двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, шатун которого связан с коленчатым валом через узел формирования движения поршня по тактам цикла, и необходимые системы обеспечения работы двигателя, отличающийся тем, что узел формирования движения поршня по тактам цикла выполнен обеспечивающим «недоход» поршня до верхней «мертвой» точки в такте «выпуск».

2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что узел, обеспечивающий «недоход» поршня до верхней «мертвой» точки в такте «выпуск», выполнен в виде дополнительного коленчатого вала, параллельного основному и связанного с ним зубчатой передачей с передаточным отношением 1:2, а на шейке основного коленчатого вала установлен двуплечий рычаг, один конец которого соединен с шатуном поршня, а другой - через промежуточный рычаг с шейкой дополнительного коленчатого вала.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области двигателестроения, а именно двигателей внутреннего сгорания (далеее - ДВС), преимущественно для автомобильной промышленности.

В связи с массовым развитием автомобильного транспорта в мире одной из важнейших проблем является снижение расхода топлива автомобиля, одной из составляющих которого является повышение КПД ДВС.

Повышение КПД ДВС при разработке новых экономичных двигателей возможно при оптимизации положений поршня по тактам цикла относительно коленчатого вала.

Известен ДВС (1), в котором обеспечено несколько полных циклов работы в каждом цилиндре ДВС за один оборот коленчатого вала.

Недостатком данного ДВС, несмотря на некоторое повышение КПД ДВС, является существенное усложнение его конструкции.

Известен ДВС (2), в котором обеспечено изменение длины шатуна в соответствии с числом оборотов коленчатого вала ДВС.

Недостатком данного ДВС является небольшой уровень повышения КПД.

Известен ДВС (3), в котором для повышение КПД и снижения расхода топлива обеспечена пониженная скорость движения поршня во время такта «впуск» относительно скорости его движения в такте «рабочий ход».

Недостатком такого типа ДВС также являются незначительный уровень повышения КПД.

Данная конструкция взята автором в качестве прототипа предложенной как наиболее близкая по технической сути и эффекту при использовании.

Задачей, которую ставил автор при разработке предлагаемого ДВС, являлось повышение КПД ДВС с одновременным существенным повышением его живучести.

Данная задача решена в ДВС, который содержит, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, шатун которого соединен с основным коленчатым валом через узел формирования движения поршня по тактам, обеспечивающий «недоход»» поршня до ВМТ в такте «выпуск», и необходимые системы обеспечения работы двигателя.

В варианте выполнения ДВС узел, обеспечивающий «недоход»» поршня до ВМТ в такте «выпуск», выполнен в виде дополнительного коленчатого вала, параллельного основному и связанного с ним зубчатой передачей с передаточным отношением 1:2, а на шейке основного коленчатого вала установлен двуплечий рычаг, один конец которого соединен с шатуном поршня, а другой - через промежуточный рычаг с шейкой дополнительного коленчатого вала.

Новым существенным признаком разработанного ДВС является выполнение узла формирования движения поршня по тактам между шатуном поршня и коленчатым валом, обеспечивающим «недоход» поршня до ВМТ в такте «выпуск».

Новыми существенными признаками ДВС в варианте выполнения узла между шатуном и коленчатым валом, обеспечивающим «недоход» поршня до ВМТ в такте «выпуск», являются:

- дополнительный коленчатый вал, параллельный основному коленчатому валу и связанный с ним зубчатой передачей с передаточным соотношением 1:2;

- двуплечий рычаг, установленный на шейке основного коленчатого вала;

- промежуточный рычаг, установленный одним концом на шейке дополнительного коленчатого вала;

- соединение двуплечего рычага одним концом с шатуном;

- соединение второго конца двуплечего рычага со вторым концом промежуточного рычага.

Изобретательский уровень данной конструкции заключается в том, что обеспечено такое движение поршня ДВС по тактам цикла, когда параметры его движения более правильно сочетаются с требованиями по организации газодинамических процессов в тактах, что обеспечило значительный рост КПД и живучести ДВС.

Несмотря на то что конструктивно это обеспечено за счет известных в технике механизмов, считаю, что предложенная конструкция отвечает критерию «изобретательский уровень».

В просмотренных автором патентных и информационных материалах ДВС такой совокупности признаков не обнаружено.

Предложенный ДВС представлен на фиг.1-5 (далее: ВМТ - верхняя мертвая точка положения поршня, НМТ - нижняя мертвая точка положения поршня), где:

- на фиг.1 представлен общий вид ДВС в конце такта «сжатие», начале такта «рабочий ход» (поршень - в ВМТ);

- на фиг.2 представлено положение деталей ДВС в конце такта «рабочий ход», начале такта «выпуск»;

- на фиг.3 представлено положение деталей ДВС в конце такта «выпуск», начале такта «впуск» (поршень расположен с «недоходом» L до ВМТ);

- на фиг.4 представлено положение деталей ДВС в конце такта «впуск», начале такта «сжатие»;

- на фиг.5 представлены графики перемещения поршня ДВС по тактам в режимах обычного (Р1) и предлагаемого (Р2) циклах.

Предлагаемый ДВС (фиг.1) содержит:

1 - цилиндр;

2 - поршень;

3 - шатун;

4 - двуплечий рычаг;

5 - основной коленчатый вал;

6 - шейка основного коленчатого вала;

7 - дополнительный коленчатый вал;

8 - рычаг дополнительного коленчатого вала;

9 - шейка дополнительного коленчатого вала;

10, 11 - зубчатая передача между коленчатыми валами.

Работа ДВС осуществляется следующим образом.

(Впускной и выпускной клапаны на схемах не показаны.)

В начале такта «рабочий ход» поршень 2 находится в ВМТ (фиг.1 и точка 1 на графике Р2 фиг.6).

При расширении сгорающей рабочей смеси поршень 2 движется вниз.

Его движение через шатун 3, двуплечий рычаг 4, установленный с возможностью прокачки на шейке 6 основного коленчатого вала, рычаг 8, закрепленный на шейке 9 дополнительного коленчатого вала 7, передается на дополнительный коленчатый вал 7.

Кроме вышеуказанной кинематической цепи, основной коленчатый вал 5 соединен с дополнительным коленчатым валом 7 зубчатой передачей 10, 11 с передаточньм отношением 1:2.

В конце такта «рабочий ход» поршень 2 придет в НМТ и займет положение, изображенное на фиг.2 (точка 2 на графике Р2 фиг.5).

За это время основной коленчатый вал 2 провернется на 180°, дополнительный - на 90°.

Далее открывается выпускной клапан, и поршень из положения фиг.2, которое соответствует началу такта «выпуск», перемещается в положение, изображенное на фиг.3 - конец такта «выпуск», при этом кинематика рычажной системы обеспечивает «недоход» поршня до ВМТ на величину L (точка 3 на графике Р2 фиг.5).

За этот период основной коленчатый вал поворачивается еще на 180°, а дополнительный - еще на 90°.

Особенность данного «недохода» поршня в такте «выпуск» - остаточная масса продуктов сгорания в цилиндре.

После закрытия выпускного клапана открывается впускной клапан. Начинается такт «впуск», при этом в отличие от обычной схемы ДВС поршень начинает свое движение в данном такте не от ВМТ, а от положения ниже ВМТ, соответствующего «недоходу» L (точка 3 на графике Р2 фиг.5).

Характерная особенность такта « впуск» - это, во-первых, меньшая, по сравнению с обычной схемой, масса впускаемой рабочей смеси и, во-вторых, необычный, более «обедненный» состав рабочей смеси вследствие наличия порции отработавших газов.

Положение поршня 2 и деталей передаточного узла в конце такта «впуск» соответствуют фиг.4 (поршень - в НМТ, точка 4 на графике Р2 фиг.5).

Далее закрывается впускной клапан цилиндра 1 и начинается такт «сжатие».

Положение поршня 2 и других деталей ДВС в конце такта «сжатие» соответствует фиг.1., т.е. поршень 2 в конце такта «сжатие» находится в ВМТ (исходная точка 1 на графике Р2 фиг.5).

Основной коленчатый вал 5 к данному моменту закончит второй оборот от начала цикла, а дополнительный коленчатый вал 7 - первый.

Далее цикл повторяется.

В соответствии с расчетами, проведенными специализированной организацией, КПД предложенного ДВС будет приблизительно на 10-25% выше, а расход топлива на 15-25% ниже, чем у ДВС аналогичного литража, работающего по обычной схеме.

В связи с менее жесткими условиями работы ДВС его живучесть будет выше, чем живучесть ДВС аналогичного литража, но работающего по обычной схеме, ориентировочно на 10-25%.

Изготовление деталей ДВС полностью основано на общеизвестных технологиях из известных материалов.

В настоящее время автором проводится работа по уточнению параметров опытного образца для последующей промышленной его реализации.

Расчетами показана возможность реализации предлагаемой схемы на базе четырехцилиндрового ДВС.

Литература.

1. Патент Великобритании №474674 от 01.11.1937 г. МПК: F01B, 1/06.

2. Патент США №2165791 от 16.07.1937 г., класс США 74-44.

3. Патент РФ на изобретение №2239076 от 10.04.2003 г., МПК F01B, 9/00.