ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно, к устройству камеры сгорания двигателей, работающих за счет расширения газов при их сгорании.
Известный поршневой двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндра, поршня, кривошипно-шатунного механизма, преобразующего возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение моховика. Горючая смесь в таких двигателях, подготовленная в карбюраторе, может поступать в цилиндр через впускной клапан, а отработанные газы могут выбрасываться из цилиндра через выпускной клапан. (Стр.337. Физика 10 класс механика, термодинамика и молекулярная физика. Автор Анциферов Л.И.).
У известного поршневого двигателя внутреннего сгорания основными деталями являются цилиндр, крышка (головка) цилиндра, картер, поршень, шатун, коленчатый вал, впускной и выпускной клапаны. Образующиеся при сгорании газы, имеющие высокую температуру, давят на поршень и перемещают его в цилиндре. Поступательное движение поршня через шатун передается установленному в картере коленчатому валу, который преобразует его во вращательное движение. В связи с возвратно поступательным движением поршня сгорание топлива возможно только порциями. (Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Под редакцией А.С.Орлина, М.Г.Круглова. Москва "Машиностроение" 1980 год).
К.п.д. поршневого двигателя внутреннего сгорания определяется формулой , где Н приближенно равна 1,33. Т.о. увеличение отношения - приведет к возрастанию к.п.д. двигателя. На практике рабочий объем увеличивают за счет увеличения размеров двигателя или за счет увеличения давления, которое имеет рабочая смесь в верхней мертвой точке. Использованию второго метода в свою очередь препятствует детонационная стойкость горючего. Также недостатком двигателей внутреннего сгорания является незначительная площадь камеры сгорания. В таких двигателях избыток тепла необходимо отводить за счет принудительной циркуляции воды в рубашке охлаждения.
Целью настоящей полезной модели является увеличение отношения , что приведет к
повышению коэффициента полезного действия двигателя.
Указанная цель достигается тем, что в известном карбюраторном двигателе внутреннего сгорания, содержащем камеру сгорания с впускным клапаном и отверстием для выпуска отработавших газов, свечу зажигания и поршень, камера сгорания выполнена в виде тора и состоит из подвижной (внешней) и неподвижной (внутренней) частей. Между подвижной и неподвижной частями в месте их соприкосновения по периметру установлены два кольцевых шариковых подшипника. Внешняя часть при помощи спиц соединена с центральным валом. На неподвижной части камеры сгорания с внутренней стороны по радиусу выполнен выступ в форме трапеции. Высота выступа составляет 0.1, а длина 0.2 от внутреннего радиуса тора. Ширина выступа равна диаметру камеры сгорания. К боковой поверхности выступа, параллельно касательной к окружности неподвижной части камеры сгорания установлена свеча зажигания. Сверху на выступ, по радиусу установлен неподвижно цилиндр радиусом 0.2 от внутреннего радиуса тора, с клапаном впуска горючей смеси, расположенным в нижней части цилиндра. В верхней части клапана установлен шток. В верхней части штока выполнен выступ. Между выступом и верхней частью цилиндра установлена пружина. Высота цилиндра найдена, как разница между внутренним радиусом и суммой высот выступа, камеры сгорания, центрального вала и допусков для движения деталей. К боковой части цилиндра при помощи резьбового соединения прикреплен патрубок для впуска горючей смеси. На неподвижной части камеры сгорания неподвижно установлен держатель таким образом, что его верхняя часть расположена на прямой, перпендикулярной блокирующему поршню и проходящей через середину хода блокирующего поршня. Смещение точки верхней части от поршня составляет 0.5 внутреннего радиуса тора. Нижняя часть держателя соединена с внутренней частью камеры сгорания в точке образованной прямой, проходящей через верхнюю часть держателя и параллельной цилиндру. Держатель представляет собой спаренный упор. В верхней точке держателя, по центру, с возможностью вращения установлен шатун, представляющий собой спаренную штангу. На оконечности шатуна неподвижно установлены кулачки, с возможностью вхождения в зацепление с ползунами. На 0.75 длины шатуна, от кулачков, к шатуну прикреплена пружина, которая вторым концом присоединена к неподвижной части камеры сгорания параллельно блокирующему поршню. С противоположной стороны шатун с возможностью вращения прикреплен к компенсатору. В верхней части компенсатора, между двумя его составляющими выполнена перемычка, на которую установлен упор. Упор фиксирует в нижнем положении клапан цилиндра. Компенсатор в нижней части подвижно соединен с
блокирующим поршнем. Блокирующий поршень с возможностью возвратно-поступательного движения установлен в неподвижную часть камеры сгорания. Он представляет собой подвижную перегородку в нижнем положении перекрывающую камеру сгорания. В неподвижной части камеры сгорания выполнено отверстие для выпуска отработавших газов таким образом, чтобы неподвижная перегородка проходила его в тот момент, когда блокирующий поршень поднимается вверх. На это отверстие с помощью резьбового соединения установлен выпускной патрубок. К подвижной части камеры сгорания с внутренней стороны неподвижно установлена неподвижная перегородка, расположенная перпендикулярно камере сгорания таким образом, чтобы поднятый блокирующий поршень мог свободно ее пропустить. К подвижной части камеры сгорания с внешней стороны, неподвижно, прикреплены ползуны, способные входить в зацепление с кулачками в тот момент, когда неподвижная перегородка подходит к блокирующему поршню. Для соединения внешней и внутренней частей камеры сгорания неподвижная часть выполнена в виде трех частей, для удобства эксплуатации между частями установлены петли. Для крепления подвижной и неподвижной частей используется распорка, которая представляет собой штангу с резьбовой втулкой на конце. При установке распорки между частями неподвижной части камеры сгорания, при помощи втулки осуществляют их фиксацию.
На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого двигателя внутреннего сгорания. На фиг.1 прерывистой линией изображено положение частей двигателя во время, когда осуществляется пропуск неподвижной перегородки. На фиг.2 изображено сечение А. На фиг.3 изображен шатун.
Двигатель имеет камеру сгорания, состоящую из подвижной (внешней) 1 и неподвижной (внутренней) 2 частей. Фиксация неподвижной части в подвижной осуществлена за счет распорки 3. Между частями установлен кольцевой шариковый подшипник 4. Спицы 5 соединены с центральным валом 6. Неподвижная перегородка 7 установлена внутри подвижной части камеры сгорания 1. Блокирующий поршень 8 установлен на неподвижной части камеры сгорания 2 и приводится в действие шатуном 9, расположенным на держателе 10. Шатун 9 соединен с блокирующим поршнем за счет компенсатора 11. Шатун прижат в нижнее положение за счет пружины 12. С противоположной стороны от места крепления компенсатора, на шатун установлен кулачек 13. В свою очередь, на подвижной части камеры сгорания установлен спаренный ползун 14 таким образом, чтобы во время работы двигателя осуществлялся контакт между ползуном 14 и кулачком 13. На неподвижной части камера сгорания рядом с блокирующим поршнем выполнен выступ 15, предназначенный для крепления
свечи 16 и цилиндра 17. Внутри цилиндра установлен клапан впуска горючей смеси 18, через шток подпружиненный пружиной 19. К цилиндру также присоединяется впускной патрубок 20. С противоположной стороны от выступа 15 относительно блокирующего поршня, в неподвижной части выполняется отверстие и устанавливается выхлопной патрубок 21. В верхней части компенсатора, между двумя его составляющими делается перемычка, на которую устанавливается упор 22.
Двигатель работает следующим образом:
1) В начальный момент времени блокирующий поршень 8 находится в нижнем положении (закрыт), неподвижная перегородка 7 находится рядом с блокирующем поршнем. Пространство между ними заполнено горючей смесью, которая воспламеняется свечей 16. Давление, возникающее при расширении газов будет действовать на стенки камеры сгорания, а также на блокирующий поршень 8 и неподвижную перегородку 7, приводя тем самым в движение подвижную часть камеры сгорания. Подвижная часть камеры сгорания 1 проворачивается до того момента, когда неподвижная перегородка 7 подойдет к блокирующему поршню 8.
2) При подходе неподвижной перегородки 7 к блокирующему поршню 8 высвобождается отверстие выхлопного патрубка 21. В результате чего отработавшие газы под остаточным давлением начинают выходить из камеры сгорания. В этот момент кулачек 13 шатуна 9 входит в зацепление с ползуном 14, приводя в движение шатун 9. Шатун 9 через компенсатор 11, необходимый для компенсации разностей хода рычага и блокирующего поршня, воздействует на блокирующий поршень, заставляя его подниматься вверх. Блокирующий поршень 8, в свою очередь, снимает воздействие с клапана впуска горючей смеси 18, который за счет пружины 19, начинает подниматься вверх. Через некоторое время клапан впуска горючей смеси открывает отверстие впускного патрубка 20 и горючая смесь начинает поступать в полость цилиндра 17.
3) В тот момент, когда неподвижная перегородка 7 прошла выступ 15, кулачек 13 срывается из зацепления с ползуном 14, при этом шатун 9, за счет пружины 12 начинает закрывать блокирующий поршень 8 за счет воздействия на шток упора 22. Рабочая смесь, при этом, попадает из цилиндра 17 в полость образуемую стенками камеры сгорания, блокирующим поршнем 8 и неподвижной перегородкой 7. В тот момент, когда блокирующий поршень практически закрыт, на свечу 16 подается напряжение воспламенения рабочей смеси. Происходит подрыв горючей смеси.
Цикл повторяется с первого пункта.
Двигатель отличается от прототипа тем, что время, в течение которого происходит преобразование энергии газа в работу, осуществляется на протяжении 0,85 от времени одного цикла. У поршневого двигателя время рабочего хода составляет 0,25 от всего времени работы на цикле. При моделировании отношение V1/V2 получено 25 при этом коэффициент полезного действия составил 64%. При более качественном изготовлении деталей отношение V1/V2 может быть повышенно. На фигуре 1 пунктирной чертой нарисовано положение деталей, когда блокирующий поршень открыт.