Четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания (дизель) и способ сжатия воздушно-топливной смеси

 

Изобретения относятся к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания (дизель) работает в соответствии с новым способом сжатия воздушно-топливной смеси: рабочим поршнем уменьшенного диаметра, находящимся в соответствующем цилиндре меньшего диаметра, уменьшенный рабочий объем которого позволяет создать не больше 90% от расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания, необходимой для воспламенения от сжатия, совместно с поршнем досжатия большего диаметра до расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия, находящегося в цилиндре большего диаметра. Двигатель содержит эксцентрик неправильной формы, который обеспечивает нормальную работу механизма досжатия воздушно-топливной смеси, соответствующую режиму работы всего двигателя, и механизм досжатия гарантирует своевременное воспламенение воздушно-топливной смеси, а совместно с рабочим поршнем меньшего диаметра, находящимся в соответствующем цилиндре уменьшенного диаметра, с уменьшенным рабочим объемом- эффективное использование горячих газов высокого давления в уменьшенном объеме рабочего цилиндра. В результате использования горячих газов высокого давления в уменьшенном объеме цилиндра уменьшенного диаметра и достигается экономия топлива. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания, содержащий: картер, коленчатый вал, клапаны впуска и выпуска в камере сгорания, топливный насос, форсунку, поршень, цилиндр, механизм досжатия, включающий поршень досжатия, управляемый кулачком, /патент Франции N 2272267, F 02 В 75/28, 1975 г./. В этом же изобретении реализован способ сжатия воздушно-топливной смеси, в одной камере сгорания, поршнем совместно с механизмом досжатия, до необходимой величины степени сжатия, с воспламенением и образованием горячих газов высокого давления, воздействующих на поршень. Это изобретение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком изобретения является несовершенность конструкции двигателя и соответственно неэффективная работа двигателя, включающая способ сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания и способ использования горячих газов высокого давления, образовавшихся после воспламенения, что приводит к перерасходу топлива.

Задачей изобретений является усовершенствование конструкции двигателя внутреннего сгорания, применение нового способа сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания и нового эффективного способа использования горячих газов высокого давления, образовавшихся после воспламенения сжатой воздушно-топливной смеси, экономия топлива.

Поставленная задача решается за счет того, что четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания содержит: поршень меньшего диаметра, соответствующий цилиндр меньшего диаметра, уменьшенный рабочий объем которого позволяет создать в камере сгорания не больше 90% расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия, поршень досжатия большего диаметра, совместно с которым производится сжатие воздушно-топливной смеси до расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия, соответствующий цилиндр большего диаметра, эксцентрик неправильной формы на валу вращения - фиг.2, радиусы R1, R2, R3, проставлены по мере возрастания, редуктор вала вращения эксцентрика неправильной формы, с передаточным числом два к одному к коленчатому валу - один оборот эксцентрика неправильной формы соответствует двум оборотам коленчатого вала.

Четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания работает в соответствии с новым способом сжатия воздушно-топливной смеси, в одной камере сгорания, поршнем совместно с поршнем досжатия, до расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия, который отличается тем, что сжатие воздушно-топливной смеси в камере сгорания создают поршнем меньшего диаметра, находящегося в соответствующем цилиндре меньшего диаметра, уменьшенный рабочий объем которого позволяет создать в камере сгорания не больше 90% расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия, совместно с поршнем досжатия большего диаметра, до расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия, расположенного в цилиндре большего диаметра.

И соответственно, в четырехтактном комбинированном двигателе внутреннего сгорания применен новый способ использования горячих газов высокого давления, которые двигают только поршень меньшего диаметра в соответствующем цилиндре меньшего диаметра, уменьшенный рабочий объем которого позволяет создать в камере сгорания не больше 90% расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия, в то время, когда поршень досжатия большего диаметра, находящийся в соответствующем цилиндре большего диаметра, удерживает объем камеры сгорания минимальным, находясь в нижней мертвой точке.

Уменьшение объема цилиндра меньшего диаметра, соответствующего поршню меньшего диаметра, достигается за счет уменьшения диаметра цилиндра. Чем меньше диаметр и соответственно меньше рабочий объем цилиндра, тем эффективнее воздействие газов на поршень меньшего диаметра.

Давление газов в цилиндре уменьшенного диаметра падает меньше на единицу пройденного пути рабочим поршнем уменьшенного диаметра из верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, чем в обычном двигателе, за счет чего и достигается поставленная задача, многократно экономится топливо, которое используется для получения этих газов.

Для сжатия воздушно-топливной смеси до воспламенения, двигатель снабжен механизмом досжатия воздушно-топливной смеси с поршнем досжатия большего диаметра в соответствующем цилиндре большего диаметра, что позволяет достичь резкого перепада давления воздушно-топливной смеси в камере сгорания и гарантирует отсутствие детонации.

Для обеспечения четырехтактного цикла, вал вращения эксцентрика неправильной формы снабжен редуктором с передаточным числом два к одному к коленчатому валу - один оборот эксцентрика неправильной формы соответствует двум оборотам коленчатого вала. Редуктор на чертеже не показан.

На чертеже изображено: на фиг. 1 - четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания /дизель/, поршень меньшего диаметра находится в верхней мертвой точке /ВМТ/, поршень досжатия большего диаметра находится в нижней мертвой точке /НМТ/.

На фиг. 2 - эксцентрик неправильной формы, радиусы R1, R2, R3, проставлены по мере возрастания.

Четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания /дизель/, содержит: картер 1, коленчатый вал 2, шатун 3, поршень 4 меньшего диаметра, поршневые кольца 5, цилиндр 6 меньшего диаметра с уменьшенным рабочим объемом, поршень 7 досжатия большего диаметра с поршневыми кольцами 8 в цилиндре 9 большего диаметра, камеру 10 сгорания, впускной клапан 11 воздуха, выпускной клапан 12 газов из камеры 10 сгорания, топливный насос 13, форсунку 14, канал 15 выхода газов, проникших из камеры 10 сгорания через поршневые кольца 8, пружину возврата 16, эксцентрик 17 неправильной формы, вал 18 вращения эксцентрика 17 неправильной формы.

На фиг. 1 поршень 4 меньшего диаметра находится в ВМТ, поршень 7 досжатия находится в НМТ, эксцентрик 17 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 7 досжатия в этот момент точкой A - фиг. 2, объем камеры 10 сгорания минимальный, все клапаны закрыты. Сразу, после прохождения ВМТ поршнем 4 меньшего диаметра, открывается впускной клапан 11 воздуха и воздух начинает поступать в камеру 10 сгорания, эксцентрик 17 неправильной формы, во время этого такта, воздействует на тыльную часть поршня 7 досжатия поверхностью A - B, ввиду наличия редуктора на валу 18 вращения, с передаточным числом два к одному к коленчатому валу - один оборот эксцентрика 17 неправильной формы соответствует двум оборотам коленчатого вала 2. Поршень 7 досжатия, передвигаясь вверх из НМТ к ВМТ, также увеличивает объем камеры 10 сгорания, и когда поршень 4 меньшего диаметра будет в НМТ, а поршень 7 досжатия будет в ВМТ, эксцентрик 17 неправильной формы в этот момент воздействует на тыльную часть поршня 7 досжатия точкой B - фиг. 2, объем камеры 10 сгорания будет максимальным, впускной клапан 11 воздуха закроется.

Поршень 4 меньшего диаметра начинает двигаться из НМТ к ВМТ, во втором такте эксцентрик 17 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 7 досжатия поверхностью B - K - фиг. 2, и воздух начинает сжиматься в камере 10 сгорания с двух сторон, в это время топливный насос 13, через форсунку 14, подает порцию топлива в камеру 10 сгорания и перед тем, как поршень 4 меньшего диаметра будет в ВМТ, прекращает подачу топлива. Когда поршень 4 меньшего диаметра достигнет ВМТ, поршень 7 досжатия приходит из ВМТ к НМТ, эксцентрик 17 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 7 досжатия точкой K - фиг. 2, объем камеры 10 сгорания становится минимальным, а степень сжатия воздушно-топливной смеси становится максимальной. Происходит воспламенение и сгорание воздушно-топливной смеси, горячие газы высокого давления двигают поршень 4 меньшего диаметра из ВМТ к НМТ. Эксцентрик 17 неправильной формы в третьем такте воздействует на тыльную часть поршня 7 досжатия поверхностью K - H - фиг. 2, удерживая его на одном уровне, не позволяя поршню 7 досжатия увеличить объем камеры 10 сгорания. Распространяясь в уменьшенном объеме цилиндра 6, горячие газы высокого давления воздействуют сильнее на поршень 4 меньшего диаметра, чем это происходит в обычном двигателе. Воздействие изменяется пропорционально изменению объема, чем меньше диаметр и соответственно рабочий объем цилиндра 6, тем сильнее или эффективнее воздействие газов на соответствующий поршень 4 меньшего диаметра. При подходе поршня 4 меньшего диаметра к НМТ, открывается выпускной клапан 12 и отработанные газы начинают выходить из камеры 10 сгорания.

Когда поршень 4 меньшего диаметра будет в НМТ, эксцентрик 17 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 7 досжатия точкой H - фиг. 2, а при движении поршня 4 меньшего диаметра из НМТ к ВМТ в четвертом такте, поверхностью H - A - фиг. 2, удерживая поршень 7 досжатия в НМТ, на одном уровне. А поршень 4 меньшего диаметра выталкивает отработанные газы из цилиндра 6 меньшего диаметра и камеры 10 сгорания во время всего движения из НМТ к ВМТ, и, когда он будет в ВМТ, выпускной клапан 12 закроется. В этот момент эксцентрик 17 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 7 досжатия точкой A - фиг. 2. Объем камеры 10 сгорания минимальный, все клапаны закрыты.

В первом такте, сразу после прохождения поршнем 4 меньшего диаметра ВМТ, открывается впускной клапан 11 воздуха, и воздух начинает поступать в камеру 10 сгорания. В это время эксцентрик 17 неправильной формы воздействует на тыльную часть поршня 7 досжатия поверхностью A - B - фиг. 2, и поршень 7 досжатия двигается из НМТ к ВМТ, также увеличивая объем камеры 10 сгорания. Начинается новый рабочий цикл.

Мелкодисперсный топливный аэрозоль, распространяясь по камере 10 сгорания во время впрыска топлива, является также смазкой для поршневых колец 8 поршня 7 досжатия воздушно-топливной смеси, в топливо возможно добавление 10% - 15% масла. Пружина 16 возврата помогает тыльной части поршня 7 досжатия находиться в контакте с эксцентриком 17 неправильной формы.

Для более эффективной работы четырехтактного комбинированного двигателя внутреннего сгорания можно применить турбонадув или компрессор.

Конструкция и конфигурация эксцентрика 17 неправильной формы гарантирует воспламенение воздушно-топливной смеси в нужный момент, а также задает режим работы механизма досжатия воздушно-топливной смеси, соответствующего режиму работы двигателя.

Эксцентрик 17 снабжен рабочей поверхностью неправильной формы /конфигурация рабочей поверхности не является цилиндром или диском, т.е. эксцентрик имеет рабочую поверхность неправильной формы/ - фиг. 2, с валом вращения, имеющим радиус R1 из центра вращения C, с рабочей поверхностью, состоящей из двух неравнозначных /т.к. радиусы разные/ участков: участка поверхности A - B - K, образованного радиусом R3 из точки F, имеющим наименьшее удаление от центра вращения C в точке B, с увеличением удаления от центра вращения C по кривым от точки B к точкам A и K, и участка поверхности K - H - A, образованного радиусом R2 из центра вращения C, имеющим наибольшее удаление от центра вращения C, порядковые номера радиусов R1, R2, R3, проставлены по мере возрастания /увеличения/.

При использовании эксцентрика неправильной формы - фиг. 2, в конструкциях двухтактных двигателей, точку A можно переместить ближе к центру C вращения, в этом случае конфигурация участка поверхности H - A - B будет более плавной, в зависимости от того, в какой момент будет происходить выпуск газов из камеры сгорания, т.е. до какого момента необходимо удерживать минимальный объем камеры сгорания. Для того, чтобы использовать эту конфигурацию эксцентрика неправильной формы в двухтактном двигателе с поздним зажиганием, надо переместить вал вращения эксцентрика неправильной формы ближе к точке B - фиг. 2.

Можно также совместить эти конструктивные изменения в одной модификации эксцентрика неправильной формы.

Формула изобретения

1. Четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, коленчатый вал, клапаны впуска и выпуска в камере сгорания, топливный насос, форсунку, поршень, цилиндр, механизм досжатия, включающий поршень досжатия, управляемый кулачком, отличающийся тем, что двигатель содержит поршень меньшего диаметра, соответствующий цилиндр меньшего диаметра, уменьшенный объем которого позволяет создать в камере сгорания не больше 90% от расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия, поршень досжатия большего диаметра, совместно с которым производится сжатие воздушно-топливной смеси до расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия, соответствующий цилиндр большего диаметра, эксцентрик неправильной формы на валу вращения - фиг. 2, радиусы R1, R2, R3 проставлены по мере возрастания, редуктор вала вращения эксцентрика неправильной формы с передаточным числом 2:1 к коленчатому валу - один оборот эксцентрика неправильной формы соответствует двум оборотам коленчатого вала.

2. Способ сжатия воздушно-топливной смеси в одной камере сгорания поршнем совместно с поршнем досжатия до расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия, отличающийся тем, что сжатие воздушно-топливной смеси в камере сгорания создают поршнем меньшего диаметра, находящимся в соответствующем цилиндре меньшего диаметра, уменьшенный объем которого позволяет создать в камере сгорания не более 90% от расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия совместно с поршнем досжатия большого диаметра, до расчетной величины степени сжатия воздушно-топливной смеси, необходимой для воспламенения от сжатия, расположенным в соответствующем цилиндре большего диаметра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2