряд шатунов компрессора (правый - Фиг, 3). Кроме того, от выходного вала через зубчатую передачу 42 получает вращение дополнительный вал 11, от которого получает вращение второй ряд шатунов (левый - фиг, 3),Наполнение цилиндра компрессора может быть увеличено с помощью наддува, При движении поршня от Н.М,Т, воздух, поступающий через фильтр 56, проходит через впускной канал 55, затем через канал 54 поступает в наддувочную камеру 57.При движении поршня к Н.М.Т, воздух в канале 54 формируется в струю, направленную в трубу динамического наддува 53 и затем во впускной тракт компрессора, осуществляя наддув. Количество воздуха, при этом поступающего во впускной тракт из воздушного фильтра, будет очевидно увеличиваться за счет эжекции, Щелевой участок перепускного канала будет усиливать эжекцион ный эффект.При повороте рычага 30(с помощью механической или гидравлической передачи) гильза 28 будет перекрывать канал 33. При полном перекрытии канала объем камеры сжатия уменьшается до объема "мертвой зоны" цилиндра(надпоршневой и другие зазоры). В этом случае камера сжатия оказывается изолированной от камеры сгорания, Объем "мертвой зоны" значительно меньше объема камеры сгорания, в связи с чем резко возрастает степень сжатия и, как результат, мощность, которую необходимо затратить для вращения компрессора, Расчеты показывают, что зта мощность может на 10-15 превышать номинальную мощность двигателя.Двухшатунный механизм обеспечивает практически строго линейное перемещение поршней, исключающее боковые силы, действующие на поршни, В результате этого существенно снижаются механические потери в парах поршень - гильза (на тактах впуска и сжатия). На тактах расширения и выпуска, т,е, в расширительной машине, механические потери также невелики, Это связано с тем, что в расширительной машине ротор и корпус не соприкасаются. В компрессоре и в расширительной машине тре10 2002085 Ю , А и гв гв я ние происходит только между кольцами или уплотнительными пластинами и корпусными деталями,Узел наддува, выполненный путем перекрытия нижней части цилиндров и системы каналов, на много проще по конструкции и дешевле традиционных нагнетателей и турбокопрессоров, используемых для этих целей,Формула изобретения1, ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус, по меньшей мере один компрессорный цилиндр с поршнем, кинематически связанный с выходным валом, одну расширительную машину с камерой переменного обьема, выполненной в виде цилиндра с поршнем, и камеру сгорания постоянного объема, соединенную с камерой расширительной машины и надпоршневой полостью компрессора, причем цилиндр компрессора снабжен впускным каналом, расширительная машина - выпускным каналом, а камера сгорания выполнена в полости вращающегося золотника, установленного в корпусе и связанного кинематически с выходным валом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, он снабжен дополнительными компрессорным цилиндром с поршнем и камерой сгорания постоянного объема, а расширительная машина выполнена роторной, ротор которой установлен на эксцентриковом валу, расположенном параллельно осям компрессорных цилиндров, и образует с корпусом машины две камеры переменного объема, при этом продольная ось золотника камеры сгораУстановка поворотной гильзы между подвижным и неподвижным цилиндрами камеры сгорания обеспечивает более эффективное тормозя щее действие двигате ля на автомобиль, .(56) Авторское свидетельство СССРМ 828780, кл, Г 02 В 41/02, 1979. ния расположена параллельно эксцентриковому валу, а каждый поршень цилиндров компрессора связан с выходным валом с помощью дополнительного вала и двух шатунов, наддувочная камера каждого комп- рессорного цилиндра выполнена в виде подпоршневой полости, снабженной впускным каналом и наддувочным каналом, связанным с надпоршневой полостью цилиндра при помощи перепускного канала, а коаксиально с золотником между стенками последнего и корпуса установлена поворотная гильза, связанная с приводом.2, Двигатель по п.1, отличающийся тем,что ротор выполнен трехгранным, а эксцентриковый вал связан с выходным валом при помощи конической зубчатой передачи. кроме того, дополнительный вал связан с выходным валом с помощью зубчатой пе редачи.3. Двигатель по п.1, отличающийся тем,что перепускной канал выполнен в виде изогнутой Г-образной трубки с входным и выходным сечениями, при этом конец З 5 трубки с выходным сечением расположенкоаксиально внутри впускного канала компрессорного цилиндра, образуя с ним эжектор.2002085 оставитель Е,Машинскийехред М,Моргентал едактор Н.Цалихина орректор М.Тк Заказ 31 бЗ Тираж Подпис НПО "Поиск" Роспатента113035. Москва, Ж. Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10