Способ работы двигателя внутреннего сгорания (варианты)

Изобретение относится к системам промышленного моторостроения, а также к системам наземного, воздушного и водного транспорта. Способ состоит в том, что на одном коленчатом валу двигателя имеются топливные цилиндры, которые всегда совершают только первый и второй такты (всасывание и сжатие с воспламенением смеси), и силовые цилиндры, которые всегда совершают только третий и четвертый такты (рабочий ход и выхлоп), а также имеется промежуточная камера, куда поступают воспламенившиеся газы из топливного цилиндра, создавая в ней определенное избыточное давление. Затем эти сжатые газы через клапан, регулируемый человеком, поступают в определенной последовательности в силовые цилиндры, поршни которых в результате этого приходят в движение, совершая вращение коленчатого вала, а значит, выполняя полезную работу. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции двигателя, повышение надежности, снижение стоимости и удобство в управлении двигателем. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к системам промышленного моторостроения, к системам наземного, воздушного и водного транспорта.

Известен способ работы особо мощных двигателей внутреннего сгорания, применяемых, например, на железнодорожном транспорте (тепловоз). Патент СССР №4866 от 1925 г. При этом способе с помощью дополнительного двигателя приводятся в движение поршни в цилиндрах, которые производят первый и второй такт (всасывание и сжатие), а затем в цилиндры впрыскивается топливо и происходит воспламенение горючей смеси, причем поршень продолжает идти вперед до полного сгорания смеси, а потом идет обратно и выталкивает продукты горения в особый резервуар для утилизации их в основном мощном двигателе. Вое это делается для того, чтобы в основном (мощном) двигателе было постоянное давление на днище поршня, совершающего рабочий ход, т.к. в обычном двигателе внутреннего сгорания (ДВС) давление на днище поршня во время рабочего хода непостоянно и сильно падает к концу его. Этот способ не нашел практического применения, т.к. он требует применения дополнительного двигателя, он очень громоздок, сложен, дорог и ненадежен.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции двигателя, повышение его надежности в работе, снижение его стоимости и удобство в управлении этим двигателем.

Поставленная цель достигается мм, что согласно предлагаемому способу работы ДВС в двигателе на общем коленчатом валу расположены топливные, числом не менее одного, и силовые, числом не менее одного, цилиндры, но при этом и топливные, и силовые цилиндры работают в двухтактном режиме, то ость топливные цилиндры всегда работают только в режиме первого и второго тактов (всасывание и сжатие с воспламенением топливной смеси), а силовые цилиндры всегда работают только в режиме третьего и четвертого тактов (рабочий ход и выброс отработанных газов), причем воспламенившаяся топливная смесь в топливном цилиндре, когда поршень этого цилиндра находится вблизи верхней мертвой точки (такт сжатия), через соответствующий, открывшийся в этот момент клапан подается в промежуточную камеру, и если объем этой камеры соизмерим с объемом силового цилиндра, то воспламенившаяся топливная смесь подается из этой камеры через автоматически открывающийся в нужный момент клапан в силовой цилиндр для совершения рабочего хода поршня, тогда как в случае, если объем промежуточной камеры намного больше объема силового цилиндра, то воспламенившаяся топливная смесь из топливного цилиндра, когда поршень этого цилиндра находится вблизи верхней мертвой точки (такт сжатии), через соответствующий, открывшийся в этот момент клапан поступает в эту промежуточную камеру, в результате чего в этой камере создается и поддерживается необходимое давление этой воспламенившейся топливной смеси, а поскольку силовые цилиндры всегда работают только в режиме третьего и четвертого тактов (рабочий ход и выхлоп), то воспламенившаяся топливная смесь, находящаяся под давлением в промежуточной камере, поступает затем в силовой цилиндр через два клапана, степень открытия и закрытия одного из которых производится человеком, а открытие второго клапана происходит автоматически в тот момент, когда поршень силового цилиндра находится в верхней мертвой точке (начало рабочего хода), а закрытие этого клапана происходит автоматически тогда, когда поршень силового цилиндра находится в нижней мертвой точке (конец рабочего хода), и в этот момент автоматически открывается выхлопной клапан силового цилиндра, поршень идет вверх, выводя отработанные газы из силового цилиндра в атмосферу, и, достигнув верхней мертвой точки, поршень снова начинает совершать свой очередной рабочий ход, из чего с очевидностью следует, что предлагаемый способ работа двигателя внутреннего сгорания является способом работы двухтактного клапанного двигателя внутреннего сгорания с дополнительной промежуточной камерой.

Существенным отличием при этом является то, что предлагаемый клапанный ДВС работает не по четырехтактной, а по двухтактной схеме, что позволяет при одной и той же мощности двигателя при двухтактном варианте либо уменьшить вдвое число силовых цилиндров, либо вдвое уменьшить их диаметр. Кроме того, при использовании промежуточной камеры, имеющей достаточно большой объем, отпадает необходимость в таких громоздких и сложных узлах, как трансмиссия, корзина сцепления, стартер, мощный аккумулятор, а также не требуется сложная система электрозажигания.

Одним из возможных примеров практического использования такого двигателя является автомобилестроение. У предлагаемого двигателя на общем коленчатом валу, например, находятся три силовых цилиндра и два топливных, причем колена коленчатого вала для силовых цилиндров расположены относительно друг друга под углом 120°. Такое расположение колен гарантирует то, что при подаче сгоревших топливных газов в силовые цилиндры всегда найдется какой-то цилиндр, поршень которого уже миновал верхнюю мертвую точку и находится приблизительно в средней части силового цилиндра, совершая свой рабочий ход. Объем топливных цилиндров при этом выбирается такой, чтобы полностью компенсировать расход сгоревших газов, поступающих в силовые цилиндры, при любом режиме работы двигателя. При этом в данном двигателе объем промежуточной камеры намного больше объема силового цилиндра (например в 20 раз). Для того, чтобы привести в движение такой двигатель сразу после выпуска с завода или после очень длительной стоянки, необходимо тем или иным способом поднять давление в промежуточной камере до нескольких атмосфер (например, с помощью обычного или электрического насоса). Если теперь приоткрыть клапан, регулируемый человеком, то сжатые газы промежуточной камеры через этот клапан и второй клапан, открывающийся автоматически, попадут в какой-то силовой цилиндр и приведут его поршень в движение, т.е. коленвал начнет вращаться, топливные цилиндры начнут поставлять в промежуточную камеру воспламенившиеся газы, которые очень быстро поднимут давление внутри промежуточной камеры до нужной величины, и двигатель будет готов к работе. Как известно, в четырехтактном двигателе давление на поршень, когда он совершает рабочий ход, неравномерно, и в начале рабочего хода оно приблизительно равно 35÷40 атм, а в конце рабочего хода оно равно приблизительно 3,5÷5,0 атм. Таким образом, среднее давление на поршень в четырехтактном двигателе при совершении им рабочего хода равно приблизительно 20 атм.

Отсюда следует, что если в промежуточной камере давление газов будет на уровне 20 атм, то при работе двухтактного (т.е. предлагаемого двигателя) давление на поршень силового цилиндра будет постоянно (20 атм) на протяжении всего рабочего хода (т.к. объем силового цилиндра в 20 раз меньше объема промежуточной камеры). Датчик давления, установленный на промежуточной камере, связан с механизмом подачи топлива в топливное цилиндры и при падении давления в промежуточной камере увеличивает подачу топлива в топливные цилиндры, а при увеличении давления в промежуточной камере ограничивает подачу его в топливные цилиндры. Если двигатель автомобиля остановлен на некоторый срок (например, автомобиль припаркован на ночь), то постепенно температура газов в промежуточной камере начнет уменьшаться (хотя она и надежно теплоизолирована), т.е. начнет уменьшаться давление внутри ее. Однако при достижении определенной минимальной величины этого давления с помощью датчика давления клапан, регулируемый человеком, приоткроется, коленчатый вал придет в движение, в топливные цилиндры начнет поступать топливная смесь, которая после воспламенения будет подаваться в промежуточную камеру, давление в ней быстро придет в норму и датчик давления закроет регулируемый клапан и таким образом двигатель всегда будет готов к работе. Как видим, предлагаемый двигатель не нуждается в "заводке", т.е. ему не нужен стартер, при остановке автомобиля двигатель не работает, при трогании с места такому двигателю не нужен механизм сцепления и трансмиссия, не нужен ему и мощный аккумулятор, а также и сложная система электрозажигания. Кроме того, предлагаемый двигатель может работать на любых, даже на самых малых оборотах (как паровоз).

По мнению автора, вышеуказанные существенные отличия позволяют достичь поставленной цели изобретения.

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что в двигателе на общем коленчатом валу расположены топливные, числом не менее одного, и силовые, числом не менее одного, цилиндры, но при этом и топливные, и силовые цилиндры работают в двухтактном режиме, то есть топливные цилиндры работают только в режиме всасывания и сжатия с воспламенением топливной смеси, а силовые цилиндры работают в режиме рабочего хода и выброса отработанных газов, причем воспламенившаяся топливная смесь в топливном цилиндре, когда поршень этого цилиндра находится вблизи верхней мертвой точки (такт сжатия), через соответствующий открывшийся в этот момент клапан подается в промежуточную камеру, и если объем этой промежуточной камеры соизмерим с объемом силового цилиндра, то воспламенившаяся топливная смесь подается из этой камеры через автоматически открывающийся в нужный момент клапан в силовой цилиндр для совершения рабочего хода поршня.

2. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что в двигателе на общем коленчатом валу расположены топливные, числом не менее одного, и силовые, числом не менее одного, цилиндры, но при этом и топливные, и силовые цилиндры работают в двухтактном режиме, то есть топливные цилиндры работают только в режиме всасывания и сжатия с воспламенением топливной смеси, а силовые цилиндры работают в режиме рабочего хода и выброса отработанных газов, причем воспламенившаяся топливная смесь в топливном цилиндре, когда поршень этого цилиндра находится вблизи верхней мертвой точки (такт сжатия), через соответствующий открывшийся в этот момент клапан подается в промежуточную камеру, и если объем этой промежуточной камеры намного больше объема силового цилиндра, то воспламенившаяся топливная смесь из топливного цилиндра поступает в эту промежуточную камеру, в результате чего в этой камере создается и поддерживается необходимое давление этой воспламенившейся топливной смеси, а поскольку силовые цилиндры всегда работают только в режиме третьего и четвертого тактов (рабочий ход и выхлоп), то воспламенившаяся топливная смесь, находящаяся под давлением в промежуточной камере, поступает затем в силовой цилиндр через два клапана, степень открытия и закрытия одного из которых производится человеком, а открытие второго клапана происходит автоматически в тот момент, когда поршень силового цилиндра находится в верхней мертвой точке (начало рабочего хода), а закрытие этого клапана происходит автоматически тогда, когда поршень силового цилиндра находится в нижней мертвой точке (конец рабочего хода), и в этот момент автоматически открывается выхлопной клапан силового цилиндра, поршень идет вверх, выводя отработанные газы из силового цилиндра в атмосферу и достигнув верхней мертвой точки, поршень снова начинает совершать свой очередной рабочий ход.