ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ АВТОМОБИЛЯ
AUTOMOTIVE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение (двигатель внутреннего сгорания автомобиля) относится к области машиностроения, в частности к механизмам и системам, служащим для преобразования тепловой энергии сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую работу.
В качестве прототипа используется устройство двигателя внутреннего сгорания автора Гладкевич О.С. (патент №2430248, зарегистрирован 27 сентября 2011 г.)
Недостатком устройства этого двигателя является ограниченный по протяженности участок впрыска топлива в цилиндры двигателя.
Задачей предлагаемого изобретения является ликвидация упомянутого недостатка, а также повышение его эксплуатационной надежности.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемой конструкции впрыск топлива осуществляется на всем протяжении работы маслоотводного устройства за счет создания камеры, где топливо накапливается и под давлением подается в цилиндры. В свою очередь за счет удлинения времени впрыска достигается более полное заполнение цилиндров топливной смесью.
Таким образом двигатель внутреннего сгорания автомобиля, содержащий цилиндропоршневую группу, систему охлаждения, питания, зажигания, пуска и смазочную систему, где цилиндрический вал, передающий крутящий момент на трансмиссию, имеет три монолитно соединенные с ним через 120° цилиндры, в цилиндрах установлены плавающие поршни, имеющие тело и головку, а цилиндры с поршнями и валом закрыты кольцевыми крышками корпуса, корпус имеет впускной патрубок с окном впуска, камеру сгорания и выпускной коллектор, в центре цилиндрического вала имеется полость, сообщающаяся с каналами смазки двигателя и масляными каналами с полостями тел поршней, при этом цилиндры вращаются с валом, поочередно совмещаясь с окном впуска, камерой сгорания, выпускным коллектором, а поршень перемещается в цилиндре под действием давления масла, подающегося из каналов смазки двигателя, а также расширяющихся газов, отличается тем, что впускной патрубок сообщается с топливной камерой, из которой топливо поступает в контактирующие с ней цилиндры на всем протяжении работы маслоотводного устройства.
Предлагаемое изобретение изображено на фиг.1 и 2, где на фиг.1 показан двигатель в разрезе и позициями обозначены:
1 - корпус двигателя
2 - цилиндрический вал
3 - сегмент цилиндрического вала
4 - поршень
5 - уплотнительные кольца
6 - цилиндр
7 - масляные каналы сегмента цилиндрического вала
8 - внутренний масляный канал цилиндрического вала
9 - маслоотводное устройство
10 - отверстия маслоотводного устройства
11 - внутренний канал маслоотводного устройства
12 - уплотнения
13 - выпускной коллектор
14 - впускной патрубок с топливной камерой
15 - свеча зажигания
16 - крышка корпуса
17 - система охлаждения
18 - барабан
19 - выпускное окно
20 - камера сгорания
А, Б, С - сегменты цилиндрического вала
На фигуре 2 показан поршень в разрезе и позициями обозначены:
5 - уплотнительные кольца
6 - цилиндр
7 - масляные каналы сегмента
21 - тело поршня
22 - головка поршня
23 - ножка поршня
24 - внутренняя полость тела поршня
25 - пружина
26 - отверстия
27 - упоры
Двигатель внутреннего сгорания (фиг.1) состоит из корпуса 1, имеющего прямоугольной формы окно на всем протяжении контакта с топливной камерой, цилиндрического вала 2, имеющего сегменты 3 (А, Б, С), цилиндров 6, поршней 4, барабана 18, впускного патрубка с топливной камерой 14, камеры сгорания 20, выпускного коллектора 13.
Цилиндрический вал 2 имеет внутренний масляный канал 8, имеющий сообщения с каналами смазки двигателя, масляными каналами 7 сегментов А, Б, С и внутренней полостью тел поршней 24 (фиг.2) через отверстия (фиг.2). В масляном канале 8 цилиндрического вала 2 (фиг.1) имеется фиксированное к корпусу двигателя маслоотводное устройство 9, в котором есть отверстия 10 и внутренний канал 11, сообщающийся с поддоном картера двигателя.
Сегменты 3 (А, Б, С) цилиндрического вала 2 имеют масляные каналы 7, а в торцевой части сегментов расположены цилиндры 6 с "плавающими" поршнями 4. Поршень 4 (фиг.1) имеет тело 21 (фиг.2) и головку 22 (фиг.2). В теле поршня 21 имеются отверстия 26 (фиг.2), сообщающиеся с внутренней полостью 24 (фиг.2) тела поршня 21. Корпус двигателя 1 (фиг.1) имеет впускной патрубок с топливной камерой 14, камеру сгорания 20 и выпускной коллектор 13 и их уплотнения 12 с барабаном 18. Вал с сегментами, цилиндрами и поршнями закрыт кольцевыми крышками 16 (фиг.1), закрепленными в корпусе болтами.
Работает двигатель внутреннего сгорания следующим образом. Первоначальное вращение цилиндрического вала 2 (фиг.1) и сегментов А, Б, С осуществляется с помощью стартера автомобиля. При совмещении цилиндра сегмента С (фиг.1) с топливной камерой 14 под высоким давлением в него впрыскивается топливо. При этом поршень 4 смещается в нижнюю часть цилиндра. Этому же способствует отсутствие давления масла в каналах 7 сегмента С, которое сливается в поддон картера через отверстия 10 маслоотводного канала 11. При этом в маслоотводном устройстве 9 можно создать отрицательное давление с помощью вакуумного насоса, что будет еще больше способствовать смещению поршня 4 сегмента С в нижнее положение и заполнению цилиндра топливной смесью.
В этот же момент поршень 4 сегмента А будет находиться в крайнем верхнем положении за счет давления на него масла, передающегося из каналов смазки двигателя во внутренний масляный канал 8 цилиндрического вала 2, а затем на масляные каналы 7 сегментов А и Б. Благодаря изогнутой в радиальном направлении головки поршня 4 и упоров 27 (фиг.2) создается необходимый объем камеры сгорания. Находясь в верхней точке, поршень 4 сегмента А осуществляет сжатие топливной смеси. Подача искры от свечи зажигания 15 в этот момент вызывает воспламенение топлива, расширение газов, которые смещают поршень 4 вниз, а соответственно и сегмент А с цилиндрическим валом 2 (соответственно суммарного вектора направления движения). Это объясняется тем, что площадь поверхности головки поршня в несколько раз превышает площадь оставшейся задней стенки цилиндра при нахождении поршня в верхней точке и, кроме того, нахождением сегмента А в полувертикальной позиции и движении его, заданным стартером. Поршень 4 сегмента Б за счет давления масла также будет находиться в верхней точке, а цилиндр 6 сегмента Б совместится с выпускным коллектором 13, за счет чего произойдет выброс отработанного топлива. Кроме того, часть газов, скапливающихся между корпусом 1 и барабаном 18, за счет вращения последнего через выпускное окно 19 будет направляться в выпускной коллектор 13. Таким образом, при работе двигателя происходит поочередное совмещение цилиндров сегментов А, Б, С с топливной камерой, камерой сгорания и выпускным коллектором. Плавность работы поршня 4 и отсутствие ударного фактора осуществляются за счет масла, находящегося под давлением в цилиндре 6, непосредственно под поршнем и пружины 25 (фиг.2), по высоте составляющей 1/3 от ножки поршня 23 (фиг.2) (для уменьшения сопротивления при впуске топлива). Тело поршня 21 (фиг.2) имеет цилиндрическую форму, внутри пустотелое. На теле поршня 21 имеется уплотнительный пояс для посадки уплотнительного кольца (колец) 5, чтобы масло не проникало в камеру сгорания и создавалась компрессия. Кроме того, в теле поршня 21 (фиг.2) имеются отверстия 26 (фиг.2) для циркуляции масла с целью охлаждения поршня.
В местах контакта цилиндров 6 сегментов А, Б, С с камерой сгорания 20 и выпускным коллектором 13 имеются уплотнения, выполненные из бронзографита. Дополнительное уплотнение боковых поверхностей осуществляется с помощью крышки корпуса 16 (фиг.1). Охлаждение двигателя осуществляется за счет циркуляции антифризов, как внутри корпуса, так и внутри тела цилиндрического вала 2, что в свою очередь уменьшает температуру масла, подаваемого к поршням, и охлаждение последних.
Для увеличения мощности предлагаемого двигателя можно изготавливать вал с шестью сегментами и цилиндропоршневыми группами таким образом, что первые три сегмента находятся на определенном расстоянии по оси вала от других трех сегментов, а последние имеют между собой угол в 120° и смещены по часовой стрелке по отношению к первой группе сегментов на 60°.
При работе предлагаемого двигателя КПД значительно выше, чем у обычных поршневых двигателей, так как потери на трение поршня автоматически переходят в кинетическую энергию вращения сегментов, а соответственно и вала.
Простота в устройстве предлагаемого двигателя, более высокий коэффициент его полезного действия, малогабаритность позволяют в значительной степени экономить материальные средства, улучшать технические параметры автомобиля.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. «Устройство автомобиля», Изд. «Форум», Москва, Стуканов В.А., 2009 г., стр.9-45.
2. «Бензиновые двигатели», Москва, Дмитриевский А.В., Тюряков А.С., 1986 г., стр.187-204.
3. «Автомобильные и тракторные двигатели», учебник для ВУЗов, Москва, Ленин И. М., 1976 г., стр.177-182.
4. «Автомобильные двигатели», Москва, Ховах М.С., 1977 г., стр.211-227, стр.366-374.
5. «Автомобильные двигатели внутреннего сгорания. Теория, расчет и конструкция двигателей внутреннего сгорания», Москва, Ховах М.С., Маслов Г.С., 1971 г., стр. 95-100, стр.111-112, стр.114-126.
6. «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», Москва, Колчин А.И., Демидов В.П., 1980 г., стр.40-60.
7. Журнал «Популярная механика», март 2010 г.