способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий впуск воздуха или рабочей смеси в цилиндр, сжатие, сжигание рабочей смеси в камере сгорания с осуществлением рабочего хода и выпуск отработанных газов, отличающийся тем, что работу каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания осуществляют в шесть тактов, при этом после впуска воздуха или рабочей смеси в цилиндр в следующем такте осуществляют перекачку содержимого этого цилиндра в другой цилиндр, находящийся в последующем такте, после чего осуществляют окончательное наполнение цилиндра воздухом или рабочей смесью, вслед за этим в этом же такте осуществляют впуск в этот цилиндр дополнительного объема воздуха или рабочей смеси путем перекачки ее из другого цилиндра, находящегося в предыдущем такте.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перекачку дополнительного объема воздуха или рабочей смеси из другого цилиндра осуществляют в конце такта окончательного наполнения цилиндра.

3. Двигатель внутреннего сгорания, включающий блок цилиндров, каждый из которых имеет поршень и связанный с распределительным валом клапанный механизм, включающий клапан впуска воздуха или рабочей смеси и клапан выпуска отработанных газов, отличающийся тем, что блок цилиндров содержит N цилиндров, где N - целое число, кратное шести, при этом клапанная система каждого цилиндра снабжена дополнительным клапаном выпуска воздуха или рабочей смеси, перекачиваемой по перепускному трубопроводу в другой цилиндр, находящийся в последующем такте, а также дополнительным клапаном впуска воздуха или рабочей смеси, перекачиваемой по перепускному трубопроводу из другого цилиндра, находящегося в предыдущем такте.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к способам работы и конструкциям двигателей внутреннего сгорания.

Для оценки новизны и изобретательского уровня первого из независимых объектов заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий подачу воздуха и кислорода в цилиндр, сжатие, впрыск топлива, воспламенение горючей смеси с осуществлением рабочего хода, при этом с целью интенсификации процесса сгорания топлива воздух и кислород дополнительно перемешивают и завихряют, см. а.с. СССР N 1229409, F 02 M 29/06.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий впуск рабочей смеси в цилиндр, сжатие, сжигание в камере сгорания с осуществлением рабочего хода и выпуск отработанных газов, характеризующийся тем, что при впуске свежей порции рабочей смеси одновременно осуществляют сжатие в цилиндре вспомогательного рабочего тела, сообщенного с источником высокого давления, см. патент РФ N 2044146, F 02 C 5/12.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого способа.

Недостатком прототипа является то обстоятельство, что для повышения мощности и крутящего момента двигателя необходим источник высокого давления, т. е. компрессор, на работу которого затрачивается часть механической энергии двигателя.

Задачей изобретения является повышение мощности и крутящего момента двигателя внутреннего сгорания без применения компрессора.

Сущность первого независимого объекта заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

В способе работы двигателя внутреннего сгорания, включающем впуск воздуха или рабочей смеси в цилиндр, сжатие, сжигание рабочей смеси в камере сгорания с осуществлением рабочего хода и выпуск отработанных газов, работу каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания осуществляют в шесть тактов, при этом после впуска воздуха или рабочей смеси в цилиндр в следующем такте осуществляют перекачку содержимого этого цилиндра в другой цилиндр, находящийся в последующем такте, после чего осуществляют окончательное наполнение цилиндра воздухом или рабочей смесью, вслед за чем в этом же такте осуществляют впуск в этот цилиндр дополнительного объема воздуха или рабочей смеси путем перекачки ее из другого цилиндра, находящегося в предыдущем такте.

В этом заключается совокупность существенных признаков первого независимого объекта заявляемого изобретения, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения либо особые условия его использования, а именно перекачку дополнительного объема воздуха или рабочей смеси из другого цилиндра осуществляют в конце такта окончательного наполнения цилиндра.

Для оценки новизны и изобретательского уровня второго из независимых объектов заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен двигатель внутреннего сгорания с раздельным циклом, содержащий блок из двух цилиндров с поршнями, коленчатым валом и камерой сгорания с форсунками для топлива воды, а также воздушный трубопровод с воздушным клапаном, который установлен в головке двигателя и сообщен с полостью первого цилиндра, при этом камера сгорания сообщена через впускной клапан с первым цилиндром, через выпускной клапан - со вторым цилиндром, а выхлопной трубопровод через выхлопной клапан сообщен с полостью второго цилиндра, причем поршень второго цилиндра установлен с отставанием от первого цилиндра, см. патент РФ N 1822465, F 02 B 1/00.

Известен двигатель внутреннего сгорания, включающий блок цилиндров, каждый из которых имеет поршень и связанный с коленчатым валом клапанный механизм, включающий клапан впуска рабочей смеси и клапан выпуска отработанных газов, а также источник высокого давления, причем поршень установлен в цилиндре с образованием подпоршневой полости, которая через картер сообщена с источником высокого давления, см. патент РФ N 2044146, F 02 C 5/12.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого устройства.

Недостатком известного устройства является его сложная конструкции, обусловленная наличием источника высокого давления - компрессора.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы двигателя высокого давления.

Сущность второго независимого объекта заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

В двигателе внутреннего сгорания, включающем блок цилиндров, каждый из которых имеет поршень и связанный с распределительным валом клапанный механизм, включающий клапан впуска воздуха или рабочей смеси и клапан выпуска отработанных газов, блок цилиндров содержит N цилиндров, где N - целое число, кратное шести, при этом клапанная система каждого цилиндра снабжена дополнительным клапаном выпуска воздуха или рабочей смеси, перекачиваемой по перепускному трубопроводу в другой цилиндр, находящийся в последующем такте, а также дополнительным клапаном впуска воздуха или рабочей смеси, перекачиваемой по перепускному трубопроводу из другого цилиндра, находящегося в предыдущем такте.

Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием у каждого из двух независимых объектов новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации существенных признаков заявленного изобретения, заключается в том, что за три оборота коленчатого вала в один объем цилиндра помещают почти два объема воздуха или рабочей смеси без применения компрессора за счет перекачки воздуха или рабочей смеси из другого цилиндра, находящегося в предыдущем такте.

Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряда новых полезных свойств, а именно увеличение количества топлива для организации более эффективного процесса сгорания, что влечет за собой увеличение крутящего момента и мощности двигателя.

Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг. 1 - диаграмма работы шестицилиндрового шеститактного поршневого двигателя внутреннего сгорания;

на фиг. 2 - диаграмма фаз газораспределения;

на фиг. 3 - блок цилиндров двигателя в момент, когда поршень первого цилиндра находится в верхней мертвой точке (ВМТ), а цилиндр, соответственно, в начале такта рабочего хода;

на фиг. 4 - порядок осуществления перекачки в двигателе с рядным расположением цилиндров;

на фиг. 5 - то же в двигателе с V-образным расположением цилиндров.

Двигатель внутреннего сгорания содержит блок цилиндров 1 - 6, каждый из которых имеет поршень 7, связанный с коленчатым валом 8, и связанный с распределительным валом (на чертежах условно не показан) клапанный механизм, включающий основной клапан впуска воздуха или рабочей смеси 9 (ВО), клапан выпуска отработанных газов 10 (ВОГ), дополнительный клапан выпуска воздуха или рабочей смеси 11 (ВДС), а также дополнительный клапан впуска воздуха или рабочей смеси 12 (ВД). Блок цилиндров содержит N цилиндров, где N - целое число, кратное шести (6, 12, 18 и т.д.). На диаграмме работы шеститактного двигателя приняты следующие условные обозначения тактов: С - сжатие, Р_х - рабочий ход, Вып - выпуск отработанных газов, Н - наполнение первичное, П - перекачка, ХОН - ход окончательного наполнения. Стрелками обозначены направления движения поршня каждого цилиндра, наклонными стрелками обозначена перекачка.

Способ с использованием заявленного устройства реализуют следующим образом.

Рассмотрим работу шеститактного двигателя внутреннего сгорания, условно начиная с первого такта - такта рабочего хода, во время которого осуществляется полезная работа. В конце такта рабочего хода открывается ВОГ клапан 10. Во втором такте - такте выпуска отработанных газов происходит очищение цилиндра 1 от продуктов сгорания. В конце этого такта открывается ВО клапан 9 и происходит продувка цилиндра 1. В третьем такте - такте первичного наполнения ВО клапан 9 открыт, ВОГ клапан 10 закрывается в начале этого такта. В этом такте заканчивается продувка и происходит первичное наполнение цилиндра 1. В начале четвертого такта - такта перекачки закрывается ВО клапан 9, открывается ВДС клапан 11 и происходит перекачка дополнительного воздуха или рабочей смеси по перепускному трубопроводу (на чертеже условно не показан) в цилиндр 6, находящийся в пятом такте, а в конце этого такта закрывается ВДС клапан 11. Пятый такт - такт окончательного наполнения. После закрытия ВДС клапана 11 происходит повторное открытие ВО клапана 9 и начинается повторное наполнение цилиндра 1 воздухом или рабочей смесью. Почти в самом конце пятого такта ВО клапан 9 закрывается и открывается ВД клапан 12, через который воздух или рабочая смесь по перепускному трубопроводу (на чертеже условно не показан) под давлением поступает из цилиндра 2, находящегося в конце четвертого такта - такта перекачки. Шестой такт - сжатие. В первой трети хода поршня 7 ВД клапан 12 закрывается, и происходит сжатие почти двойной порции воздуха или рабочей смеси. В конце шестого такта происходит искровой разряд или впрыск, что приводит к сгоранию рабочей смеси и переходу в первый такт - такт рабочего хода.

Такой шеститактный способ работы двигателя внутреннего сгорания позволяет за три оборота коленвала 8 в объем цилиндра 1 поместить двойную порцию воздуха или рабочей смеси без применения компрессора, что приводит к увеличению крутящего момента и мощности двигателя.

Шеститактный цикл работы двигателя внутреннего сгорания реализуется в дизеле или бензиновом двигателе с любым принципом смесеобразования и числом цилиндров, кратным шести. Такой двигатель можно использовать в качестве компрессора, для чего сжатый в четвертом такте воздух следует пустить в ресивер или к конкретному потребителю, что расширяет функциональные возможности двигателя.

При использовании заявленного двигателя на автомобиле можно отказаться от компрессора путем частичного отбора сжатого воздуха в четвертом такте.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения не вызывает сомнений, так как оно не требует значительного усложнения двигателя и может быть реализовано с использованием известных конструкций впускных и выпускных клапанов.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:

- увеличение мощности и крутящего момента двигателя внутреннего сгорания;

- уменьшение объема цилиндров и габаритов двигателя при сохранении требуемой мощности;

- расширение функциональных возможностей двигателя.