ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Четырехтактный универсальный поршневой двигатель внутреннего сгорания. Полезная модель относится к области общего машиностроения. Технический результат работы полезной модели заключается в повышении топливной экономичности и кпд двигателя.
Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания (патент на изобретение РФ N2116509). ДВИГАТЕЛЬ-КОМПРЕССОР это изобретение предназначено для получения сжатого воздуха. Где двигатель содержит один или несколько цилиндров рядного четырехтактного двигателя конвертированных для работы в компрессорном режиме. Прототип четырехтактного универсального поршневого двигателя внутреннего сгорания приведенный на фигуре 1 может служить приводом для транспортных средств, каждый цилиндр которого может в зависимости от обстоятельств работать в компрессорном цикле, цикле две, цикле пневмодвигателя или комбинированных циклах, таким образом все цилиндры как и сам двигатель является универсальным, так как позволяет например: использовать все цилиндры две, для получения сжатого воздуха, таким образом двигатель будет работать как компрессор и может использоваться для рекуперативного торможения, данный технический результат получается путем монтажа дополнительных форсунок и клапанов в газораспределительном механизме и использование дополнительной системы подготовки и распределения сжатого воздуха.
Суть полезной модели состоит в том, чтобы четырехтактный универсальный поршневой двигатель внутреннего сгорания работал как универсальная поршневая машина, которая в зависимости от циклов может работать как:
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, (далее две). Вращение коленчатого вала за счет сгорания и последующего расширения в цилиндрах смеси топлива и воздуха за четыре такта: 1. Впуск воздуха через впускные клапана и впрыск топлива в цилиндры. 2. Сжатие рабочей смеси в цилиндре.3. Воспламенение смеси и рабочий ход поршня.4.
Выпуск отработанных газов через выпускные клапана в систему выпуска.
Пневмодвигатель. Вращать коленчатый вал при помощи порционно поданного в цилиндры сжатого воздуха.
Компрессор. Сжимать воздух в цилиндрах при вращении коленчатого вала и направлять сжатый воздух в бак для хранения, например при торможении.
Также четырехтактный универсальный поршневой двигатель внутреннего сгорания (далее четырехтактный упдвс) смогут работать на комбинированных циклах, которые позволяют повысить коэффициент полезного действия. Также следует отметить, что бесступенчатая трансмиссия транспортного средства сможет регулировать нагрузку на четырехтактный упдвс, например, при торможении и повысит кпд в целом.
Двс-пневмодвигатель,
1. Во время работы по циклу две определенное количество цилиндров будет работать по циклу пневмодвигателя.
2. Во время работы по циклу две в момент воспламенения рабочей смеси, в цилиндр будет порционно подаваться сжатый воздух, который, расширяясь, будет совершать дополнительную работу.
3. Во время работы по циклу две в момент воспламенения рабочей смеси, в цилиндр будет порционно подаваться сжатый воздух, который, расширяясь, будет совершать дополнительную работу, но при этом определенное количество цилиндров будет работать по циклу пневмодвигателя.
4. Во время работы по циклу две после выпуска горячих выхлопных газов, в горячий цилиндр по циклу пневмодвигателя подается сжатый воздух, который, нагреваясь, расширяется, создавая дополнительную работу.
Двс-пневмодвигатель-компрессор. Во время работы по циклу две в момент воспламенения рабочей смеси, в цилиндр будет порционно подаваться сжатый воздух, который, расширяясь, будет совершать дополнительную работу, но при этом определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора.
Двс-компрессор. Во время работы по циклу две определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора. Для инжекторных двигателей оснащенных прямым впрыском возможен цикл работы, когда в момент сжатия избыточного количества воздуха пневмоклапан открывается и отводит часть сжатого воздуха по пневмомагистрали, после чего пневмоклапан закрывается и только потом производится впрыск топлива, которое воспламеняется, продолжая цикл двигателя внутреннего сгорания.
Известны системы пневмозапуска, которые используются для запуска авиационных, судовых или тепловозных двигателей. Сжатый воздух через распределительную систему также подается в цилиндры. После запуска двигателя система пневмозапуска отключается и не может работать по комбинированным циклам и служит только для запуска, как альтернатива электрического запуска, которая требует громоздких аккумуляторных батарей.
Поршневые компрессоры повсеместно используются и работают за два такта. Цикл компрессора производимый за четыре такта будет описан далее.
Известны системы торможения двигателем. Самый простой способ которым пользуются водители, это снижение подачи топлива до минимума во время движения на передаче, тогда двигатель затягивает излишнее количество воздуха, который, проходя через цилиндры сжимается, и попадает в систему выпуска. На некоторых моделях автомобилей используют отключение подачи топлива при торможении двигателем.
Описание устройства полезной модели.
Четырехтактный универсальный поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий систему смазки 1, коленчатый вал 2, блок цилиндров 3, шатунно-поршневую группу (поршень 7, шатун 4), систему охлаждения 5, система выпуска отработанных газов 6, система питания (воздушный фильтр 22, топливная форсунка 9), систему зажигания (свеча 10), систему газораспределения (кулачковый вал 21, впускной клапан 12, выпускной клапан 8), систему запуска 20, систему электропитания (электрогенератор 24), систему контроля (электронный блок управления 23), отличающийся тем, что дополнительно содержит систему подготовки и распределения сжатого воздуха состоящую из пневмоклапана 11 и пневмофорсунки 17, установленных в головке блока цилиндров, системы нейтрализации 14, системы фильтрации 15, баков высокого 16 и низкого давления 19, пневмостартер 20, пневмомагистрали 13, Датчики давления и температуры 18, предохранительных перепускных и аварийных клапанов, необходимые для повышения кпд и безопасной работы, а также систему управления системой подготовки и распределения сжатого воздуха. Четырехтактный универсальный поршневой двигатель внутреннего сгорания может содержать любое количество цилиндров.
Пневмоклапан будет устанавливаться в головке блока цилиндров, и предназначен для беспрепятственного отвода сжатого в цилиндре воздуха к системе нейтрализации и фильтрации.
Проходное сечение клапана должно быть таким, чтобы не создавать затруднения даже при попадании нагара, копоти или отложении смолянистых веществ. Для более эффективного управления пневмоклапан должен иметь электромагнитный привод и открываться когда это потребуется. Возможен режим работы пневмоклапана на продувку, который может использоваться при засорении или профилактически.
Пневмофорсунка будет устанавливаться в головке блока цилиндров и предназначена для порционной подачи сжатого воздуха в цилиндры.
Для более эффективного управления пневмоклапан должен иметь электромагнитный привод.
Для простоты монтажа, обслуживания и ремонта пневмофорсунка и пневмоклапан могут быть выполнены в едином корпусе, например цилиндрическом.
Следует отметить, что после сжатия и прохождения через цилиндры воздух может иметь примеси масла, топлива, отработанных газов воды, но для более четкого изъяснения будет указываться как сжатый воздух, так как большая его часть и есть воздух. Для безопасной работы надо учитывать, что в бак накопитель могут попасть пары топлива, поэтому система подготовки и распределения сжатого воздуха должна иметь систему нейтрализации, которая сможет работать совместно с системой нейтрализации выхлопных газов снижающих вредные выбросы в атмосферу.
Система нейтрализации. Накопление паров топлива в баке низкого давления может быть взрывоопасной. Поэтому система нейтрализации должна безопасным образом нейтрализовывать пары топлива в воздушной смеси. Может производиться нейтрализация при помощи катализаторов, которая будет производиться до попадания сжатого воздуха в бак низкого давления. Для избежания перегрева, система нейтрализации может быть потключена к системе охлаждения, как и любой из элементов системы подготовки и распределения сжатого воздуха.
Система фильтрации будет препятствовать попаданию твердых и смолянистых веществ в бак низкого давления. Будет работать совместно с системой нейтрализации. Для простоты обслуживания фильтрующий элемент должен быть легко сменным. Система фильтрации сжатого воздуха, также позволит добиться высокой надежности и предотвращения преждевременного износа и поломки системы подготовки и распределения сжатого воздуха.
Бак высокого давления служит для поддержания стабильно высокого давления необходимого для впрыска сжатого воздуха в цилиндры.
Бак низкого давления служит для предварительного накопления сжатого в цилиндрах воздуха.
Бак высокого и низкого давления могут быть оборудованы клапанами аварийного сброса давления, которые будут снижать давление сжатого воздуха для обеспечения безопасности даже при разрушении баков высокого и низкого давления.
Для повышения давления сжатого воздуха при переходе из бака низкого давления в бак высокого давления используется соединенный с коленчатым валом компрессор, который может использоваться как пневмостартер в режиме пневмодвигателя.
Блок управления. Блок управления должен быть электронным (эбу). Может быть совместным с эбу инжекторных двигателей, и определяет количество сжатого воздуха поданного в цилиндры, циклы работы в зависимости от нагрузки упдвс и дает команды на работу электромагнитных приводов всех систем и позволит повысить коэффициент полезного действия, согласно действию заложенных в эбу электронно-вычислительных программ.
Схема устройства четырехтактного упдвс показана на Фигуре.1
Поршневые две бывают различных типов и конструкций, которые различаются:
По виду топлива: бензин, газ, дизель, многотопливные.
По возможности изменению фаз газораспределения.
По системе питания карбюратор инжектор.
Турбо компрессорные.
Компрессорные.
Осуществление полезной модели.
Обязательным условием работы четырехтактного упдвс является возможность прекращения подачи топлива в цилиндры при циклах компрессора, пневмодвигателя и комбинированных циклах. Легче всего это реализуется на инжекторном две, так как топливные форсунки имеют электромагнитный привод, который управляется электронным блоком управления (эбу) и реализуется только добавлением соответствующей программы в эбу. Инжекторные две могут быть дизельными бензиновыми газовыми и много топливными.
На карбюраторном две реализовать полное прекращение подачи топлива намного сложнее и может вызвать нестабильные режимы работы. На дизельном две с топливным насосом высокого давления потребуется установка перепускных клапанов которые будут отводить топливо от форсунки обратно в топливный бак и должны иметь электромагнитный привод. Турбо компрессорные и компрессорные упдвс, также могут быть реализованы на любом из типов четырехтактного упдвс.
Описание работы четырехтактного упдвс.
Циклы работы универсального инжекторного поршневого четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, где топливом служит бензин. Двигатель имеет инжекторную систему прямого впрыска топлива (прямо в цилиндр).
1.Обычный цикл работы две. При прогреве и на режимах максимальной мощности. Вращение коленчатого вала за счет сгорания и последующего расширения в цилиндрах смеси топлива и воздуха за четыре такта:
1 такт. Впуск воздуха через впускные клапана 12 и впрыск топлива (топливной форсункой 9) в цилиндры.
2 такт. Сжатие рабочей смеси в цилиндре.
3 такт. Воспламенение смеси (свеча зажигания 10) и рабочий ход поршня 7.
4 такт. Выпуск отработанных газов через выпускные клапана 8 в систему выпуска 6.
2. Компрессорный цикл может использоваться при торможении или при контролируемом спуске по наклонному дорожному покрытию. Экстренное или аварийное торможение рассматривается как самое эффективное и служит для максимально быстрой остановки автомобиля. Если имеется возможность снижать скорость транспортного средства, не влияя на безопасность движения то, при нажатии на педаль тормоза, которая имеет датчик положения связанный с электронным блоком управления 23, прекращается подача топлива. При вращении коленчатого вала 2. Воздух проходит воздушный фильтр 22 и через впускной клапан 12 попадает в цилиндр, где после закрытия впускного клапана 8 происходит сжатие. Тепло, которое выделяется в момент сжатия, отводится системой охлаждения 5. Пневмоклапан 11 открывается по команде (эбу) 23 и сжатый воздух по пневмомагистрали проходит систему нейтрализации 14 и систему фильтрации 15 и поступает в бак низкого давления 19. Пневмоклапан 11 закрывается, поршень движется в низ, создавая разряжение, и таким образом создает дополнительное тормозное усилие. Выпускной клапан8 открывается. Затягиваются отработанные газы, которые при движении поршня вверх выталкиваются обратно в систему выпуска 6. Выпускной клапан 8 закрывается, открывается впускной клапан 12 и в цилиндр затягивается новая порция воздуха. Таким образом, производится рекуперативное торможение. Энергия движущегося транспортного средства не переходит в тепло, которое образуется при трении тормозных колодок, а переходит в энергию сжатого воздуха, который может использоваться для вращения коленчатого вала.
3. Пневмодвигатель. Может использоваться при запуске упдвс или при кратковременном движении, например в пробках. Для определения направления вращения (если поршни находятся в мертвых точках) может использоваться пневмостартер 20. Подача топлива не производиться.
Путем изменения положения воздушной заслонки или, для двигателей с изменяемыми фазами газораспределения - продолжительностью открытия клапана и высотой его подъема ограничивают поступление воздуха через впускные клапана12. Минимальное количество воздуха попадает в цилиндр, где после закрытия впускных клапанов 12 производится сжатие. Воздух нагревается и в верхней мертвой точке производится впрыск через пневмофорсунку 17 сжатого воздуха, который, смещиваясь с нагретым воздухом, забирает тепло от рабочей поверхности камеры сгорания и, расширяясь, совершает работу. Выпускные клапана открываются 8, и воздух выталкивается в систему выпуска 6.
4. Двс-пневмодвигатель. Это комбинированный цикл.
4.1. Четырехтактный упдвс работает как две, но при этом в цилиндр после воспламенения смеси топлива с воздухом, порционно подается сжатый воздух, который, расширяясь под действием раскаленных газов, создает дополнительную работу, увеличивая коэффициент полезного действия четырехтактного упдвс.
4.2. Четырехтактный упдвс работает как две, но при этом определенное количество цилиндров работают по циклу пневмодвигателя.
4.3. Также возможен вариант, что после обычного цикла две в горячую камеру сгорания впрыскивается сжатый воздух, который, нагреваясь, расширяется и совершает работу, также повышая кпд.
5. Двс-компрессор. Этот комбинированный цикл может использоваться для работы с минимальной нагрузкой или ее отсутствием, например при холостых оборотах и на завершении прогрева упдвс. Определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора а остальные как две. Тепло, которое выделяется при сжатии воздуха, будет отводиться системой охлаждения,
6. Двс пневмодвигатель-компрессор. Этот комбинированной цикл также может использоваться для работы с минимальной нагрузкой или ее отсутствием. Во время работы по циклу две в момент воспламенения рабочей смеси в цилиндр будет порционно подаваться сжатый воздух, который, расширяясь, будет совершать дополнительную работу, но при этом определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора.