двигатель внутреннего сгорания автомобиля

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания автомобиля, содержащий цилиндропоршневую группу, систему охлаждения, питания, зажигания, пуска и смазочную систему, отличающийся тем, что цилиндрический вал, передающий крутящий момент на трансмиссию, имеет три монолитно соединенных с ним через 120° цилиндра, в цилиндрах установлены плавающие поршни, имеющие тело и головку, а цилиндры с поршнями и валом закрыты кольцевыми крышками корпуса, корпус имеет впускной патрубок с окном впуска, камеру сгорания и выпускной коллектор, в центре цилиндрического вала имеется полость, сообщающаяся с каналами смазки двигателя и масляными каналами с полостями тел поршней, при этом цилиндры вращаются с валом, поочередно совмещаясь с окном впуска, камерой сгорания, выпускным коллектором, а поршень перемещается в цилиндре под действием давления масла, подающегося из каналов смазки двигателя, а также расширяющихся газов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение (двигатель внутреннего сгорания автомобиля) относится к области машиностроения, в частности к механизмам и системам, служащим для преобразования тепловой энергии сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую работу.

Существующие поршневые двигатели внутреннего сгорания имеют одинаковый принцип строения, состоят из цилиндро-поршневой группы, кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, систем охлаждения, питания, зажигания, пуска и смазочной системы (Стуканов В.А. "Устройство автомобиля". Москва, 2009 г. стр.10-11).

Недостатками этих двигателей являются сложность строения, невысокий КПД (так ,потери на трение поршня в карбюраторных двигателях составляют 60-70% от потери на трение всего двигателя), ударный фактор в шатунной группе и механизме газораспределения, ограничение смазки в группе стержень клапана-направляющая втулка, сложность строения и изготовления коленчатого вала ("Устройство автомобиля". Стуканов В.А. Москва 2009 г., стр.29-31, 34, 41, 44-45).

Задачей предлагаемого изобретения является ликвидация упомянутых недостатков, а также упрощение строения двигателя внутреннего сгорания и повышение его эксплуатационной надежности.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемой конструкции отсутствуют основные элементы газораспределительного механизма, а именно: распределительный вал, толкатели, клапаны, гидрокомпенсаторы и, кроме того, коленчатый вал и шатунная группа, преобразование тепловой энергии в механическую работу происходит в устройстве, где цилиндрический вал имеет три одинаковые лопасти оригинальной формы, монолитно соединенные с ним через 120°, в торцевых поверхностях которых размещены цилиндро-поршневые группы, при вращении которых происходит поэтапное совмещение их с окном впуска топлива, камерой сгорания, окном выброса отработанных газов, а в центре вала имеется полость, сообщающаяся с каналами смазки двигателя, поддоном картера и каналами в рычагах.

Предлагаемое изобретение изображено на фиг.1-2, где на фиг.1 показан двигатель в разрезе и позициями обозначены:

1 - корпус двигателя

2 - цилиндрический вал

3 - лопасть цилиндрического вала

4 - поршень

5 - уплотнительные кольца

6 - цилиндр

7 - масляные каналы рычага

8 - внутренний масляный канал цилиндрического вала

9 - маслоотводное устройство

10 - отверстия маслоотводного устройства

11- внутренний канал маслоотводного устройства

12 -уплотнения

13 - выпускной коллектор

14 - впускной патрубок

15 - свеча зажигания

16 - крышка корпуса

17 - система охлаждения

18 - барабан

19 - выпускное окно

20 - камера сгорания

А, Б, С - лопасти цилиндрического вала

На фиг.2 показан поршень в разрезе и позициями обозначены:

5 - уплотнительные кольца

6 - цилиндр

7 - масляные каналы рычага

21 - тело поршня

22 - головка поршня

23 - ножка поршня

24 - внутренняя полость тела поршня

25 - пружина

26 - отверстия

27 - упоры

Двигатель внутреннего сгорания (фиг.1) состоит из корпуса 1, цилиндрического вала 2, имеющего лопасти 3 (А, Б, С), цилиндров 6, поршней 4, барабана 18, впускного патрубка 14, камеры сгорания 20, выпускного коллектора 13.

Цилиндрический вал 2 имеет внутренний масляный канал 8, имеющий сообщения с каналами смазки двигателя, масляными каналами 7 лопастей А, Б, С и внутренней полостью тел поршней 24 (фиг.2) через отверстия 26 (фиг.2). В масляном канале 8 цилиндрического вала 2 (фиг.1) имеется фиксированное к корпусу двигателя маслоотводное устройство 9, в котором есть отверстия 10 и внутренний канал 11, сообщающийся с поддоном картера двигателя.

Лопасти 3 (А, Б, С) цилиндрического вала 2 имеют масляные каналы 7, а в торцевой части лопастей расположены цилиндры 6 с "плавающими" поршнями 4. Поршень 4 (фиг.1) имеет тело 21 (фиг.2) и головку 22 (фиг.2). В теле поршня 21 имеются отверстия 26 (фиг.2), сообщающиеся с внутренней полостью 24 (фиг.2) тела поршня 21. Корпус двигателя 1 (фиг.1) имеет впускной патрубок 14, камеру сгорания 20 и выпускной коллектор 13 и их уплотнения 12 с барабаном 18. Вал с лопастями, цилиндрами и поршнями закрыт кольцевыми крышками 16 (фиг.1), закрепленными в корпусе болтами.

Работает двигатель внутреннего сгорания следующим образом. Первоначальное вращение цилиндрического вала 2 (фиг.1) и лопастей А, Б, С осуществляется с помощью стартера автомобиля по часовой стрелке. При совмещении цилиндра лопасти С (фиг.1) с впускным патрубком 14 под высоким давлением от насоса высокого давления в него впрыскивается топливо. При этом поршень 4 смещается в нижнюю часть цилиндра. Этому же способствует отсутствие давления масла в каналах 7 лопасти С, которое сливается в поддон картера через отверстия 10 маслоотводного канала 11. При этом в маслоотводном устройстве 9 можно создать отрицательное давление с помощью вакуумного насоса, что будет еще больше способствовать смещению поршня 4 лопасти С в нижнее положение и заполнению цилиндра топливной смесью.

В этот же момент поршень 4 лопасти А будет находиться в крайнем верхнем положении за счет давления на него масла, передающегося из каналов смазки двигателя во внутренний масляный канал 8 цилиндрического вала 2, а затем на масляные каналы 7 лопастей А и Б. Благодаря изогнутой в радиальном направлении головке поршня 4 и упоров 27 (фиг.2) создается необходимый объем камеры сгорания. Находясь в верхней точке, поршень 4 лопасти А осуществляет сжатие топливной смеси. Подача искры от свечи зажигания 15 в этот момент вызывает воспламенение топлива, расширение газов, которые смещают поршень 4 вниз, а соответственно, и лопасть А с цилиндрическим валом 2 по часовой стрелке (соответственно, суммарного вектора направления движения). Это объясняется тем, что площадь поверхности головки поршня в несколько раз превышает площадь оставшейся задней стенки цилиндра при нахождении поршня в верхней точке, и, кроме того, нахождением лопасти А в полувертикальной позиции и движением его по часовой стрелке, заданным стартером. Поршень 4 лопасти Б за счет давления масла также будет находиться в верхней точке, а цилиндр 6 лопасти Б совместится с выпускным коллектором 13, за счет чего произойдет выброс отработанного топлива. Кроме того, часть газов, скапливающихся между корпусом 1 и барабаном 18, за счет вращения последнего через выпускное окно 19 будет направляться в выпускной коллектор 13. Таким образом, при работе двигателя происходит поочередное совмещение цилиндров лопастей А, Б, С с впускным патрубком, камерой сгорания и выпускным коллектором. Плавность работы поршня 4 и отсутствие ударного фактора осуществляется за счет масла, находящегося под давлением в цилиндре 6, непосредственно под поршнем, и пружины 25 (фиг.2), по высоте составляющей 1/3 от ножки поршня 23 (фиг.2) (для уменьшения сопротивления при впуске топлива). Тело поршня 21 (фиг.2) имеет цилиндрическую форму, внутри пустотелое. На теле поршня 21 имеется уплотнительный пояс для посадки уплотнительного кольца (колец) 5, чтобы масло не проникало в камеру сгорания и создавалась компрессия. Кроме того, в теле поршня 21 (фиг.2) имеются отверстия 26 (фиг.2) для циркуляции масла с целью охлаждения поршня.

В местах контакта цилиндров 6 лопастей А, Б, С с камерой сгорания 20, впускным патрубком 14 и выпускным коллектором 13, а также между корпусом 1 двигателя и барабаном 18 на протяжении от впускного патрубка 14 до камеры сгорания 20 имеются уплотнения, выполненные из бронзографита. Дополнительное уплотнение боковых поверхностей осуществляется с помощью крышки корпуса 16 (фиг.1). Охлаждение двигателя осуществляется за счет циркуляции антифризов, как внутри корпуса, а также внутри тела цилиндрического вала 2, что в свою очередь уменьшает температуру масла, подаваемого к поршням и охлаждение последних.

Для увеличения мощности предлагаемого двигателя можно изготавливать вал с шестью лопастями и цилиндропоршневыми группами таким образом, что первые три лопасти находятся на определенном расстоянии по оси вала от других трех лопастей, а последние имеют между собой угол в 120° и смещены по часовой стрелке по отношению к первой группе лопастей на 60°.

При работе предлагаемого двигателя КПД значительно выше, чем у обычных поршневых двигателей, так как потери на трение поршня автоматически переходят в кинетическую энергию вращения лопастей, а соответственно, и вала.

Простота в устройстве предлагаемого двигателя, более высокий коэффициент его полезного действия, малогабаритность позволяют в значительной степени экономить материальные средства, улучшать технические параметры автомобиля.