Двигатель внутреннего сгорания

Область техники
Полезная модель относится к области автомобилестроения, в частности к средствам преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение, т.е. к двигателям внутреннего сгорания и может быть использована в транспортных средствах и другой технике.
Уровень техники
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является двигатель внутреннего сгорания (патент РФ №129997, дата публикации 10.07.2013 г.). Двигатель внутреннего сгорания содержит станину, маховик, первый цилиндр, второй цилиндр, первый поршень, второй поршень, третий поршень, четвертый поршень, первый шатун, второй шатун, первый стержень, второй стержень, первый шток и второй шток. Первый цилиндр выполнен полым с первым днищем и вторым днищем, расположенными с противоположных сторон по отношению друг к другу. Второй цилиндр выполнен полым с третьим днищем и четвертым днищем, расположенными с противоположных сторон по отношению друг к другу. Первый поршень и второй поршень установлены в первом цилиндре. Первый шток соединен одним концом с первым поршнем, другим концом со вторым поршнем. Третий поршень и четвертый поршень размещены во втором цилиндре. Третий поршень соединен с одним концом второго штока, другой конец которого соединен с четвертым поршнем. В первом цилиндре и во втором цилиндре продольно выполнены первая прорезь и вторая прорезь соответственно. Первый цилиндр и второй цилиндр расположены с противоположных сторон маховика. Первый цилиндр и второй цилиндр соответственно обращены первой прорезью и второй прорезью в сторону маховика. Первый стержень и второй стержень соответственно соединены со средней частью первого штока и второго штока. Первая прорезь и вторая прорезь выполнены с обеспечением возможности движения в них соответственно первого стержня и второго стержня при возвратно-поступательном движении первого штока и второго штока соответственно. Первый стержень соединен одним концом с одним из концов первого шатуна. Второй стержень соединен одним концом с одним из концов второго шатуна. Первый шатун и второй шатун соединены с маховиком с противоположных его сторон другими своими концами с обеспечением преобразования возвратно-поступательного движения первого шатуна и второго шатуна во вращательное движение маховика. Причем первый цилиндр, второй цилиндр и маховик закреплены на станине. Расположение первого цилиндра и второго цилиндра с противоположных сторон маховика с прорезями, обращенными к маховику, ограничивает количество используемых в устройстве цилиндров. При этом отсутствует возможность увеличения мощности, за счет увеличения количества цилиндров в устройстве.
Недостатком прототипа является недостаточная мощность.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение мощности.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем первый цилиндр, четвертый цилиндр, а также первый поршень, второй поршень, седьмой поршень, восьмой поршень, первый шток, четвертый шток, первый стержень, четвертый стержень, первый шатун, четвертый шатун, первую шатунную шейку, вторую шатунную шейку и элемент вращения, первую опору и вторую опору, причем первый цилиндр выполнен с первой полостью, первым днищем и вторым днищем, четвертый цилиндр выполнен с четвертой полостью, седьмым днищем и восьмым днищем, к тому же в первом цилиндре выполнена первая прорезь, расположенная вдоль оси симметрии первого цилиндра, в четвертом цилиндре выполнена четвертая прорезь, расположенная вдоль оси симметрии четвертого цилиндра, причем элемент вращения закреплен в первой опоре и второй опоре, элемент вращения выполнен с первой поверхностью и второй поверхностью, расположенными с противоположных сторон элемента вращения по отношению друг к другу и перпендикулярно оси вращения элемента вращения, при этом в первой полости установлены первый поршень и второй поршень, в четвертой полости установлены седьмой поршень и восьмой поршень, причем первый шток одним концом соединен с первым поршнем, а другим концом - со вторым поршнем, четвертый шток одним концом соединен с седьмым поршнем, а другим концом - с восьмым поршнем, при этом первый стержень присоединен одним концом к средней части первого штока, четвертый стержень присоединен одним концом к средней части четвертого штока, к тому же первый стержень пропущен через первую прорезь, четвертый стержень пропущен через четвертую прорезь, при этом первый стержень другим концом соединен с одним из концов первого шатуна с возможностью вращения, четвертый стержень другим концом соединен с одним из концов четвертого шатуна с возможностью вращения, другой конец первого шатуна присоединен к первой шатунной шейке, другой конец четвертого шатуна присоединен ко второй шатунной шейке, первая шатунная шейка установлена на элементе вращения со стороны первой поверхности, а вторая шатунная шейка установлена на элементе вращения со стороны второй поверхности, первая шатунная шейка и вторая шатунная шейка расположены с противоположных сторон от оси вращения, отличающийся тем, что в него введены второй цилиндр, третий цилиндр, третий поршень, четвертый поршень, пятый поршень, шестой поршень, второй шток, третий шток, второй стержень, третий стержень, второй шатун и третий шатун, причем второй цилиндр выполнен со второй полостью, третьим днищем и четвертым днищем, третий цилиндр выполнен с третьей полостью, пятым днищем и шестым днищем, к тому же во втором цилиндре выполнена вторая прорезь, расположенная вдоль оси симметрии второго цилиндра, в третьем цилиндре выполнена третья прорезь, расположенная вдоль оси симметрии третьего цилиндра, при этом во второй полости установлены третий поршень и четвертый поршень, в третьей полости установлены пятый поршень и шестой поршень, к тому же второй шток одним концом соединен с третьим поршнем, а другим концом - с четвертым поршнем, третий шток одним концом соединен с пятым поршнем, а другим концом - с шестым поршнем, при этом второй стержень присоединен одним концом к средней части второго штока, третий стержень присоединен одним концом к средней части третьего штока, причем второй стержень пропущен через вторую прорезь, третий стержень пропущен через третью прорезь, при этом второй стержень другим концом соединен с одним из концов второго шатуна с возможностью вращения, третий стержень другим концом соединен с одним из концов третьего шатуна с возможностью вращения, к тому же другой конец второго шатуна присоединен к первой шатунной шейке, другой конец третьего шатуна присоединен ко второй шатунной шейке, первый цилиндр и второй цилиндр расположены оппозитно, третий цилиндр и четвертый цилиндр расположены оппозитно.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежом, где схематично показано устройство двигателя внутреннего сгорания.
Раскрытие полезной модели
На фигуре обозначены: первое днище 1, первый поршень 2, первый шток 3, первый стержень 4, первая прорезь 5, первая полость 6, второй поршень 7, первый цилиндр 8, второе днище 9, первый шатун 10, первая шатунная шейка 11, элемент вращения 12, первая опора 13, первая поверхность 14, второй шатун 15, третье днище 16, третий поршень 17, второй шток 18, второй стержень 19, вторая прорезь 20, вторая полость 21, четвертый поршень 22, второй цилиндр 23, четвертое днище 24, пятое днище 25, пятый поршень 26, третья полость 27, третий шток 28, третий стержень 29, третья прорезь 30, шестой поршень 31, третий цилиндр 32, шестое днище 33, третий шатун 34, вторая шатунная шейка 35, вторая опора 36, вторая поверхность 37, четвертый шатун 38, седьмое днище 39, седьмой поршень 40, четвертый шток 41, четвертая полость 42, четвертый стержень 43, четвертая прорезь 44, восьмой поршень 45, четвертый цилиндр 46, восьмое днище 47.
Основными элементами двигателя внутреннего сгорания (далее иногда именуемого - двигатель или устройство) являются первый цилиндр 8, второй цилиндр 23, третий цилиндр 32, четвертый цилиндр 46, первый поршень 2, второй поршень 7, третий поршень 17, четвертый поршень 22, пятый поршень 26, шестой поршень 31, седьмой поршень 40, восьмой поршень 45, первый шатун 10, второй шатун 15, третий шатун 34, четвертый шатун 38, первая шатунная шейка 11, вторая шатунная шейка 35 и элемент вращения 12.
Первый цилиндр 8, второй цилиндр 23, третий цилиндр 32 и четвертый цилиндр 46 (далее иногда именуемые совместно цилиндрами) выполнены каждый в виде полого прямого кругового цилиндра. Первый поршень 2, второй поршень 7, третий поршень 17, четвертый поршень 22, пятый поршень 26, шестой поршень 31, седьмой поршень 40 и восьмой поршень 45 (далее иногда именуемые совместно-поршнями) выполнены каждый в виде прямого кругового цилиндра. При этом диаметр поршней выполнен с обеспечением возможности их размещения внутри цилиндров. Высота каждого поршня выполнена меньшей, чем высота соответствующего цилиндра.
Первый шток 3, второй шток 18, третий шток 28 и четвертый шток 41 выполнены в виде стержня, т.е. элемента, один из размеров которого в несколько раз больше других его размеров. Первый шток 3, второй шток 18, третий шток 28 и четвертый шток 41 выполнены с обеспечением необходимой прочности для восприятия эксплуатационных нагрузок. В частном случае первый шток 3, второй шток 18, третий шток 28 и четвертый шток 41 выполнены из металла.
Первый стержень 4, второй стержень 19, третий стержень 29 и четвертый стержень 43 выполнены в виде продолговатого элемента, один из размеров которого больше, чем другие его размеры. Первый стержень 4, второй стержень 19, третий стержень 29 и четвертый стержень 43 выполнены с обеспечением необходимой прочности для восприятия эксплуатационных нагрузок, в частном случае из металла.
Первый цилиндр 8 выполнен полым с образованием первой полости 6. Первый цилиндр 8 с противоположных торцов ограничен первым днищем 1 и вторым днищем 9. В первом цилиндре 8 выполнена первая прорезь 5. Первая прорезь 5 расположена вдоль оси первого цилиндра 8. В первой полости 6 расположены первый поршень 2 и второй поршень 7. Первый поршень 2 расположен со стороны первого днища 1. Второй поршень 7 расположен со стороны второго днища 9. Первый поршень 7 соединен со вторым поршнем 9 посредством первого штока 3. Первый стержень 4 присоединен одним своим концом к средней части первого штока 3. При этом первый стержень 4 выведен противоположным концом наружу первого цилиндра 8 через первую прорезь 5.
Второй цилиндр 23 выполнен полым с образованием второй полости 21. Второй цилиндр 23 ограничен с противоположных торцов третьим днищем 16 и четвертым днищем 24. Во втором цилиндре 23 выполнена вторая прорезь 20. Вторая прорезь 20 расположена вдоль оси второго цилиндра 23. Во второй полости 21 расположены третий поршень 17 и четвертый поршень 22. Третий поршень 17 расположен со стороны третьего днища 16. Четвертый поршень 22 расположен со стороны четвертого днища 24. Третий поршень 17 и четвертый поршень 22 соединены посредством второго штока 18. Второй стержень 19 присоединен одним своим концом к средней части второго штока 18. при этом противоположный конец второго стержня 19 выведен наружу второго цилиндра 23 через вторую прорезь 20.
Третий цилиндр 32 выполнен полым с образованием третьей полости 27. Третий цилиндр 32 ограничен с противоположных торцов пятым днищем 25 и шестым днищем 33. В третьем цилиндре 32 выполнена третья прорезь 30. Третья прорезь 30 расположена вдоль оси третьего цилиндра 32. В третьей полости 27 установлены пятый поршень 26 и шестой поршень 31. Пятый поршень 26 расположен со стороны пятого днища 25. Шестой поршень 31 расположен со стороны шестого днища 33. Пятый поршень 26 и шестой поршень 31 соединены посредством третьего штока 28. Третий стержень 29 присоединен одним своим концом к средней части третьего штока 28. При этом другой конец третьего стержня 29 выведен наружу третьего цилиндра 32 через третью прорезь 30.
Четвертый цилиндр 46 выполнен полым с образованием четвертой полости 42. Четвертый цилиндр 46 ограничен с противоположных торцов седьмым днищем 39 и восьмым днищем 47. В четвертом цилиндре 16 выполнена четвертая прорезь 44. Четвертая прорезь 44 расположена вдоль оси четвертого цилиндра 46. В четвертой полости 42 установлены седьмой поршень 40 и восьмой поршень 45. Седьмой поршень 40 расположен со стороны седьмого днища 39. Восьмой поршень 45 расположен со стороны восьмого днища 47. Седьмой поршень 40 и восьмой поршень 45 соединены посредством четвертого штока 41. Четвертый стержень 43 присоединен одним своим концом к средней части четвертого штока 41. При этом другой конец четвертого стержня 43 выведен наружу четвертого цилиндра 46 через четвертую прорезь 44.
Первая опора 13 и вторая опора 36 представляют собой средства крепления элемента вращения 12, выполненные с обеспечением поворота элемента вращения 12 относительно оси вращения, например, в виде подшипников. Первая опора 13 и вторая опора 36 установлены на основании, обеспечивающем фиксированное положение первой опоры 13 относительно второй опоры 36. При этом в качестве основания может выступать корпус, станина или кожух.
Ось вращения представляет собой воображаемую ось, проходящую через первую опору 13 и вторую опору 36. Для коленчатого вала, например, в качестве оси вращения выступает ось самого коленчатого вала, вокруг которого совершают вращение все колена коленчатого вала.
Элемент вращения 12 представляет собой составную часть кривошипно-шатунного механизма. Элемент вращения 12 предназначен для образования «плеча» (расстояния от оси вращения) до точки восприятия возвратно-поступательного движения шатунов и обеспечения дальнейшего преобразования этого движения во вращательное. Элемент вращения 12 установлен с обеспечением его вращения относительно оси вращения. Элемент вращения 12 расположен соосно оси вращения. При этом элемент вращения 12 может быть установлен на оси вращения как непосредственно, так и посредством дополнительных элементов. Элемент вращения 12 в частном случае выполнен в виде колеса с первой поверхностью 14 и второй поверхностью 37, расположенными параллельно друг другу и перпендикулярно оси вращения. В частном случае в качестве первой поверхности 14 и второй поверхности 37 могут выступать щеки коленчатого вала. Со стороны первой поверхности 14 установлена первая шатунная шейка 11. Со стороны второй поверхности 37 установлена вторая шатунная шейка 35. При этом первая шатунная шейка 11 и вторая шатунная шейка 35 расположены симметрично по отношению к оси вращения. В частном случае в качестве элемента вращения 12 может быть применен коленчатый вал или маховик.
Первый шатун 10, второй шатун 15, третий шатун 34 и четвертый шатун 38 выполнены каждый в виде продолговатого элемента, один из размеров которого выполнен большим, чем другие его размеры. Первый шатун 10 одним своим концом присоединен к первому стержню 4 со стороны его конца, противоположного соединению с первым штоком 3. Другой конец первого шатуна 10 соединен с первой шатунной шейкой 11. Второй шатун 15 одним своим концом присоединен к концу второго стержня 19, противоположному его соединению со вторым штоком 18. Другой конец второго шатуна 15 присоединен к первой шатунной шейке 11. Третий шатун 34 одним своим концом присоединен к концу третьего стержня 29, противоположному его соединению с третьим штоком 28. Другой конец третьего шатуна 34 присоединен ко второй шатунной шейке 35. Четвертый шатун 38 присоединен одним своим концом к концу четвертого стержня 43, противоположному его соединению с четвертым штоком 41. Другой конец четвертого шатуна 38 присоединен ко второй шатунной шейке 35. При этом соединение первого шатуна 10 с первой шатунной шейкой 11 и второго шатуна 15 с первой шатунной шейкой 11, третьего шатуна 34 со второй шатунной шейкой 35 и четвертого шатуна 38 со второй шатунной шейкой 35 выполнены с обеспечением возможности их вращательного движения относительно друг друга.
Первый цилиндр 8 и второй цилиндр 23 расположены с противоположных сторон от оси вращения, т.е. оппозитно по отношению друг к другу. Третий цилиндр 32 и четвертый цилиндр 46 расположены с противоположных сторон от оси вращения, т.е. оппозитно по отношению друг к другу. Согласно определению, приведенному в Словаре иностранных слов русского языка на сайте dic.academic.ru/dic.nsf/dic_fwords/46694/оппозитный, дата обращения 12.04.2021 г. оппозитный двигатель - поршневой двигатель внутреннего сгорания с одним коленчатым валом, у которого цилиндры расположены по разным сторонам вала и повернуты один относительно другого на 180°. В случае увеличения количества цилиндров в устройстве, установку цилиндров, подсоединенных к одной шатунной шейке (первой шатунной шейке 11 или второй шатунной шейке 35), производят с равным угловым смещением относительно друг друга. Например, в случае установки трех цилиндров, подсоединяемых к первой шатунной шейке 11 и трех цилиндров, подсоединяемых ко второй шатунной шейке 35, установку производят с угловым смещением в 120° по отношению к соседним цилиндрам. При этом первый цилиндр 8 и четвертый цилиндр 46 расположены по одну сторону от оси вращения, т.е. в одном ряду цилиндров. Второй цилиндр 23 с третьим цилиндром 32 расположены по одну сторону от оси вращения, т.е. в одном ряду цилиндров. Установка цилиндров выполнена с обеспечением возможности сбалансированной работы двигателя в целом, без возникновения нежелательной вибрации и разбалансировки.
Устройство дополнительно снабжено системой зажигания, пусковой системой, системой выпуска отработавших газов, системой подачи топлива, системой охлаждения и системой смазки. При этом указанные системы выполнены обычным образом для данной области техники.
Система зажигания (согласно определению, приведенному на сайте http://ru.wikipedia.org/wiki/Система_зажигания, дата обращения 08.04.2021 г.) это совокупность всех приборов и устройств, обеспечивающих появление электрической искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания в нужный момент. В частном случае, часть системы зажигания, непосредственно выдающая искру, расположена в первом цилиндре 8 со стороны первого днища 1 и со стороны второго днища 9, во втором цилиндре 23 со стороны третьего днища 16 и со стороны четвертого днища 24, в третьем цилиндре 32 со стороны пятого днища 25 и со стороны шестого днища 33, в четвертом цилиндре 46 со стороны седьмого днища 39 и со стороны восьмого днища 47.
Пусковая система двигателя (согласно определению, приведенному на сайте http://ru.wikipedia.org/wiki/Пусковая_система_двигателя_внутреннего_сгорания, дата обращения 08.04.2021 г.) представляет собой внешний источник энергии, обеспечивающий создание вращающего момента при включении двигателя внутреннего сгорания. В частном случае в качестве пусковой системы двигателя может быть использован специальный электромотор (стартер), подключенный к аккумулятору. Применение этой системы объясняется тем, что для запуска рабочего цикла двигателя необходимо, чтобы элемент вращения 12 (коленчатый вал) произвел хотя бы один оборот. В данном случае вал стартера соединен с элементом вращения 12.
Система выпуска отработавших газов (описанная, например, на сайте http://amastercar.ru/articles/engine_car_27.shtml, дата обращения 07.04.2021 г.) состоит из выпускных клапанов, выпускных каналов, приемной трубы глушителя. Применение этой системы обеспечивает своевременное удаление продуктов горения топливной смеси из цилиндров, а также уменьшает шум при выбросе их в атмосферу. В частном случае клапаны могут быть установлены в первом днище 1, втором днище 9, третьем днище 16, четвертом днище 24, пятом днище 25, шестом днище 33, седьмом днище 39 и восьмом днище 47.
Система подачи топлива (например, http://www.motortalk.ru/wiki/Sistema_podachi_topliva/) состоит из топливного насоса, топливного фильтра, топливопроводов, регулятора давления топлива, впускного коллектора, устройства для смешивания топлива и воздуха, воздушного фильтра и форсунок. В данном случае форсунки установлены в первом днище 1, втором днище 9, третьем днище 16, четвертом днище 24, пятом днище 25, шестом днище 33, седьмом днище 39 и восьмом днище 47. Все форсунки соединены с соответствующими топливопроводами.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализуется следующим образом.
Изготавливают первый цилиндр 8, второй цилиндр 23, третий цилиндр 32, четвертый цилиндр 46, первый поршень 2, второй поршень 7, третий поршень 17, четвертый поршень 22, пятый поршень 26, шестой поршень 31, седьмой поршень 40, восьмой поршень 45, первый шатун 10, второй шатун 15, третий шатун 34, четвертый шатун 38, первая шатунная шейка 11, вторая шатунная шейка 35 и элемент вращения 12.
Сборку двигателя производят в соответствие с приведенным выше описанием.
Цикл работы двигателя внутреннего сгорания, а в частности любого из восьми поршней, состоит из четырех тактов: впуск, сжатие, расширение, выпуск. Перед началом работы двигателя внутреннего сгорания первый поршень 2 удален на минимальное расстояние от первого днища 1. Система подачи топлива осуществляет впрыск топлива через клапан, расположенный в первом днище 1. Первый поршень 2 движется в обратную сторону от первого днища 1. Вместе с первым поршнем 2 движется первый шток 3 и первый стержень 4. Первый стержень 4 приводит в движение первый шатун 10. Первый шатун 10 передает движение элементу вращения 12. Элемент вращения 12 начинает вращаться. Процесс продолжается, пока первый поршень 2 не достигнет своей нижней мертвой точки. После этого первый поршень 2 начинает обратное движение. Первый поршень 2 осуществляет цикл сжатия.
В тот момент, когда второй поршень 7 удален на минимальное расстояние от второго днища 9, система подачи топлива осуществляет впрыск топлива через клапан, расположенный во втором днище 9. При достижении первым поршнем 2 своей верхней мертвой точки происходит поджиг топлива свечой зажигания, находящейся в первом днище 1. Одновременно, второй поршень 7 достигает своей нижней мертвой точки. Далее одновременно осуществляются два процесса: процесс расширения, производимый первым поршнем 2; процесс сжатия, производимый вторым поршнем 7. Первый поршень 2 повторно достигает своей нижней мертвой точки. Одновременно второй поршень 7 достигает своей верхней мертвой точки. В этот момент происходит поджиг топлива, свечой зажигания, находящейся во втором днище 9. Происходит процесс расширения с участием второго поршня 7. Второй поршень 7 движется в обратную сторону от второго днища 9. Одновременно происходит процесс выпуска с участием первого поршня 2. Первый поршень 2 движется в сторону к первому днищу 1. Отработанные газы удаляются через выпускной клапан, расположенный в первом днище 1. В этот момент второй поршень 7 повторно достигает своей нижней мертвой точки. Далее цикл работы первого поршня 2 и цикл работы второго поршня 7 повторяются.
За четыре такта работы двигателя внутреннего сгорания элемент вращения 12 совершает два полных оборота. Первый цилиндр 8 и второй цилиндр 23 работают в такт друг другу. При движении первого поршня 2 к первому днищу 1, одновременно происходит движение третьего поршня 17 к третьему днищу 16. При движении второго поршня 7 ко второму днищу 9 происходит движение четвертого поршня 22 к четвертому днищу 24. В третьем цилиндре 32 и четвертом цилиндре 46 происходят те же процессы, что и в первом цилиндре 8 и втором цилиндре 23, но с задержкой на пол оборота элемента вращения 12.
При этом за счет увеличения количества цилиндров происходит увеличение мощности двигателя в целом. Возможность увеличения количества цилиндров обеспечена за счет расположения цилиндров попарно оппозитно друг другу на расстоянии от оси вращения.
Таким образом, выполнение устройства с совокупностью существенных признаков, описанных в формуле, обеспечивает повышение мощности двигателя внутреннего сгорания, за счет возможности увеличения количества цилиндров, подсоединяемых к первой шатунной шейке 11 и второй шатунной шейке 35.