RU2270925C1 - Двигатель внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить экономичность, мощность и эффективность работы, уменьшить линейные габариты двигателя, значительно снизить нагрузки в механизме преобразования движения и удельную массу, повысить экологичность. Двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, два рабочих цилиндра с противоположно движущимися рабочими поршнями, шатунные тяги, шарнирно связанные первыми концами с поршнями первого рабочего цилиндра, коленчатый вал, шатуны, связанные первыми головками с коленчатым валом, основные двуплечие коромысла, первые плечи которых шарнирно связаны со вторыми концами шатунных тяг поршней первого рабочего цилиндра, а вторые плечи которых шарнирно связаны со вторыми головками шатунов. Два противолежащих шатуна расположены соответственно во взаимно пересекающихся плоскостях, перпендикулярных плоскости вращения коленчатого вала. Шатуны расположены таким образом, что при положении одного из них в положении верхней или нижней мертвой точке связанного с ним поршня другой шатун находится в положении, отличном от верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня. Двигатель дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной линейной электрической машиной со статором и ротором, по меньшей мере, одной дополнительной тягой, связывающей первое плечо основного двуплечего коромысла с ротором и с первым плечом одного из дополнительных двуплечих коромысел, оси качания которых расположены на опорных рычагах. Первые плечи дополнительных двуплечих коромысел шарнирно связаны с первыми плечами двуплечих коромысел, а вторые плечи - шарнирно связаны с шатунными тягами поршней второго рабочего цилиндра. 21 з.п. ф-лы. 3 ил.

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, размещенные в нем встречно движущиеся поршни с образованием общей камеры сгорания, механизм газораспределения, выполненный в виде окон продувки и впрыска топлива, связанный с поршнями механизм преобразования движения, выполненный в виде кривошипно-шатунного механизма (см. патент США №4010610, 1977 г).

Недостаток известного двигателя заключается в недостаточно эффективной работе и низкой экономичности.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, размещенные в нем два оппозитно расположенных и встречно движущихся поршня с шатунными тягами, коленчатый вал, механизм преобразования движения поршней во вращательное движение коленчатого вала, выполненный с коромыслами по числу поршней, противолежащие шатуны коленчатого вала, причем шатунные тяги поршней шарнирно связаны с первыми плечами коромысел, а шатуны коленчатого вала шарнирно связаны со вторыми плечами соответствующих коромысел (см. И.И.Артоболевский. Механизмы в современной технике. Том 2. Кулисно-рычажные и кривошипно-ползунные механизмы. М.: Наука, с.486, рис.1495).

Недостатком указанного двигателя являются низкие эффективность и экономичность.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один рабочий цилиндр с противоположно движущимися рабочими поршнями, шатунные тяги, шарнирно связанные первыми концами с поршнями первого рабочего цилиндра, коленчатый вал, шатуны, связанные первыми головками с коленчатым валом, основные двуплечие коромысла, первые плечи которых шарнирно связаны со вторыми концами шатунных тяг поршней первого рабочего цилиндра, а вторые плечи которых шарнирно связаны с вторыми головками шатунов, два противолежащих шатуна расположены соответственно во взаимно пересекающихся плоскостях, перпендикулярных плоскости вращения коленчатого вала, причем шатуны расположены таким образом, что при положении одного из них в положении верхней или нижней мертвой точке связанного с ним поршня другой шатун находится в положении, отличном от верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня (см. патент РФ №2184864, опубл. 10.07.2002).

Недостатком его является недостаточная эффективность. Задачей изобретения является повышение КПД, мощности, экономичности за счет снижения расхода топлива, экологичности и эффективности работы, уменьшение линейных габаритов двигателя и, как следствие, удельной массы за счет получения вращающей коленчатый вал составляющей от силы давления газов на поршень уже в момент максимального давления газов, снижения силы, необходимой для вращения коленчатого вала в положении верхней мертвой точки в момент максимального давления газов в цилиндре, увеличения времени нахождения поршней в состоянии, в котором объем цилиндра между поршнями минимален, а также в связи с уменьшением потерь энергии двигателя, связанных с неэффективным механизмом преобразования механической энергии в электрическую в случае с присоединенным к выходному валу двигателя генератору электроэнергии.

Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, два рабочих цилиндра с противоположно движущимися рабочими поршнями, шатунные тяги, шарнирно связанные первыми концами с поршнями первого рабочего цилиндра, коленчатый вал, шатуны, связанные первыми головками с коленчатым валом, основные двуплечие коромысла, первые плечи которых шарнирно связаны со вторыми концами шатунных тяг поршней первого рабочего цилиндра, а вторые плечи которых шарнирно связаны со вторыми головками шатунов, два противолежащих шатуна расположены соответственно во взаимно пересекающихся плоскостях, перпендикулярных плоскости вращения коленчатого вала, причем шатуны расположены таким образом, что при положении одного из них в положении верхней или нижней мертвой точке связанного с ним поршня другой шатун находится в положении, отличном от верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня, дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной линейной электрической машиной со статором и ротором, по меньшей мере, одной дополнительной тягой, связывающей первое плечо основного двуплечего коромысла с ротором и с первым плечом одного из дополнительных двуплечих коромысел, оси качания которых расположены на опорных рычагах, причем первые плечи дополнительных двуплечих коромысел шарнирно связаны с первыми плечами двуплечих коромысел, а вторые плечи - шарнирно связаны с шатунными тягами поршней второго рабочего цилиндра.

Шатуны коленчатого вала могут быть расположены на разных шейках коленчатого вала и связанные с ними основные двуплечие коромысла имеют изогнутую форму.

Шатуны коленчатого вала могут быть расположены на одной шейке коленчатого вала и одно из связанных с ними основных двуплечих коромысел имеет изогнутую форму, а другое - прямолинейную форму. Обратимая линейная электрическая машина может быть выполнена в виде электрического генератора.

Обратимая линейная электрическая машина может быть выполнена в виде электрического двигателя, например стартера. Двигатель может быть снабжен дополнительным цилиндром, причем поршень дополнительного цилиндра посредством дополнительной тяги может быть связан с первыми плечами одного из основных двуплечих коромысел и одного из дополнительных двуплечих коромысел.

Дополнительные цилиндры могут быть выполнены в виде цилиндров компрессора.

Выходы цилиндров компрессора могут быть сообщены с входами рабочих цилиндров.

Дополнительные цилиндры могут быть выполнены в виде цилиндров насоса.

Дополнительные цилиндры могут быть расположены коаксиально первому рабочему цилиндру.

Продольные оси симметрии дополнительных цилиндров могут быть расположены параллельно продольной оси симметрии первого рабочего цилиндра. Двигатель может быть выполнен четырехтактным с газораспределительным механизмом в виде клапанов с механическим приводом, или гидроприводом, или электроприводом.

Двигатель может быть выполнен двухтактным с механизмом газораспределения в виде окон продувки и выпуска и форсунками впрыска топлива. Первые и вторые рабочие цилиндры дополнительно могут быть снабжены устройствами впрыска воды или смеси воды и спирта.

Двигатель может быть снабжен нагнетателем воздуха или турбонаддувом. Двигатель может быть снабжен промежуточным охладителем. Первые и вторые рабочие цилиндры могут быть снабжены форкамерами. Двигатель может быть снабжен внешним электростартером для осуществления запуска.

Двигатель может быть снабжен источником сжатого воздуха для запуска. Запуск может производиться путем впрыска топлива и его воспламенения в первый или второй рабочий цилиндр, готовые в это время к рабочему ходу. Двигатель может представлять собой двигатель с самовоспламенением от сжатия.

Двигатель может представлять собой двигатель с принудительным воспламенением.

На фиг.1 показана принципиальная схема двигателя; на фиг.2, 3 показаны схемы движения поршней.

Двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, два рабочих цилиндра с противоположно движущимися рабочими поршнями, шатунные тяги 1, шарнирно связанные первыми концами с поршнями 2 первого рабочего цилиндра 3, коленчатый вал 4, шатуны 5, связанные первыми головками с коленчатым валом 4, основные двуплечие коромысла 6, первые плечи которых шарнирно связаны со вторыми концами шатунных тяг 1 поршней 2 первого рабочего цилиндра 3, а вторые плечи которых шарнирно связаны со вторыми головками шатунов 5. Два противолежащих шатуна 5 расположены соответственно во взаимно пересекающихся плоскостях, перпендикулярных плоскости вращения коленчатого вала 4. Шатуны 5 расположены таким образом, что при положении одного из них в положении верхней или нижней мертвой точке связанного с ним поршня 2 другой шатун находится в положении, отличном от верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня 2. Двигатель дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной линейной электрической машиной со статором 7 и ротором 8, по меньшей мере, одной дополнительной тягой 9, связывающей первое плечо основного двуплечего коромысла 6 с ротором 8 и с первым плечом одного из дополнительных двуплечих коромысел 10, оси качания которых расположены на опорных рычагах 14. Первые плечи дополнительных двуплечих коромысел 10 шарнирно связаны с первыми плечами двуплечих коромысел 6, а вторые плечи - шарнирно связаны с шатунными тягами 11 поршней 12 второго рабочего цилиндра 13. Шатуны 5 коленчатого вала 4 могут быть расположены на разных шейках коленчатого вала и связанные с ними основные двуплечие коромысла 6 могут иметь имеют изогнутую форму. Шатуны 5 коленчатого вала 4 также могут расположены на одной шейке коленчатого вала и одно из связанных с ними основных двуплечих коромысел 6 может иметь изогнутую форму, а другое - прямолинейную форму. Обратимая линейная электрическая машина может быть выполнена в виде электрического генератора. Обратимая линейная электрическая машина может быть выполнена в виде электрического двигателя, например стартера. Двигатель может быть снабжен дополнительным цилиндром 15, причем поршень 16 дополнительного цилиндра посредством дополнительной тяги 17 может быть связан с первыми плечами одного из основных двуплечих коромысел 6 и одного из дополнительных двуплечих коромысел 10. Дополнительные цилиндры 15 могут быть выполнены в виде цилиндров компрессора. Выходы цилиндров компрессора могут быть сообщены с входами рабочих цилиндров. Дополнительные цилиндры 15 могут быть выполнены в виде цилиндров насоса. Дополнительные цилиндры 15 могут быть расположены коаксиально первому рабочему цилиндру 3. Продольные оси симметрии дополнительных цилиндров 15 могут быть расположены параллельно продольной оси симметрии первого рабочего цилиндра 3. Двигатель может быть выполнен четырехтактным с газораспределительным механизмом в виде клапанов с механическим приводом, или гидроприводом, или электроприводом. Двигатель может быть выполнен двухтактным с механизмом газораспределения в виде окон продувки и выпуска и форсунками впрыска топлива. Первые и вторые рабочие цилиндры 3 и 13 могут быть дополнительно снабжены устройствами впрыска воды или смеси воды и спирта. Двигатель может быть снабжен нагнетателем воздуха или турбонаддувом. Двигатель может быть снабжен промежуточным охладителем. Первые и вторые рабочие цилиндры 3 и 13 могут быть снабжены форкамерами. Двигатель может быть снабжен внешним электростартером для осуществления запуска. Двигатель может быть снабжен источником сжатого воздуха для запуска. Запуск может производиться путем впрыска топлива и его воспламенения в первый или второй рабочий цилиндр 3 или 13, готовый в это время к рабочему ходу. Двигатель может представлять собой двигатель с самовоспламенением от сжатия или с принудительным воспламенением.

Работа двигателя для двухтактного цикла дизеля осуществляется следующим образом: при движении поршней 2 к центру цилиндра 3 происходит сжатие воздуха. Одновременно с этим в цилиндре 13 происходит расширение газов, связанное с воспламенением топлива, поршни 12 двигаются от центра цилиндра 13.

При достижении одним из поршней 2 (правого на схеме) Верхней Мертвой Точки (ВМТ) другой (левый на схеме) еще не дошел до ВМТ. Происходит впрыск топлива и к моменту его воспламенения левый по схеме поршень 2 находится в ВМТ, а правый по схеме поршень 2 уже прошел свою ВМТ, что позволяет сразу же реализовать на валу двигателя соответствующую составляющую от силы давления рабочих газов на поршни 2. При дальнейшем расширении газов поршни расходятся от центра цилиндра 3 и последовательно происходит выпуск газов из выпускных отверстий правым (по схеме) поршнем 2 и последующим открытием впускных отверстий левым по схеме поршнем 2. Происходит продувка под давлением (связанным с принудительным наддувом цилиндра) цилиндра, после чего закрываются выпускные окна, а через некоторое время и впускные окна и происходит опять сжатие воздуха. Работа в цилиндрах 3 и 13 проистекает в противофазе - когда в цилиндре 3 сжатие, в цилиндре 13 расширение и наоборот. Электрическая машина, действующая в составе двигателя, в это время совершает два рабочих хода (вправо и влево по схеме).

Claims (22)

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, два рабочих цилиндра с противоположно движущимися рабочими поршнями, шатунные тяги, шарнирно связанные первыми концами с поршнями первого рабочего цилиндра, коленчатый вал, шатуны, связанные первыми головками с коленчатым валом, основные двуплечие коромысла, первые плечи которых шарнирно связаны со вторыми концами шатунных тяг поршней первого рабочего цилиндра, а вторые плечи которых шарнирно связаны с вторыми головками шатунов, два противолежащих шатуна расположены соответственно во взаимно пересекающихся плоскостях, перпендикулярных плоскости вращения коленчатого вала, причем шатуны расположены таким образом, что при положении одного из них в положении верхней или нижней мертвой точке связанного с ним поршня другой шатун находится в положении, отличном от верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня, отличающийся тем, что двигатель дополнительно снабжен, по меньшей мере, одной линейной электрической машиной со статором и ротором, по меньшей мере, одной дополнительной тягой, связывающей первое плечо основного двуплечего коромысла с ротором и с первым плечом одного из дополнительных двуплечих коромысел, оси качания которых расположены на опорных рычагах, причем первые плечи дополнительных двуплечих коромысел шарнирно связаны с первыми плечами двуплечих коромысел, а вторые плечи - шарнирно связаны с шатунными тягами поршней второго рабочего цилиндра.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что шатуны коленчатого вала расположены на разных шейках коленчатого вала и связанные с ними основные двуплечие коромысла имеют изогнутую форму.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что шатуны коленчатого вала расположены на одной шейке коленчатого вала и одно из связанных с ними основных двуплечих коромысел имеет изогнутую форму, а другое - прямолинейную форму.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что обратимая линейная электрическая машина выполнена в виде электрического генератора.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что обратимая линейная электрическая машина выполнена в виде электрического двигателя, например стартера.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что снабжен дополнительным цилиндром, причем поршень дополнительного цилиндра посредством дополнительной тяги связан с первыми плечами одного из основных двуплечих коромысел и одного из дополнительных двуплечих коромысел.

7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что дополнительные цилиндры выполнены в виде цилиндров компрессора.

8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что выходы цилиндров компрессора сообщены с входами рабочих цилиндров.

9. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что дополнительные цилиндры выполнены в виде цилиндров насоса.

10. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что дополнительные цилиндры расположены коаксиально первому рабочему цилиндру.

11. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что продольные оси симметрии дополнительных цилиндров расположены параллельно продольной оси симметрии первого рабочего цилиндра.

12. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен четырехтактным с газораспределительным механизмом в виде клапанов с механическим приводом, или гидроприводом, или электроприводом.

13. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выполнен двухтактным с механизмом газораспределения в виде окон продувки и выпуска и форсунками впрыска топлива.

14. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что первые и вторые рабочие цилиндры дополнительно снабжены устройствами впрыска воды или смеси воды и спирта.

15. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что снабжен нагнетателем воздуха или турбонаддувом.

16. Двигатель по п.15, отличающийся тем, что снабжен промежуточным охладителем.

17. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что первые и вторые рабочие цилиндры снабжены форкамерами.

18. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что снабжен внешним электростартером для осуществления запуска.

19. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что снабжен источником сжатого воздуха для запуска.

20. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что запуск производится путем впрыска топлива и его воспламенения в первый или второй рабочий цилиндр, (или) готовый в это время к рабочему ходу.

21. Двигатель по любому из пп.1-20, отличающийся тем, что представляет собой двигатель с самовоспламенением от сжатия.

22. Двигатель по любому из пп.1-20, отличающийся тем, что представляет собой двигатель с принудительным воспламенением.

Images