Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к моторостроению, т.е. к двигателям внутреннего сгорания для автомобилей, тракторов и т.д. Способ осуществления рабочего цикла заключается в начале сжатия в момент прекращения выпускного окна на стенке цилиндра и перекрытия впускного окна клапаном на головке цилиндра при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, сгорании топлива, рабочем ходе, начале вентиляции и выпуска отработанных газов, совмещении выпуска отработанных газов и впуска чистого воздуха, движении поршня при вентиляции к нижней мертвой точке и начале движения поршня к верхней мертвой точке, причем рабочий цикл осуществляется за два хода поршня - первый ход выполняет частично вентиляцию цилиндра и сжатие, второй ход - рабочий ход и частично вентиляцию, при этом совмещение впуска и выпуска осуществляется за счет 30% первого хода и 30% второго хода поршня. Изобретение обеспечивает повышение мощности двигателя. 2 ил.

Изобретение найдет применение в области машиностроения или конкретнее в области моторостроения, то есть в изготовлении двигателей внутреннего сгорания для автомобилей, тракторов и так далее.

В настоящее время в мире известны и широко используются два способа осуществления рабочего цикла в двигателях внутреннего сгорания: а) двухтактный рабочий цикл; б) четырехтактный рабочий цикл.

Оба эти способа осуществления рабочего цикла достаточно хорошо описаны в следующих учебниках и книгах: 1. Автомобильные двигатели. Под ред. Ховаха М.С. - М.: Машиностроение, 1997. - 591 с.

2. Двигатели внутреннего сгорания: Учебник для ВУЗов. - М.: Высшая школа, 1978. - 208 с.

3. Гуревич А.М., Сорокин Е.М. Тракторы и автомобили. - М.: Колос, 1971. - 325 с.

4. Мельников Д.И. Тракторы. - М.: Колос, 1981. - 335 с.

Двигатели внутреннего сгорания с двухтактным рабочим циклом осуществляют полный рабочий цикл за два хода поршня, то есть один полный оборот коленчатого вала, при этом впуск топливной смеси осуществляют через картерное пространство двигателя, а первый такт включает в себя впуск топливной смеси и сжатие топливной смеси в цилиндре, второй такт совмещает также два процесса - рабочий ход и выпуск отработанных газов.

При втором способе осуществления рабочего цикла (четырехтактном) рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня, то есть два полных оборота коленчатого вала. При этом впуск топливной смеси осуществляется через головку цилиндра, а каждый процесс, впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск осуществляются раздельно в каждом такте.

Наиболее близким к изобретению способом является второй способ, то есть четырехтактный рабочий цикл, который и служит прототипом изобретения.

Четырехтактный рабочий цикл осуществляется следующим образом, изображенным на фиг. 1: при движении поршня 2 вверх от НМТ к ВМТ при закрытых окнах 5 и 6 клапанами 3 и 4 происходит сжатие воздуха в цилиндре 10, то есть происходит первый такт "сжатие"; при подходе поршня 2 за 2-3 мм до ВМТ в цилиндр 10 через форсунку 7 впрыскивается топливо, которое воспламеняется, и газы горения начинают давить на поршень 2, при этом первый такт заканчивается и начинается второй такт "рабочий ход", который продолжается до прихода поршня 2 в НМТ; как только поршень 2 начинает двигаться вверх, заканчивается второй такт и начинается третий такт "выпуск", открывается выпускное окно 6 клапаном 3 и отработанные газы начинают выталкиваться поршнем 2 из цилиндра 10; при достижении поршнем 2 ВМТ выпускное окно 6 закрывается клапаном 3, а впускное окно 5 открывается клапаном 4, и поршень 2, двигаясь вниз к НМТ, втягивает в цилиндр 10 воздух, так происходит четвертый такт "впуск", и как только поршень 2 пройдет НМТ, закроется клапан 4 и закроет впускное окно 6, а клапан 3 остается закрытым, так вновь начинается первый такт и цикл повторяется.

Из вышеописанного принципа работы четырехтактного двигателя очевидно, что существенным недостатком данного способа является то, что поршень за четыре хода, четыре такта или два полных оборота коленчатого вала только в третьем такте воспринимает энергию сгорания топлива и преобразует ее в механическую энергию движения поршня, три остальных хода, полтора оборота вала являются вспомогательными и полученную в третьем такте часть энергии затрачивают на выполнение вспомогательных операций.

Автор предлагает третий способ осуществления рабочего цикла, при котором каждый второй ход поршня и каждый оборот коленчатого вала будут получать энергию от сгорания топлива и только один ход поршня будет вспомогательным, что приведет к существенному увеличению мощности двигателя в 1,5-2 раза.

Задачей изобретения является повышение мощности двигателя.

Задача решается за счет того, что способ осуществления рабочего цикла в двигателях внутреннего сгорания, заключающийся в начале сжатия в момент перекрытия выпускного окна, расположенного на стенке цилиндра, и перекрытия впускного окна клапаном на головке цилиндра при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, сгорании топлива, рабочем ходе при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, окончании рабочего хода, начале вентиляции и выпуска отработанных газов при открытии поршнем выпускного окна и открытии впускного окна клапаном на головке цилиндра, совмещении во время вентиляции выпуска отработанных газов и впуска чистого воздуха, движении поршня при вентиляции к нижней мертвой точке и начале движения поршня к верхней мертвой точке, причем рабочий цикл осуществляется за два хода поршня - первый ход выполняет частично вентиляцию цилиндра и сжатие, второй ход - рабочий ход и частично вентиляцию, при этом совмещение впуска и выпуска осуществляется за счет 30% первого хода и 30% второго хода поршня.

Принцип работы двигателя с предложенным рабочим циклом осуществляется следующим образом, изображенным на фиг. 2: первый процесс "сжатие" происходит, когда поршень 1, двигаясь вверх, закроет выпускное окно 4 и одновременно закроются впускные клапана 3, начинается сжатие воздуха в цилиндре 2; не доходя до ВМТ 2-3 мм, в цилиндр 2 через форсунку 6 впрыскивается топливо и происходит его сгорание, первый процесс "сжатие" закончился и завершился 1-ый такт, начинается второй процесс "рабочий ход", газы от сгорания топлива толкают поршень 1 вниз, поршень 1 доходит до выпускного окна 4, открывает его и на этом "рабочий ход" заканчивается, начинается третий процесс "вентиляция", отработанные газы через открытое окно 4 выходят и в это время открывается впускное окно 5 клапанами 3, и воздух под давлением заполняет цилиндр 2, вытесняет отработанные газы, за это время поршень 1 проходит НМТ и движется вверх, 2-ой такт закончился и начался первый такт, как только поршень закроет окно 4 и закроются клапана 3, так заканчивается третий процесс и вновь начинается первый процесс "сжатие", рабочий цикл повторяется.

Из вышеописанного очевидно, что в двигателе, основанном на предложенном рабочем цикле, каждый ход поршня вниз сопровождается получением энергии от сгорания топлива. При этом в четырехтактном двигателе только каждый второй ход поршня вниз получает энергию от сгорания топлива. Сравнивая равноценные двигатели, легко убедиться, что мощность двигателя с сокращенным рабочим циклом окажется в 1,5-2 раза выше, чем мощность четырехтактного. Таким образом, техническим результатом предлагаемого способа осуществления рабочего цикла является возможность создания двигателя внутреннего сгорания с отличающимся циклом работы, аналогичного по конструкции четырехтактному двигателю, но с мощностью, превышающей прототип в 1,5-2 раза.

Возможность осуществления определяется тем, что двигатель, сконструированный на предложенном рабочем цикле, незначительно будет отличаться по конструкции от четырехтактного двигателя, а именно выпускное окно должно располагаться на стенке цилиндра. При этом высота расположения окна от НМТ определяется расчетным путем с условием полной вентиляции цилиндра за время прохождения поршня через НМТ от момента открытия выпускного окна до момента его закрытия. Другие конструкционные изменения от прототипа незначительны.

Увеличение мощности двигателя с предложенным рабочим циклом в два раза по сравнением с прототипом определяется расчетным путем по формуле, это также очевидно из описания в главе сущность. Если поршень получает в два раза больше энергии за единицу времени, то и полезная работа поршня увеличивается в два раза.

Практическое исполнение двигателя с данным рабочим циклом не вызывает сомнения на любом моторостроительном предприятии.

Формула изобретения

Способ осуществления рабочего цикла в двигателях внутреннего сгорания, заключающийся в начале сжатия в момент перекрытия выпускного окна, расположенного на стенке цилиндра, и перекрытия впускного окна клапаном на головке цилиндра при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, сгорании топлива, рабочем ходе при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, окончании рабочего хода, начале вентиляции и выпуска отработанных газов при открытии поршнем выпускного окна и открытии впускного окна клапаном на головке цилиндра, совмещении во время вентиляции выпуска отработанных газов и впуска чистого воздуха, движении поршня при вентиляции к нижней мертвой точке и начале движения поршня к верхней мертвой точке, причем рабочий цикл осуществляется за два хода поршня - первый ход выполняет частично вентиляцию цилиндра и сжатие, второй ход - рабочий ход и частично вентиляцию, отличающийся тем, что совмещение впуска и выпуска осуществляется за счет 30% первого хода и 30% второго хода поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2