Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2122128
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ДВУХФАЗНЫМ РАБОЧИМ ХОДОМ

English

Имя заявителя: Абдулин Валерий Узбакович
Имя изобретателя: Абдулин Валерий Узбакович 
Имя патентообладателя: Абдулин Валерий Узбакович
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1997.05.06

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано как силовая установка в различных транспортных средствах (катерах и кораблях, легковых и грузовых автомобилях, автобусах и пр. ), а и в мобильных источниках энергии (дизель-электрогенераторы, компрессоры и пр.). Предлагаемый двигатель для каждой пары цилиндров содержит дополнительный цилиндр, в котором продукты сгорания расширяются и совершают механическую работу. Газодинамическая схема предлагаемого двигателя позволяет по-новому сконструировать механизм, получить существенное улучшение экономичности. Изобретение обеспечивает повышение КПД за счет более полного использования тепловой энергии сгорания топлива в рабочем цикле.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано как силовая установка в различных транспортных средствах (катерах и кораблях, легковых и грузовых автомобилях, автобусах и пр.), а и в мобильных источниках энергии (дизель-электрогенераторы, компрессоры и пр.).

Известен классический 4-х тактный поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС),состоящий из кривошипно-шатунного механизма, поршневой пары (поршень в цилиндре), устройства смесеобразования и механизма газораспределения (Политехнический словарь. Гл. ред. акад. И.И. Артоболевский. М.: Советская энциклопедия, 1976, с. 132). В цилиндре во время вращения коленвала по очереди протекают 4 такта: впуск, сжатие, сгорание смеси с выполнением полезной механической работы (т.н. рабочий ход) и, наконец, выпуск.

Недостаток устройства - недостаточно эффективен процесс использования энергии сгорающего топлива.

Известен и двигатель внутреннего сгорания, содержащий пару цилиндров с возвратно-поступательно движущимися поршнями и головку, в которой размещен газораспределительный золотник, снабженный общей для обоих цилиндров камерой сгорания и связанный с коленчатым валом двигателя (см. а.с. N 828780, кл. F 02 B 41/02, 1982). Выполнение цилиндров разного объема и смещение кривошипа коленвала цилиндра меньшего объема в сторону опережения по рабочему ходу вращения на 9 - 72^oотносительно кривошипа цилиндра большего объема позволяет повысить экономичность ДВС путем обеспечения продолженного расширения продуктов сгорания.

Данное устройство наиболее близко к предлагаемому (из имеющегося в фонде) и принято за прототип.

Недостаток устройства - сложность обеспечения необходимой герметичности золотникового механизма при высоких тепловых нагрузках и давлениях, присущих этому узлу конструктивно, сложность смазки скользящей поверхности в зоне окон золотника.

Цель изобретения - повысить коэффициент полезного действия поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Для достижения этой цели предлагается конструкция двигателя внутреннего сгорания с 2-х фазным рабочим ходом (далее - ДВС с 2-х фазным РХ), отличающегося от известных поршневых ДВС наличием дополнительного цилиндра, в который продукты сгорания попадают при движении поршня в ведущем цилиндре.

Конструкция ДВС с 2-х фазным РХ поясняется схемами (см. фиг. 1, фиг. 2). Устройство состоит из насоса турбонаддува 1, одной или нескольких групп цилиндров, в каждой из которых два основных и один дополнительный (расширительный), с возвратно-поступательно движущимися в них поршнями, кинематически связанными с общим коленвалом. Термодинамические процессы в основных цилиндрах могут протекать как по циклу Дизеля, так и по циклу Отто (т. е. бензиновый, 4-х тактный), разность фаз между ними составляет 360^o. Рабочий газ из каждого основного цилиндра, являющегося ведущим в группе по очереди, попадает в дополнительный с разницей в 360^oповорота коленвала, диаграмма газораспределения совершенно одинакова по отношению к каждому из основных цилиндров, поэтому для определения работы в группе достаточно рассмотреть схему газообмена только одного основного цилиндра с дополнительным. В основном цилиндре 2 (на схемах второй не показан) и в дополнительном 3 находятся поршни 4 и 5, которые через шатуны 6 и 7 соответственно связаны общим коленвалом 8. Отношение рабочих объемов дополнительного цилиндра к основному обозначим Цилиндры соединены между собой в головке блока цилиндров перепускной трубой 9, которая имеет сложную форму, через перепускной клапан 10. С целью лучшего перемешивания смеси, что особенно важно для дизельного цикла, перепускная труба 9 имеет форму кругового канала располагающегося вокруг оси клапана 10. Она составлена из внутренней стенки полости и поверхности тарелки перепускного клапана 10. Разность фаз между процессами в основном и дополнительном цилиндрах составляет градусов. Это означает, что после того как в основном цилиндре поршень 4 пройдет верхнюю "мертвую точку" (далее ВМТ), в дополнительном цилиндре поршень 5 пройдет ВМТ после поворота коленвала 8 на угол (< 180^o). Основной цилиндр снабжен впускным клапаном 11. Дополнительный цилиндр - выпускным клапаном 12 и перепускным клапаном 13 для работы с вторым основным цилиндром.

Предлагаемый ДВС с 2-х фазным РХ работает следующим образом. Исходным состоянием является положение поршня 4 в ВМТ, в рабочем цилиндре нет рабочей смеси (см. фиг. 3). Коленвал вращается. После прохождения поршнем ВМТ открывается впускной клапан 11. При движении поршня вниз в цилиндр поступает воздух (смесь - для карбюраторного цикла). По достижении поршнем НМТ клапан 11 закрывается, "впуск" закончен. Коленвал продолжает вращение, поршень движется вверх, воздух в цилиндре сжимается и вытесняется в перепускную трубу 9, являющуюся камерой сгорания. Воздух (смесь) попадает в полость под острым углом к оси канала и начинает в нем циркулировать. Это такт - "сжатие". Вблизи ВМТ в перепускную трубу 9 впрыскивается топливо (при карбюраторном цикле - смесь зажигается). Оно сгорает и разогретый газ после прохождения поршнем ВМТ расширяется, этот такт - "рабочий ход". Рабочий ход состоит из двух фаз. Первая фаза протекает от положения поршня ВМТ до поворота коленвала 8 на угол (см. фиг. 1). Во время движения поршня 4 вниз горячий газ через кривошипно-шатунный механизм совершает полезную механическую работу. Назовем следующую фазу - "перепуск" (см. фиг. 2). В этот момент поршень 5 в дополнительном цилиндре 3 достигает ВМТ, механизм газораспределения открывает клапан 10, через перепускную трубу 9 оба цилиндра становятся сообщающимися. Поршень 4 движется вниз до достижения НМТ, а затем вверх. Поршень 5 движется вниз. Суммарный объем надпоршневых объемов в цилиндрах 2 и 3 непрерывно увеличивается до достижения коленвалом угла поворотавнутренняя энергия рабочего тела через поршни и кривошипно-шатунный механизм переходит в механическую энергию вращения коленвала 8. После поворота коленвала на угол , фаза "перепуск" завершается. Открывается клапан 12, начинается "выпуск". По достижении поршнем 4 ВМТ закрывается клапан 10. Детали в основном цилиндре, являвшемся ведущим, пришли в исходное положение, газодинамический цикл в нем замкнулся. Основной цилиндр готов к такту "впуск". В дополнительном цилиндре 3 выпуск продолжается до достижения поршнем 5 ВМТ. В этот момент клапан 12 закроется, газодинамический цикл в нем замкнется. Дополнительный цилиндр готов к началу перепуска разогретого газа через клапан 13 и 2-го основного цилиндра, ставшего ведущим.

Перечень фигур:

Фиг. 1 представляет собой кинематическую схему ДВС с 2-х фазным РХ в первой фазе такта "рабочий ход"

Фиг. 2 представляет собой кинематическую схему ДВС с 2-х фазным РХ во второй фазе такта
"рабочий ход" - перепуск

Фиг. 3 представляет собой диаграмму газораспределения в ДВС с 2-х фазным РХ.

Предлагаемая конструкция ДВС позволяет уменьшить отношение объемов основного цилиндра , увеличивая (т.е. отношение давления внутри цилиндра в конце такта впуска к атмосферному), используя наддув воздуха (смеси) во впускном коллекторе, что при неизменной мощности заряда означает уменьшение геометрических размеров основного цилиндра и связанных с ним деталей и, как следствие, уменьшение массы подвижных и неподвижных частей в наиболее напряженном (механически и термически) узле не ухудшая показателей экономичности ДВС с 2-х фазным РХ.

Сопоставительный анализ с аналогами и прототипом показал, что заявляемое устройство отличается организацией термодинамического цикла в двигателе, а именно: имеет место совместная работа основного (ведущего) и дополнительного цилиндров в течение рабочего хода, используется полость сложной конфигурации в головке цилиндров в качестве перепускной трубы и камеры сгорания с интенсивным перемешиванием смеси. Таким образом, устройство отвечает критерию "новизна" и "существенное отличие".

Недостатком является некоторое усложнение конструкции двигателя связанное с увеличением числа цилиндров.

При равной с двигателем традиционной конструкции, мощности заряда ДВС с 2-х фазным РХ будет иметь следующие достоинства:

а) более полное использование тепловой энергии сгорания топлива за счет продолженного расширения продуктов сгорания, уменьшение тепловых потерь за счет более оптимального построения газодинамического цикла (сгорание в малоизменяемом объеме, рабочий ход с относительно быстрым изменением объема);

б) уменьшение геометрических размеров и механических нагрузок на детали основного цилиндра и привода (их перераспределение между основным и дополнительным цилиндрами), что увеличит надежность и срок службы двигателя в целом при прочих равных условиях;

в) в течение рабочего хода крутящий момент на валу изменяется более плавно, как следствие - уменьшение износа узлов трансмиссии, увеличение надежности ее работы при прочих равных условиях;

г) т.к. внутренняя энергия рабочего газа на выпуске меньше, а время выпуска больше, упрощаются устройства подавления акустического шума (т.е. глушители и резонаторы).

Конструкция ДВС с 2-х фазным РХ не требует использования дополнительных технологий при производстве, принципиально новых элементов конструкции (электрических, гидравлических, химических и др.), иных смазочных материалов, иных видов топлива, дорогих в изготовлении или редких материалов, и позволяет использовать с еще большей эффективностью все улучшения традиционных ДВС (микропроцессорное управление, применение керамики, впрыск, многоклапанные механизмы газораспределения и др.).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндров с возвратно-поступательно движущимися поршнями, кинематически связанными с коленчатым валом двигателя, цилиндры выполнены разного объема, причем один цилиндр снабжен воздуховпускными органами, а второй - газовыпускными, и кривошип коленчатого вала первого цилиндра смещен в сторону опережения по ходу вращения на угол , отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем более оптимального использования тепловой энергии сгорания топлива, в такте рабочего хода участвуют ведущий и дополнительный цилиндры, клапан, их соединяющий, открывается по достижении угла (< 180^o) после прохождения поршнем в ведущем цилиндре верхней мертвой точки, а камера сгорания, находящаяся в головке блока цилиндров, имеет форму кольцевого канала, расположенного вокруг оси перепускного канала, совмещает функцию патрубка перепуска, причем дополнительный цилиндр патрубками соединен с двумя основными цилиндрами, являющимися ведущими поочередно, через поворот коленчатого вала на угол 360^o.

Версия для печати
Дата публикации 26.12.2006гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов