двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры с гильзами, поршни, шатуны, коленчатый вал, механизм газораспределения, отличающийся тем, что гильзы цилиндров с увеличенным внутренним объемом выполнены с окнами охлаждения, имеют двойную стенку, образующую камеру охлаждения, сообщающуюся с внутренним объемом посредством окон охлаждения, а внешняя сторона цилиндров имеет теплоизоляционное покрытие, камера охлаждения имеет канал, соединяющий ее с компрессором, состоящим из клапанов, цилиндра и поршня, соединенного с коленчатым валом посредством шатуна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, являющимися источником механической энергии, а именно, к области поршневых двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в бензиновых, газовых и дизельных двигателях различного назначения.

Наиболее близкой конструкцией является двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры с гильзами, поршни, шатуны, коленчатый вал, механизм газораспределения (пат. США № 4676202, F 01 P 1/02, 1987).

Недостатками известных конструкций двигателей внутреннего сгорания являются:

- потеря тепловой энергии при охлаждении цилиндров на вспомогательных тактах "впуск" и "сжатие", приводящая к снижению мощности;

- зависимость объема камеры охлаждения от рабочего объема цилиндра.

Изобретение направлено на увеличение коэффициента полезного действия двигателя и снижение расхода топлива.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндры с гильзами, поршни, шатуны, коленчатый вал, механизм газораспределения, причем гильзы цилиндров с увеличенным внутренним объемом выполнены с окнами охлаждения, имеют двойную стенку, образующую камеру охлаждения, сообщающуюся с внутренним объемом посредством окон охлаждения, а внешняя сторона цилиндров имеет теплоизоляционное покрытие, отличительной особенностью является то, что камера охлаждения имеет канал, соединяющий ее с компрессором, состоящим из клапанов, цилиндра и поршня, соединенного с коленчатым валом посредством шатуна.

Анализ известных решений не выявил аналогичного выполнения двигателей внутреннего сгорания и показал, что изобретение является новым, так как оно неизвестно и для специалиста не следует явным образом из уровня развития техники, то есть изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На чертеже гильза цилиндра 1, выполненная с окнами охлаждения 2, имеет двойную стенку 3, образующую камеру охлаждения 4, сообщающуюся с внутренним объемом посредством окон охлаждения, имеет теплоизоляционное покрытие 5. На головке цилиндра расположены выпускной клапан 6, форсунка 7 и свеча зажигания 8. Камера охлаждения 4 имеет канал 9, соединяющий ее с компрессором, состоящим из впускного клапана 10, перепускного клапана 11, цилиндра 12 и поршня 13, соединенного с коленчатым валом 14 шатуном 15. Кроме того, коленчатый вал 14 шатуном 16 соединен с поршнем 17 рабочего цилиндра. При этом общая площадь окон охлаждения соизмерима с площадью рабочего цилиндра (площадью поршня), а местоположение окон охлаждения выбрано таким образом, что при такте "рабочий ход" в момент открытия поршнем окон охлаждения давление над поршнем равно давлению в камере охлаждения. Незначительное опережение (или запаздывание) по времени прохода поршнем компрессора верхней мертвой точки (ВМТ) относительно времени прохождения этой точки рабочим поршнем регулирует перепуск воздуха (или воздушной смеси) через окна охлаждения до закрытия поршнем окон охлаждения при движении поршней от нижней мертвой точки (НМТ) к ВМТ при такте "сжатие", обеспечивая заданную степень сжатия в камере сгорания. Объем камеры охлаждения выбирается таким образом, чтобы обеспечить охлаждение цилиндра без использования системы охлаждения. Объем цилиндра компрессора, не зависящий от объема рабочего цилиндра, обеспечивает поступление в камеру охлаждения необходимого количества воздуха. Объем рабочего цилиндра (рабочий объем) выбирается с учетом эффективного использования энергии остаточных газов.

Двигатель работает следующим образом. При двухтактном цикле в рабочем цилиндре совершаются два такта -"сжатие" и "рабочий ход". Выпуск отработанных газов из рабочего цилиндра осуществляется после окончания такта "рабочий ход", в начале такта "сжатие". В цилиндре компрессора также происходит два такта - "сжатие" и "впуск". При этом такты "сжатие" происходят одновременно (не учитывая незначительного опережения или запаздывания по времени прохода поршней ВМТ и соответственно НМТ). А такту "рабочий ход" рабочего цилиндра соответствует такт "впуск" компрессора.

Такт "сжатие". Поршни 17 и 13 находятся в НМТ. В рабочем цилиндре отработанные газы и воздух в камере охлаждения находятся под небольшим давлением. Открывается выпускной клапан 6 и избыток отработанных газов из цилиндра устремляется в атмосферу в том числе и под воздействием поршня, движущегося от НМТ к ВМТ. При этом воздух из камеры охлаждения поступает в цилиндр и уменьшает концентрацию отработанных газов, увеличивает содержание кислорода в воздушной смеси. Открывается перепускной клапан 11 и закрывается выпускной клапан 6. При одновременном движении поршней 17 и 13 от НМТ к ВМТ происходит вытеснение воздуха из цилиндра компрессора через перепускной клапан в камеру охлаждения и сжатие воздушной смеси в рабочем цилиндре с одновременным сжатием воздуха в камере охлаждения. При закрытии поршнем окон охлаждения и его дальнейшем движении до ВМТ в рабочем цилиндре происходит сжатие воздушной смеси в камере сгорания. А весь воздух из компрессора под действием поршня вытеснен в камеру охлаждения, где происходит его нагрев от стенок гильзы цилиндра с повышением давления в камере охлаждения. Поршни 17 и 13 достигли ВМТ. Закрывается перепускной клапан 11 и открывается впускной клапан 10. В цилиндре компрессора начинается такт "впуск". И при движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндр компрессора через впускной клапан 10 поступает свежий воздух. В это время в рабочем цилиндре при нахождении поршня в ВМТ происходит впрыск и воспламенение топлива. Начинается такт "рабочий ход". При движении поршня от ВМТ к НМТ, при достижении поршнем окон охлаждения, когда давление в цилиндре будет равно давлению в камере охлаждения, окна открываются и воздух из камеры охлаждения через окна охлаждения поступает в цилиндр и совместно с находящимися там газами совершает работу. При этом в рабочем цилиндре повышается концентрация кислорода, который вместе с кислородом, поступающим из камеры охлаждения при такте "сжатие", участвует в процессе горения следующего такта "рабочий ход". При достижении поршней НМТ открывается выпускной клапан 6, закрывается впускной клапан 10 и тактами "сжатие" начинается новый цикл работы двигателя.

При двухтактном цикле в рабочих цилиндрах нет потери тепловой энергии, вызванной охлаждением цилиндров на вспомогательных тактах поступающей воздушной смесью, т.к. этих двух тактов в рабочем цилиндре просто нет, а следовательно, тепловая энергия стенок цилиндров будет участвовать в совершении работы. Кроме того, использование компрессора для нагнетания свежего воздуха в камеру охлаждения позволяет сжимать в камере охлаждения более холодный воздух, чем четырехтактным способом в известном двигателе, что при равном количестве поступающей воздушной смеси в известном и заявляемом двигателях, в заявляемом расходуется меньшая мощность на сжатие. К тому же, более холодный воздух позволяет эффективнее охлаждать гильзы цилиндров, позволяя тем самым также эффективнее использовать тепловую энергию стенок гильз. Расчеты показывают, что использование компрессора и двухтактного цикла работы рабочих цилиндров позволяют увеличить коэффициент полезного действия двигателя на 5-7% и следовательно уменьшить расход топлива на 5-7% по сравнению с известным двигателем при равной их мощности.

Основным достоинством данного двигателя является повышение коэффициента полезного действия, снижение расхода топлива, а также расширение области применения двигателей за счет независимости объема камеры охлаждения от рабочего объема цилиндра.