Четырехтактный двигатель с регулируемыми наполнением рабочего цилиндра и степенью сжатия топливной смеси
FOUR-STROKE ENGINE WITH ADJUSTABLE FILLING OF THE POWER CYLINDER AND COMPRESSION RATIO OF THE FUEL MIXTURE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в производстве четырехтактных двигателей внутреннего сгорания.
Известен «Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия», содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра, центральную форсунку, установленную в головке, и камеру сгорания, образованную центральной и периферийной полостями при положении поршня в верхней мертвой точке при помощи кольцевых перекрывающих выступов на головке и днище поршня, отличающийся тем, что, с целью улучшения экономичности путем совершенствования процесса сгорания, центральная и периферийная полости при положении поршня в верхней мертвой точке разобщены при помощи кольцевых выступов, а камера сгорания снабжена аккумулирующей полостью, выполненной в днище поршня в форме тороидальной полости с кольцевой горловиной, размещенной под кольцевым выступом на головке и перекрываемой им при положении поршня в верхней мертвой точке.
Патент на изобретение РФ №2017991, МКИ: F02B 21/02, д.публ. 15.08.2010
Известен «Поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС)», имеющий поршень, который подвижно установлен в цилиндре и который шарнирно соединен с шатуном, движение которого передается на кривошип коленчатого вала, при этом между шатуном и кривошипом предусмотрено передаточное звено, которое выполнено с возможностью управления его движением с помощью управляющего рычага с целью обеспечить управляемое перемещение поршня, прежде всего обеспечить возможность изменения степени сжатия и хода поршня, и которое выполнено в виде поперечного рычага, который соединен с кривошипом) шарниром, который расположен в промежуточном положении на участке между опорной точкой (В), в которой поперечный рычаг соединен с шатуном, и опорной точкой, в которой поперечный рычаг соединен с управляющим рычагом, и на некотором удалении от линии, соединяющей между собой обе эти опорные точки (В, С), в которых поперечный рычаг соединен с управляющим рычагом и шатуном соответственно, отличающийся тем, что длина стороны (а), расположенной между опорной точкой (С), в которой поперечный рычаг соединен с управляющим рычагом, и опорной точкой, в которой поперечный рычаг соединен с шатуном, длина стороны (b), расположенной между опорной точкой (С), в которой поперечный рычаг соединен с управляющим рычагом, и шарниром (А), которым поперечный рычаг соединен с кривошипом, и длина стороны (с), расположенной между опорной точкой (В), в которой поперечный рычаг соединен с шатуном, и шарниром (А), которым поперечный рычаг соединен с кривошипом Четырехтактный двигатель с регулируемым наполнением рабочего цилиндра и изменением степени сжатия топливной смеси, удовлетворяют в пересчете на радиус (г) кривошипа следующим соотношениям:
4,0r≤а≤7,0 г,
2,2r≤<b≤5,5r,
1,2r≤c≤3,5r.
Патент на изобретение РФ, №2256085, МКИ: F02B 75/32, публ. 10.07.2005 г. Наиболее близким аналогом к предлагаемому в качестве изобретения является «Четырехтактный четырехцилиндровый свободно-поршневой двигатель внутреннего сгорания с переменным возвратно-поступательным ходом поршня и воспламенением от сжатия предварительно перемешанной смеси», содержащий: четыре цилиндра, конструкция которых типична для конструкции возвратно-поступательных двигателей и каждый из которых имеет два открытых конца; по меньшей мере, одну головку цилиндра, прикрепленную к указанным цилиндрам и закрывающую один из указанных открытых концов каждого указанного цилиндра; четыре поршня, каждый из которых связан с одним из указанных цилиндров и выполнен с возможностью свободного перемещения в этом цилиндре; причем два из указанных поршней соединены при помощи первого механизма с образованием первой поршневой пары с обеспечением возможности совершения совместного возвратно-поступательного перемещения, а два других из указанных поршней соединены при помощи второго механизма с образованием второй поршневой пары с обеспечением возможности совершения совместного возвратно-поступательного перемещения; средства обеспечения совместного возвратно-поступательного перемещения указанной первой поршневой пары и указанной второй поршневой пары, так что все они не имеют заранее заданной длины хода поршня и обеспечивается переменный ход и переменный коэффициент сжатия; при этом указанное совместное возвратно-поступательное перемещение второй поршневой пары выполняется либо в направлении, противоположном направлению перемещения первой поршневой пары, либо в том же направлении, в котором перемещается первая поршневая пара; средства образования предварительно перемешанной смеси, состоящей из топлива и реагента, которые содержат средства регулирования количества указанной предварительно перемешанной смеси и средства регулирования состава указанной смеси; по меньшей мере, один впускной клапан, связанный с каждым из указанных цилиндров и выполненный с возможностью регулирования поступления указанной предварительно перемешанной смеси в один из связанных с ним указанных цилиндров.
Патент на изобретение РФ №2398120, МКИ: F02B 75/32, д.публ.27.08.2010.
К техническому результату относится увеличение коэффициента полезного действия (КПД) четырехтактного двигателя с регулируемыми наполнением рабочего цилиндра и степени сжатия топливной смеси путем снабжения его механизмом, регулирующим наполнение рабочего цилиндра и степени сжатия топливной смеси.
Достижение данного технического результата обеспечивается тем, что Четырехтактный двигатель с регулируемыми наполнением рабочего цилиндра и степени сжатия топливной смеси, содержит цилиндры, каждый из которых снабжен установленным с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра поршень, головку цилиндра, в которой смонтированы всасывающий и выхлопной клапаны. Последний снабжен механическим приводом и обратным клапаном, кроме того головка цилиндра снабжена также форсункой впрыска топлива. При этом четырехтактный двигатель снабжен механизмом, регулирующим наполнение рабочего цилиндра и степень сжатия, содержащим, установленную в головке цилиндра, подвижную втулку, которая сочленяется с зубчатой рейкой. Перемещение последней в свою очередь обеспечивает при вращение втулки и ее осевое перемещение. Причем втулка через шлицы с резьбой, выполненной на ее наружной боковой поверхности, соединена с резьбой расточки, расположенной в головке цилиндра. Зубчатая рейка в свою очередь кинематически связана с рычагом управления топливным насосом высокого давления, при повороте которого в сторону увеличения мощности двигателя - объем камеры сгорания увеличивается, а сжатие пружины всасывающего клапана - уменьшается и наоборот, что соответственно вызывает изменение степени сжатия топливной смеси.
Четырехтактный двигатель с регулируемыми наполнением рабочего цилиндра и степени сжатия топливной смеси поясняется чертежом на Фиг. 1.
Фиг. 1 - Четырехтактный двигатель с регулируемыми наполнением рабочего цилиндра и степени сжатия топливной смеси (общий чертеж-схема).
Четырехтактный двигатель с регулируемыми наполнением рабочего цилиндра и степени сжатия топливной смеси, согласно фиг.1 содержит: четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, который состоит из цилиндра 1, поршня 2 и головки цилиндра 3, в которой смонтированы всасывающий клапан 4, выхлопной клапан 5 с механическим приводом 6 и обратным клапаном 7, а также форсунка впрыска топлива 8. Подвижная втулка 9 всасывающего клапана 4 на части боковой поверхности имеет шлицы 10, на наружной поверхности которых нарезана резьба. Этой резьбой втулка 9 ввернута в соответствующую резьбу расточки 19 в головке цилиндра 3. Втулка 9 сочленяется также с зубчатой рейкой 11. При перемещении зубчатой рейки 11 втулка 9 вращается вокруг своей оси, одновременно перемещаясь в осевом направлении, изменяя одновременно и объем камеры сгорания 12 и сжатие пружины 13. Кроме того, зубчатая рейка 11 кинематически связана с рычагом управления топливного насоса высокого давления (ТНВД). При повороте рычага управления ТНВД в сторону увеличения мощности двигателя объем камеры сгорания 12 увеличивается, а сжатие пружины 13 уменьшается и наоборот. Всасывающий клапан 4 через канал 14 соединен с воздушным фильтром, а выхлопной клапан 5 через канал 15 - с выхлопной системой двигателя.
2
Металлическое уплотнительное кольцо 16, выполненное в соответствии с патентом РФ №2703126, герметично на весь срок службы двигателя. Камера сгорания 12 соединяется с рабочей камерой 17 каналом 18. Пределы регулирования: давление наполнения цилиндра от 0,2 кГс/см, степень сжатия от 33 до 100.
Работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с регулируемыми наполнением рабочего цилиндра и степени сжатия следующим образом.
2
2
1. Поршень 2 движется вниз. Такт всасывания. Клапаны 4 и 5 закрыты. В надпоршневом пространстве (рабочей полости 17) создается разрежение, под действием которого приоткрывается впускной клапан 4 на величину, зависящую от сжатия пружины 13, которое в свою очередь зависит от положения рычага управления ТНВД. В зависимости от положения этого рычага в рабочей плоскости 17 создается давление воздуха от 0,2 кГс/см до 0,6 кГс/см, после чего всасывающий клапан 4 автоматически закрывается.
2. Поршень движется вверх. Такт сжатия. Клапаны 4 и 5 закрыты. При любом положении рычага управления ТНВД сжатие воздуха происходит практически до одного и того же давления, давление сгорания постоянное и максимально возможное несмотря на то, что массы рабочих зарядов различны.
2
2
3. Поршень движется вниз. Рабочий ход. Клапаны 4 и 5 закрыты. Расширение рабочих газов при полной загрузке двигателя происходит до давления 1.0 кГс/см, при частичных нагрузках - до давлений, меньших 1.0 кГс/см, но обратного хода выхлопных газов с соответствующим снижением КПД не происходит благодаря наличию обратного клапана 7. Топливный насос высокого давления (ТНВД) регулируется в соответствии с уменьшенным расходом топлива. Таким образом практически вся энергия сгоревшего топлива превращается в механическую.
4. Поршень движется вверх. Выхлоп. Клапан 4 закрыт, клапан 5 открыт. Далее процесс повторяется.
Изобретение может быть использовано как для усовершенствования существующих, так и для создания новых двигателей.