BG110829A - Двигател с вътрешно горене - Google Patents

Abstract

Двигателят включва три цилиндъра, които са разположени редово в общ блок (11), като двата странични цилиндъра (1) работят като четиритактов двигател, а средният цилиндър (3), който е с по-голям диаметър, като двутактов. Газовете в четиритактовите цилиндри в края на работния им ход (ДМТ), имащи все още достатъчно налягане, т.е. неизразходвана докрай енергия, не се изпускат навън, а постъпват през клапаните (9) и каналите (10) в средния цилиндър (3), който е с по-голям диаметър. Буталото (4), движейки се към ДМТ, благодарение на по-големия диаметър доразширява газа, т.е. дообработва остатъчната енергия, като придава допълнителна мощност на вала на двигателя. Тъй като цилиндърът (3) работи като двутактов двигател, въздухът от сухия картер (12) постъпва над буталото, което, движейки се към ГМТ, го компресира през незатворените клапани (9) и канали (10) в четиритактовите цилиндри (1).

Description

Двигател c вътрешно горене ·· ·

Двигателят с вътрешно горене (ДВГ) до днес е претърпял много подобрения, но вниманието на конструкторите продължава да е насочено към основните параметри, характеризиращи двигателя,а именно - увеличаване на литровата мощност, намаляване на специфичния разход на гориво и намаляване на вредните емисии.Разбира се, постигнато е много, но в повечето случаи за сметка на непрекъснато усложняване контрола на горивния процес, т.е. въвеждане на все посложна електроника, което невинаги е благоприятно при ежедневната експлоатация от масовия потребител. Един от най-приложимите начини за повишаване на литровата мощност на ДВГ е предварителното компресиране на постъпващия въздух, чрез включване на компресор с механично задвижване (Рут, Цолер и др.), или чрез турбокомпресор.При механично задвижващи се компресори съществуват два съществени недостатъка - черпи се мощност от вала на двигателя и в края на работния ход остава и се изхвърля газ с повишено налягане, т.е. не се дообработва остатъчната енергия на газа (термичният коефициент q_t намалява).При турбокомпресора се използва остатъчната енергия на газа, но само да компресира предварително въздуха към цилиндрите на двигателя, връзка с вала обикновено не се осъществява оборотите на турбокомпресора са извънредно високи (20 000 - 30 000 и повече).При това същият не може да влезе в синхрон при рязко изменение на оборотите на двигателя, а при ниски обороти не е ефективен.Това, разбира се, може да се избегне, но с допълнително усложняване на цялата система, например включване на втора турбина.При малолитражни двигатели,обаче включването на каквито и да е външни компресори е нецелесъобразно. Като не пренебрегваме положителните качества, които има съвременния ДВГ , предлагаме едно конструктивно решение на идеята за допълнително разширение на газа от работните цилиндри, както и предварителното компресиране на постъпващия в цилиндрите въздух, изпълнено от един и същ конструктивен елемент.

Целта на изобретението е да се изпълни в общ блок комбинация на два четиритактови цилиндъра с един двутактов (разширително - нагнетателен) цилиндър, които да работят общо като трицилиндров ДВГ със смесен цикъл на работа четиритактов и двутактов. Така комплектуваният модул може да се удвои, утрои, т.е. да се получи шест- или деветцилиндров двигател. Такова конструктивно решение дава възможност в двутактовия цилиндър (с по-голям диаметър) да се доизползва налягането на газа от четиритактовите цилиндри и той ще работи като двутактов двигател, като в обратния ход ще подава въздух Към четиритактовите цилиндри, осъществявайки коефициент на напълване, по-голям от единица, т.е. ще изпълнява ролята на компресор. При това отпада необходимостта от двойката клапани,изпускателен и всмукателен, тъй като преминаването на газа и въздуха ще става през едни и същи незатварящи се през целия цикъл клапани.

• ·

Стр.2

От изнесеното дотук се вижда, че се оформя един двигател с някои предимства пред класическия ДВГ, познат с всичките му плюсове, а именно:

- възможност да се доизползва остатъчната енергия на газа след изпускането в края на работния ход, без да се включва по-сложният и по-скъп турбокомпресор

- предварително компресиране на постъпващия в цилиндрите въздух, без да се ползват познатите външни компресори - с механично задвижване или турбокомпресор

- получената допълнителна мощност се включва към вала на двигателя

- намаляване броя на клапаните - изпускателният и всмукателният се обединяват в един

- охлаждане на клапаните при преминаване на въздух при цикъла пълнене на четиритактовите цилиндри.

Така комплектуваните цилиндри (четиритактов с двутактов) дава възможност още за изсмукване на проникващи газове покрай стеблата на клапаните от сухия картер на двутактовия цилиндър.При наличие на сух картер в практиката масленият резервоар се разполага някъде извън двигателя, което създава допълнително конструктивно неудобство.В дадения случай масленият резервоар е общият картер на четиритактовите цилиндри и маслената помпа се намира там, а изтласкването на събиращото се на дъното на сухия картер масло към масления картер, става от налягането в сухия картер на двутактовия цилиндър през обратен клапан.При някои определени изисквания, особено при много големи, мощни двигатели, може да се включи изсмукваща помпа. Разбира се, конструкцията може да се опрости, като двутактовияг цилиндър заработи наистина като двутактов - в картера се образува гориво въздушната смес (горивото е с масло).Естествено, ще имаме съответно загуба на гориво през изпускателния отвор, но това ще се компенсира от другите положителни качества. За някои малолитражни двигатели, например за малки безпилотни самолети, този вариант може да се окаже подходящ.

На фиг.1 е показано едно примерно решение на предлагания ДВГ. Двигателят с вътрешно горене (ДВГ) се състои от три цилиндъра, разположени редово в общ блок 11, като двата цилиндъра 1 са с четиритактов цикъл на работа, с общ маслен картер 14 и маслена помпа 15, а средният цилиндър 3 с двутактов цикъл на работа е с по-голям диаметър и сух картер 12, изолиран от масления картер 14, с който има връзка единствено с обратния клапан 16.В цилиндъра се намират отворите за напълването му с въздух от сухия картер 6 и за изпускане на отработените газове 7.В долния край на буталото 4 се предвижда маслен канал 5,чрез който масло под налагяне, минаващо от вала през мотовилката и оста на буталото ще смазва цилиндър

3. Смазването на двутактовия цилиндър 3 ще е облекчено, защото същият ще работи при чувствително занижени налягане и температура. В главата на двигателя 8 са разположени каналите 10, които свързват чрез клапаните 9 четиритактовите цилиндри 1 с двутактовия цилиндър 3. В описанието не е указано напълването на картера на двутактовия цилиндър с атмосферен въздух, тъй като това е решено при двутактовите двигатели по различни конструктивни способи, не представлява новост в случая и не е предмет на изобретението.

Работа на двигателя - от чертежа се вижда, че имаме един трицилиндров

Стр. 3

двигател, като двата крайни цилиндъра 1 ще работят като двуцилиндров четиритактов двигател, а средният цилиндър 3 - като двутактов, т.е. газовете от четиритактовите цилиндри ще преминават през двутактовия, преди да бъдат изхвърлени от двигателя. И така, при такта изпускане на газа от левия четиритактов цилиндър (от чертежа) през отворените клапани 9 и канал 10 преминават в двутактовия цилиндър 3.Буталото 4 е с по-голям диаметър от бутало 2, в резултат на което се получава допълнителна сила върху буталото - F = (S₂ - Si) Р^, където S₂ и Si са площите на бутала 4 и 2, а Реф^е ефективното налягане на газа при разширението му в цилиндър З.След окончателното разширение на газа и изпускането му през отвор 7, следва напълването на цилиндър 3 през отвор 6 от компресирания въздух в сухия картер 12, след което при движение на буталото 4 към ГМТ през отворените клапани 9 и канал 10 се напълва левият четиритактов цилиндър 2 с повишено налягане.При движението на въздуха имаме един допълнителен благоприятен ефект - охлаждане и продухване на клапаните. Същото се повтаря и с десния четиритактов цилиндър.

Като обобщение може да се каже, че имаме съвместна работа на два двигателя - един двуцилиндров четиритактов и един едноцилиндров двутактов, които се допълват.При проектирането на двигателя може да се предвидят такива съотношения на диаметрите на цилиндри 1 и 3, така че да се получат или високи стойности Р_еф , или много ниско налягане на газа след разширение на двутактовия цилиндър.

Конструкцията е приложима за бензинов и дизелов вариант, както за двигатели с големи мощности, така и за малолитражни такива.

Claims (1)

1. Патентни претенции

   Двигател с вътрешно горене (ДВГ), характеризиращ се с това, че блок (11) се състои от три цилиндъра, от които крайните цилиндри (1) са с еднакви диаметри и имат общ маслен картер (14), където се намира маслена помпа (15), средният цилиндър (3) е с по-голям диаметър, в който се намират отвори (7) и (6), като отвор (6) има връзка със сухия картер (12), който е изолиран от картер (14), на дъното на сухия картер е монтиран обратен клапан (16),а в долния край на буталото (4) се намира масления канал (5) и в главата на двигателя (8) се намират каналите (10), които чрез клапаните (9) свързват цилиндри (1) с цилиндър (3).