Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению. Двигатель внутреннего сгорания, работающий по 4-тактному циклу (циклу Отто Дизеля), содержит по крайней мере один цилиндр, один поршень, впускной и выпускной каналы с клапанами, дополнительное выпускное отверстие в нижней части цилиндра, снабженное клапаном с приводом, при этом размер сечения отверстия определяется сверху углом опережения выпуска данного двигателя, а снизу - нижней мертвой точкой. Изобретение обеспечивает увеличение мощности и КПД двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателю внутреннего сгорания, работающему по 4-тактному циклу, известному в технике как цикл Отто Дизеля.

Указанные двигатели широко применяются в технике для приведения в движение автомобилей, судов и других транспортных средств. За годы применения двигатели этого типа модернизировались и усовершенствовались чаще всего с единственной целью увеличения мощности и КПД (коэффициента полезного действия) двигателя, а также утилизации отработанных газов и повышения экологичности двигателя. Указанные усовершенствования использованы в полезных моделях по свид. N 8055 от 02.12.97, свид. N 8738 от 06.04.98, свид. N 8739 от 28.11.97 и свид. N 9261 от 22.04.98.

Известные конструкции 4-тактных ДВС предусматривают расположение клапанов газораспределения в головке блока цилиндров, что приводит к некоторым ограничениям. Работа двигателя, т.е. его мощность, зависит от количества и состава заряда воздушной смеси, поступающей в цилиндр. Количество воздуха, поступающее в цилиндр в течение впуска, зависит от того, насколько хорошо очищается цилиндр от газов во время выпуска в предыдущем цикле. Раннее открытие выпускного клапана приводит к потере полезной работы газов. Момент начала выпуска выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить хорошую очистку цилиндра, а с другой стороны, уменьшить затраты энергии на этом процессе. С опережением 40-70^o до прихода поршня в НМТ (нижняя мертвая точка) открывается выпускной клапан, в этот момент давление в цилиндре примерно соответствует 0,4-0,6 МПа и выпуск газа происходит при сверхкритическом перепаде давления. Этот период заканчивается вблизи НМТ и называется периодом свободного выпуска. В период свободного выпуска из цилиндра удаляется 60-70% газов, когда выпускной клапан открывается меньше, чем наполовину. С началом выпуска давление в цилиндре заметно падает, а выпускном канале нарастает, что приводит к образованию волны, которая при ее отражении препятствует выпуску оставшихся в цилиндре газов в период принудительного выпуска (см. Лукашин В.Н. "ДВС". - М.: Высшая школа, 1985). Остаточные газы не выталкиваются из цилиндра полностью, что приводит к уменьшению количества свежего заряда, поступающего в следующий период в процессе впуска.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по крайней мере один цилиндр, один поршень, впускной и выпускной каналы с клапанами и дополнительное отверстие в нижней части цилиндра, снабженное клапаном с приводом (СССР, авторское свидетельство 870749, F 02 В 37/02, 1989). Это изобретение выбрано в качестве прототипа.

Однако известное изобретение не обеспечивает раздельный выпуск газов выпускным клапаном и дополнительным отверстием с клапаном в нижней части цилиндра.

Задача, которая решалась при создании заявляемого изобретения, заключалась в изменении конструкции ДВС, направленном на увеличение полезной работы двигателя и его КПД. При этом достигается существенный технический результат, а именно улучшение очистки цилиндра от остаточных газов и увеличение количества свежего заряда воздушной смеси, поступающей в следующий цикл работы двигателя.

Заявляемый ДВС так же, как и известные конструкции, содержит, по крайней мере, один цилиндр, один поршень, впускной и выпускной каналы с клапанами, размещенные в головке цилиндра, дополнительное выпускное отверстие в нижней части цилиндра, снабженное клапаном с приводом, при этом размер сечения отверстия определяется сверху углом опережения выпуска данного двигателя, а снизу - нижней мертвой точкой (НМТ).

Угол опережения выпуска для каждой конструкции ДВС определяется расчетным путем при конструировании.

Таким образом, предложенная конструкция ДВС отличается увеличенной мощностью и КПД по сравнению с известными конструкциями.

Заявляемый двигатель иллюстрируется с помощью чертежа, где представлен разрез цилиндра двигателя внутреннего сгорания, работающего по 4-тактному циклу (по циклу Отто Дизеля).

Цилиндр 1 ДВС имеет впускной канал 2 и выпускной канал 3, а также поршень 4. Каналы 2 и 3 снабжены клапанами 5 и 6 соответственно.

В нижней части цилиндра 1 выполнено дополнительное выпускное отверстие 7, снабженное клапаном 8 с приводом (электрическим или механическим) 9. Нижняя граница отверстия 7 совпадает с нижней мертвой точкой (НМТ) поршня 4 цилиндра 1.

Верхняя граница отверстия 7 определяется углом опережения выпуска отработавших газов, который задается для каждой конструкции двигателя. Сечение дополнительного отверстия может быть в виде эллипса или круга.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

После начала процесса расширения газов в цилиндре 1 срабатывает привод 9 и клапан 8 открывает отверстие 7. Поршень 4 движется вниз. После прохождения верхней границы отверстия 7 начинается период свободного выпуска газов. Давление в цилиндре 1 начинает падать. Заканчивается процесс свободного выпуска газов после перекрытия поршнем 4 отверстия 7. После прохождения поршнем 4 НМТ начинает открываться выпускной клапан 6. Оставшаяся часть газов выталкивается поршнем 4 в канал 3. До достижения поршнем 4 верхней мертвой точки (ВМТ) открывается клапан 5 и через канал 2 свежий заряд воздуха поступает в цилиндр 1.

Использование предложенной конструкции ДВС позволяет осуществить раздельный выпуск газов, что позволяет в свою очередь увеличить мощность и КПД двигателя внутреннего сгорания, работающего по 4-тактному циклу.

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по крайней мере один цилиндр, один поршень, впускной и выпускной каналы с клапанами и дополнительное отверстие нижней части цилиндра, снабженное клапаном с приводом, отличающийся тем, что размер сечения отверстия выбран из условия обеспечения выпуска отработавших газов и определяется сверху углом опережения выпуска данного двигателя, а снизу - нижней мертвой точкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1