двигатель внутреннего сгорания с пирамидальным поршнем и механизмом досжатия (дизель)

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, коленчатый вал, шатун, шток, сквозной поршень, впускной клапан воздуха в компрессорный цилиндр и канал подачи сжатого воздуха из него в камеру сгорания через впускной клапан воздуха и топлива, форсунку, находящуюся в подклапанном пространстве впускного клапана воздуха и топлива, топливный насос, камеру сгорания, выпускной клапан отработанных газов из камеры сгорания, пирамидальный поршень, состоящий из поршня компрессора и поршня, отличающийся тем, что поршень пирамидального поршня выполнен "пальчиковым" из стали с "зеркальной" боковой поверхностью, находится в соответствующем цилиндре, а также содержит сальник, расположенный вокруг "пальчикового" поршня, подвод системы смазки для смазывания сальника и поршневых колец "пальчикового" поршня, общий отвод для отработанного масла с уловителем масла с масляным фильтром, через который отработанное масло попадает в картер, и для газов, частично проникающих из камеры сгорания через поршневые кольца "пальчикового" поршня, механизм досжатия воздушно-топливной смеси с эксцентриком неправильной формы.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий: картер, коленчатый вал, камеру сгорания, впускной клапан воздушно-топливной смеси в камеру сгорания, впускной продувочный клапан сжатого воздуха, выпускной продувочный клапан, свечу зажигания, цилиндры с двухцилиндровым поршнем /патент США N 1722201, F 02 В 33/14, 1928/. В этом изобретении описан и способ сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания поршнем с помощью компрессора, объем которого разграничивается от объема камеры сгорания.

Это изобретение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком изобретения является неэффективный способ использования горячих газов высокого давления.

Задачей изобретения является более эффективный способ использования горячих газов высокого давления.

Поставленная задача решается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания содержит двухцилиндровый пирамидальный поршень, состоящий из поршня компрессора и "пальчикового" поршня уменьшенного диаметра /рабочего поршня/, находящегося в цилиндре уменьшенного диаметра с соответственно уменьшенным рабочим объемом, который не позволяет создать в камере сгорания необходимую для воспламенения от сжатия величину степени сжатия воздушно-топливной смеси, для чего двигатель снабжен поршнем- компрессором и механизмом досжатия воздушно-топливной смеси, так как компрессор должен разграничиваться от объема камеры сгорания перед воспламенением воздушно-топливной смеси. Из-за своего маленького диаметра "пальчиковый" поршень не может создать резкий перепад давления в камере сгорания, из-за чего невозможно достичь воспламенения воздушно-топливной смеси в камере сгорания в нужный момент.

Для устранения детонации двигатель снабжен механизмом досжатия воздушно-топливной смеси, который позволяет достичь воспламенения воздушно-топливной смеси в камере сгорания даже после прохождения внутренней /верхней/ мертвой точки "пальчиковым" поршнем уменьшенного диаметра.

Поставленная задача решается так же за счет нового способа сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания до воспламенения. "Пальчиковым" поршнем, поршнем- компрессором и поршнем досжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания создают сжатие воздушно-топливной смеси, до достижения внутренней /верхней/ мертвой точки /ВМТ/ "пальчиковым" поршнем, а досжатие воздушно-топливной смеси до воспламенения создают поршнем досжатия воздушно-топливной смеси после прохождения ВМТ "пальчиковым" поршнем. И соответственно, за счет эффективной системы использования горячих газов высокого давления. Горячие газы высокого давления воздействуют на "пальчиковый" поршень в соответствующем цилиндре уменьшенного диаметра с соответственно уменьшенным рабочим объемом, что приводит к многократной экономии топлива, так как давление газов падает меньше на единицу пройденного пути "пальчиковым" поршнем уменьшенного диаметра из ВМТ к НМТ, чем в обычном двигателе.

Такой режим работы двигателя, с поздним воспламенением воздушно-топливной смеси, задан с целью уменьшения механической нагрузки на коленчатый вал и цилиндро-поршневую группу во время воспламенения воздушно-топливной смеси и гарантирует отсутствие детонации в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Поршень называется пирамидальным, так как он состоит из двух поршней, находящихся в двух цилиндрах, поршни имеют разные диаметры, выполняют разные функции, но представляют из себя двухцилиндровый поршень, в устройстве которого соблюден принцип построения пирамиды, над поршнем большего диаметра расположен поршень меньшего диаметра.

Рабочий поршень пирамидального поршня называется "пальчиковым" поршнем, так как он имеет уменьшенный диаметр, находится в соответствующем цилиндре с уменьшенным диаметром и с соответственно уменьшенным рабочим объемом, который не позволяет самостоятельно создать необходимую /расчетную/ величину степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания.

На чертежах изображено:

на фиг.1 - двигатель внутреннего сгорания с пирамидальным поршнем и механизмом досжатия воздушно-топливной смеси /дизель/, пирамидальный поршень находится в положении ВМТ, поршень досжатия воздушно-топливной смеси находится в положении, близком к положению максимального досжатия воздушно-топливной смеси;

на фиг.2 - эксцентрик неправильной формы;

на фиг.3 - пирамидальный поршень.

Двигатель внутреннего сгорания с пирамидальным поршнем и механизмом досжатия /дизель/ содержит: картер 1, коленчатый вал 2, шатун 3, соединенный с штоком 4 шатунно-штоковым пальцем 5 внутри сквозного шатунно-штокового поршня 6 плунжерного типа, скользящего в цилиндре 7, так же, как и поршень 8 компрессор воздуха с поршневыми кольцами 9, соединенный с штоком 4 штоково-поршневым пальцем 10 имеющий камеру 11 сжатия воздуха, который поступает через впускной клапан 12, а выходит в сжатом виде через канал 13 поступления сжатого воздуха в камеру 23 сгорания, поршень 8 компрессор является частью пирамидального поршня 14, его вторая часть - "пальчиковый" поршень 15 с поршневыми кольцами 16, работающий в цилиндре 17 и проходящий через сальник 18, который смазывается через подвод 19 системы смазки, так же, как и поршневые кольца 16 "пальчикового" поршня 15, горячие газы, частично проникающие из камеры 23 сгорания через поршневые кольца 16 "пальчикового" поршня 15, выходят вместе с отработанным маслом через канал 20 отвода горячих газов и отработанного масла с уловителем 21 масла с масляным фильтром 22, через который масло попадет в картер 1, подвод 19 системы смазки и канал 20 отвода горячих газов и отработанного масла находятся в цилиндре 17 "пальчикового" поршня 15, между сальником 18 и НМТ поршневых колец 16 "пальчикового" поршня 15, в камеру 23 сгорания сжатый воздух поступает через впускной клапан 24 воздуха и топлива, так же, как и топливо через форсунку 25, находящуюся в подклапанном пространстве впускного клапана 24 воздуха и топлива, рядом с выходом канала 13 поступления сжатого воздуха, топливо подается через канал 26 поступления топлива из топливного насоса 27, газы из камеры 23 сгорания выходят через выпускной клапан 28 отработанных газов, в состав двигателя также входит механизм досжатия воздушно-топливной смеси, который содержит: головку 29 цилиндра, поршень 30 досжатия воздушно-топливной смеси с поршневыми кольцами 31, выход 32 газов, частично проникающих через поршневые кольца 31 из камеры 23 сгорания, распределительный вал 33 с эксцентриком 34 неправильной формы, а - осевая распределительного вала.

Ввиду больших сил, воздействующих на шатун 3, шатун 3 конструктивно усилен от воздействия на излом и выполнен из стали.

Двигатель внутреннего сгорания с пирамидальным поршнем и механизмом досжатия /дизель/ работает в двухтактном режиме.

На фиг. 1 - пирамидальный поршень 14 находится в ВМТ, поршень 30 досжатия воздушно-топливной смеси находится в положении, близком к максимальному досжатию воздушно-топливной смеси. В это время эксцентрик 34 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 30 досжатия точкой К - фиг. 2. Когда пирамидальный поршень 14 пройдет ВМТ, совместно работающий с коленчатым валом 2 распределительный вал 33 установит эксцентрик 34 неправильной формы на тыльную часть поршня 30 досжатия точкой Е - фиг.2, то есть, в этот момент объем камеры 23 сгорания максимально уменьшится. Одновременно откроется впускной клапан 12 воздуха в камеру 11 поршня 8 компрессора, клапаны 24 и 28 закрыты, подвод 19 системы смазки закрыт. Пирамидальный поршень 14 продолжает двигаться из ВМТ к НМТ. Эксцентрик 34 неправильной формы в это время воздействует на тыльную часть поршня 30 досжатия поверхностью Е-Н-Т - фиг. 2, удерживая объем камеры 23 сгорания минимальным, когда пирамидальный поршень 14 приблизится к НМТ, эксцентрик 34 неправильной формы будет воздействовать на тыльную часть поршня 30 досжатия точкой Т - фиг.2, откроется выпускной продувочный клапан 28 загазованной смеси из камеры 23 сгорания. НМТ пирамидального поршня 14 соответствует воздействию эксцентрика 34 неправильной формы на тыльную часть поршня 30 досжатия точкой А - фиг.2, в этот момент включается подвод 19 системы смазки, закрывается впускной клапан 12 воздуха в камеру 11 поршня 8 компрессора, пирамидальный поршень 14 начинает двигаться из НМТ к ВМТ, открывается впускной клапан 24 и сжатый воздух из камеры 11, через канал 13 поступления сжатого воздуха, начинает продувать камеру 23 сгорания через выпускной клапан 28. Соответственно движению пирамидального поршня 14 из НМТ к ВМТ эксцентрик 34 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 30 досжатия поверхностью А-В-К - фиг.2. Когда пирамидальный поршень 14 пройдет половину пути из НМТ к ВМТ, камера 23 сгорания полностью очистится и выпускной клапан 28 закроется, в это время эксцентрик 34 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 30 досжатия точкой В - фиг. 2, что соответствует верхней мертвой точке поршня 30 досжатия, топливный насос 27 через канал 26 поступления топлива и форсунку 25 подает порцию топлива в камеру 23 сгорания, сжатый воздух, не перестававший поступать в камеру 23 сгорания, помогает топливу не задерживаться в подклапанном пространстве и мелкодисперсная воздушно-топливная смесь заполняет камеру 23 сгорания. Когда пирамидальный поршень 14 достигнет ВМТ, закрывается подвод 19 системы смазки поршневых колец 16 и сальника 18, топливный насос 27 прекращает подачу топлива, впускной клапан 24 закрывается, эксцентрик 34 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 30 досжатия точкой К - фиг.2. Объем камеры 23 сгорания становится близким к минимальному, степень сжатия воздушно-топливной смеси достигает величины более 10, но менее 12-14, то есть, является недостаточной для воспламенения. Когда пирамидальный поршень 14 пройдет ВМТ, эксцентрик 34 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 30 досжатия точкой Е - фиг.2, в этот момент степень сжатия воздушно-топливной смеси в камере 23 сгорания достигает максимальной, то есть более 13-14, и является достаточной для воспламенения. Происходит воспламенение и сгорание воздушно-топливной смеси в камере 23 сгорания, воздух через впускной клапан 12 поступает в камеру 11 компрессора. Пирамидальный поршень 14 продолжает двигаться из ВМТ к НМТ, эксцентрик 34 неправильной формы удерживает объем камеры 23 сгорания минимальным, воздействуя на тыльную часть поршня 30 досжатия поверхностью Е-Н-Т - фиг.2. Горячие газы высокого давления, частично проникающие из камеры 23 сгорания через поршневые кольца 16 "пальчикового" поршня 15, вместе с отработанным маслом попадают в капал 20 отвода горячих газов и отработанного масла, масло попадает в уловитель 21 масла и через масляный фильтр 22 возвращается в картер 1. При подходе пирамидального поршня 14 к НМТ открывается выпускной клапан 28 отработанных газов из камеры 23 сгорания, этот момент соответствует моменту воздействия эксцентрика 34 неправильной формы на тыльную часть поршня 30 досжатия точкой Т - фиг.2. Рабочий цикл продолжается.

В двигателе внутреннего сгорания используется способ сжатия воздушно-топливной смеси с досжатием до воспламенения, в одной камере 23 сгорания "пальчиковым" поршнем 15, поршнем 30 досжатия воздушно-топливной смеси, у которых объемы цилиндров постоянно сообщаются с объемом камеры 23 сгорания, и поршнем 8 компрессором, у которого объем цилиндра 7 разграничивается от объема камеры 23 сгорания, отличающийся тем, что сжатие воздушно-топливной смеси в камере 23 сгорания создают "пальчиковым" поршнем 15, поршнем 8 компрессором, поршнем 30 досжатия воздушно-топливной смеси до достижения "пальчиковым" поршнем 15 внутренней /верхней/ мертвой точки, а досжатие воздушно-топливной смеси до воспламенения создают поршнем 30 досжатия воздушно-топливной смеси после прохождения внутренней /верхней/ мертвой точки "пальчиковым" поршнем 15. Что способствует эффективной работе двигателя.

Мелкодисперсная воздушно-топливная аэрозоль, распространяясь в камере 23 сгорания во время впрыска топлива, является также смазкой для поршневых колец 31 поршня 30 досжатия воздушно-топливной смеси.

Для преобразования поступательного движения пирамидального поршня 14 во вращательное движение коленчатого вала 2 применен шатунно-штоковый механизм, состоящий из штока 4, который соединен с пирамидальным поршнем 14 штоково-поршневым пальцем 10, сквозного шатунно-штокового поршня 6 плунжерного типа с "зеркальной" внешней поверхностью. Шток 4 и шатун 3 соединяются внутри сквозного шатунно-штокового поршня 6 посредством шатунно-штокового пальца 5. Поршневые кольца 9 поршня 8 компрессора и сквозной шатунно-штоковый поршень 6 работают по отдельным участкам поверхности цилиндра 7.

В состав двигателя внутреннего сгорания входит пирамидальный поршень - фиг. 3, который содержит: поршень 8 компрессор, "пальчиковый" поршень 15 с "зеркальной" боковой поверхностью, конструктивно выполненный из стали, с круглой площадкой 37, залитой алюминиевым сплавом, из которого сделан поршень 8 компрессор, место 35 расположения штоково-поршневого пальца 10, место 36 расположения поршневых колец 9 поршня 8 компрессора, место 38 расположения поршневых колец 16 "пальчикового" поршня 15.

В качестве сальника 18, через который проходит "пальчиковый" поршень 15, можно использовать поршневое кольцо или несколько поршневых колец с внутренней рабочей поверхностью.

Конструкция эксцентрика 34 неправильной формы (фиг.2) гарантирует воспламенение воздушно-топливной смеси в нужный момент. Расположение точки Т - фиг. 2 может быть ближе к точке Н - фиг. 2, это зависит от того, в какой момент происходит выпуск отработанных газов из камеры 23 сгорания. Соответственно изменится конфигурация участка перехода Т-А - фиг.2. Конфигурация участков перехода: Т-А и К-Е - фиг.2 может быть более плавной.