EA001983B1 - Поршневой двигатель - Google Patents

Abstract

Поршневая машина, содержащая цилиндр, который имеет, по меньшей мере, один поршень, подвижный в осевом направлении, и в верхней части которого расположены, по меньшей мере, один впускной клапан и, по меньшей мере, один выпускной клапан, при этом в стенках цилиндра между нижней и верхней точками изменения направления перемещения поршня на противоположное выполнено дополнительное впускное окно (1", 5, 5"). Воздух соответственно подается из воздушной камеры между стенкой цилиндра и нижней суженной частью поршня. Для регулировки нагрузки двигателя указанная воздушная камера может быть соединена с дополнительной воздушной камерой, соответственно имеющей регулируемый объем. Более того, двигатель может быть снабжен поворотным золотником для подачи воздуха в цилиндр. Благодаря такой конструкции могут быть достигнуты более быстрый выпуск газообразных продуктов сгорания и лучшая степень наполнения цилиндров.

Description

Настоящее изобретение относится к поршневой машине, содержащей поршень, расположенный в цилиндре с созданием рабочей камеры и, по меньшей мере, одной нагнетательной камеры, при этом цилиндр имеет, по меньшей мере, одно всасывающее окно и дополнительное впускное окно, расположенные в стенке цилиндра и соединяющие нагнетательную камеру с ресивером.

Развитие четырехтактных автомобильных двигателей в основном направлено на создание решений, способных усовершенствовать «наполнение их цилиндров». Это привело к тому, что даже в автомобильных двигателях обычного назначения чаще всего устанавливается по четыре клапана на цилиндр, а также применяются более или менее сложные системы регулирования их работы, например как в двигателях УТЕС-Е фирмы ΗΘΝΏΆ.

Кроме того, необходимость в выработке более высокой мощности привела к широкому использованию двигателей, снабженных турбонаддувом.

Оба направления развития привели к использованию все более и более сложных и дорогостоящих составных частей, что сказывается на повышении эксплуатационных и ремонтных затрат.

Однако в результате проведенных автором настоящей заявки исследований найдены решения, которые довольно просто могут не только усовершенствовать обычное наполнение воздухом четырехтактных двигателей, но также обеспечивают возможность применения в них обычного наддува.

В основном в четырехтактных двигателях подача дополнительного воздуха может быть обеспечена путем добавления определенного количества воздуха, всасываемого через обычную систему клапанов, в которой воздух подается через окна, расположенные и выполненные аналогично продувочным окнам для воздуха в двухтактном двигателе.

Благодаря такой конструкции этих окон указанный способ подачи воздуха обеспечивает возможность соответствующего воздействия на завихрение в камере сгорания при одновременном увеличении охлаждения верхних частей поршней, стенок цилиндров и клапанов.

Подача воздуха может осуществляться при окончании как завершения каждого хода всасывания, так и начала каждого хода выпуска.

Подача воздуха может также осуществляться только при завершении каждого хода всасывания.

В последнем случае путем использования, например, поворотного золотника, вращающегося с числом оборотов в минуту, составляющим 50% от числа оборотов в минуту двигателя, подача воздуха обеспечена только при завершении хода всасывания.

Независимо от того, какое из двух решений выбрано, подача воздуха должна осуществляться путем регулирования момента зажигания применительно к обычной клапанной системе двигателя.

Указанные решения могут быть реализованы в четырехтактных двигателях независимо от того, какие механизмы используются для передачи приводных сил поршней, или обычный кривошипно-шатунный механизм, или новый «механизм с двойным шатуном», разработанный автором настоящей заявки, или механизмы, обеспечивающие использование цилиндрических штоков поршней, совершающих возвратно-поступательное перемещение непосредственно на оси цилиндра, как, например, в обычных крейцкопфных двигателях, «кривошипных петлевых» двигателях, выпускаемых фирмой Е1СНТ ОшЬН & Со. КО, двигателях с «крутящимся поршнем», выпускаемых фирмой Тейса, и в двигателях с механизмом, имеющим двутавровую траверсу, разработанным автором настоящей заявки.

Машина указанного во вступлении типа известна из патентов США №3789808 и 1362080. Ни одна из этих машин не может работать только с одним цилиндром. Кроме того, эти машины имеют недостатки, обусловленные высоким потреблением энергии и большой степенью загрязнения окружающей среды.

Более того, эти машины предназначены только для автомобилей. Следовательно, они не могут функционировать как поршневые машины, в которых рабочая камера является камерой давления компрессора, без дополнительного оборудования.

Целью настоящего изобретения является создание новой поршневой машины, в которой исключены перечисленные выше недостатки и в которой возможно достижение избыточного наполнения рабочей камеры для повышения ее эффективности.

В соответствии с настоящим изобретением эта цель достигается в поршневой машине упомянутого во введении типа, отличающейся тем, что каждый ее цилиндр содержит только один поршень, который путем возвратнопоступательного движения всасывает заряд/заряды, по меньшей мере, один из которых является дополнительным вторичным зарядом к заряду/зарядам, подаваемому/подаваемым обычным всасывающим клапаном, продувочным окном и/или другой/другими системой/системами подачи, и может быть дополнением к нему/ним этого же или другого типа, подаваемым в рабочую камеру самого комбинированного рабочего и нагнетающего поршня путем продувания через указанное, по меньшей мере, одно впускное окно, выполненное в стенке цилиндра и расположенное вблизи места, в котором находится верхняя часть поршня при нахождении последнего в нижней мертвой точ ке, и по меньшей мере в месте, где оно совершенно не загорожено указанной верхней частью поршня, при этом указанное по меньшей мере одно впускное окно присоединено одним кольцевым каналом по меньшей мере, к одному предпочтительно короткому выпускному каналу, соединяющему их с мертвым пространством насоса, сжимающего дополнительный вторичный заряд, которое сведено к минимуму, а в указанном выпускном канале вблизи мертвого пространства насоса расположен обратный клапан, регулируемый по разности давлений, причем указанный ресивер соединен с выпускным каналом, а ресиверы, используемые в машине, выполнены с возможностью увеличения или уменьшения их индивидуальных объемов путем ручной регулировки.

Благодаря особому расположению впускного окна в стенке цилиндра получено особенное преимущество. Таким образом достигнуты регулируемые поршнем открытие и закрытие впускного/впускных окна/окон, задающего/задающих геометрический период открытия, который является основой для временного периода впуска, задаваемого скоростью возвратно-поступательного перемещения поршня во время его прохода мимо впускного/впускных окна/окон, причем этот временной период в сочетании с давлением заряда и сопротивлением потоку, возникающим от подачи заряда, определяет величину вторичного заряда, подаваемого в рабочую камеру в период впуска, что обуславливает предпочтительное использование нескольких впускных окон.

Для сведения к минимуму мертвого пространства можно установить минимально возможный зазор между поршнем насоса и нижней частью цилиндра насоса, что приводит к немедленному возникновению несоответственно высокого давления заряда в насосе, поданного через соответственно короткий впускной канал и удерживаемого в насосе. Нормальное всасывание через этот впускной канал и удержание заряда в насосе обеспечено благодаря использованию обратного клапана, регулируемого по разности давлений.

Особое расположение ресивера, имеющего мертвое пространство, обеспечивает возможность увеличения мертвого пространства насоса и пространства канальных соединений, проходящих к впускным окнам, до некоторого предполагаемого объема. Кроме того, заряд дожимается до давления, которое является наиболее подходящим для конкретного применения машины с определенным числом оборотов в минуту и предпочтительной нагрузкой, что обеспечивает преимущественное функционирование машины в диапазоне, лишь немного отличающемся от числа оборотов в минуту и нагрузки, с которыми она должна работать со связанным с ней ресивером, но при этом только лишь путем замены ресивера машина может работать в дру гом диапазоне чисел оборотов в минуту и нагрузок без неприемлемого увеличения потерь, вызванных дросселированием на входе, и потерь при сжатии и впуске.

Ситуацией, при которой двигатель работает с различными числами оборотов в минуту и подвергается различным нагрузкам, является его использование в качестве автомобильного двигателя, для чего подходит предлагаемая машина, имеющая указанную конструкцию, поскольку она может осуществлять вторичный заряд даже при низких числах оборотов в минуту и поскольку она автоматически регулируется в соответствии с требованиями нагрузки, которым она подвергается, то есть при повышении или понижении скорости, при передаче с повышением или понижением, или в соответствии с внешними условиями, такими как уклоны дороги, встречный или попутный ветер, а также от центробежных сил, возникающих при изменении условий вождения на поворотах дороги и при внезапных поворотах рулевого колеса, кроме того, эта машина особенно подходит для автомобильного двигателя, поскольку выполняемые действия по автоматическому регулированию предполагают поддержание соотношения в смеси между подачей топлива и воздуха, наиболее подходящего для непосредственной рабочей ситуации, одновременно способствуя более равномерному вождению, причем оба эти условия являются важными для экономии топлива и снижения загрязнения окружающей среды.

Поршневая машина, описанная в п.5 формулы изобретения, характеризуется тем, что заряд необходимо накопить и удерживать при выполнении поршнем машины путем его перемещения из верхней мертвой точки к нижней мертвой точке всасывания последующего заряда и до тех пор, пока верхняя часть поршня при его ходе не начнет открывать впускные окна, выполненные в рабочем цилиндре, и не начнет впуск заряда, предварительно сжатого в насосе, причем развитие процесса соответственно осуществляется в машине, в которой непосредственно за обратным клапаном, расположенным во всасывающем канале, и ресивером, определяющим величину давления заряда и связанным с мертвым пространством насоса, во вводном отверстии выпускного канала также вставлен обратный клапан, регулируемый по разности давлений, непосредственно перед ресивером, связанным с этим каналом, причем указанный ресивер преимущественно может быть выполнен в виде комбинированного ресивера и регулятора давления, удерживающего сжатый заряд в ресивере до тех пор, пока этот заряд путем открытия впускного/впускных окна/окон поршнем не будет введен в рабочий цилиндр поршня. Такая конструкция, несмотря на то, что она требует наличия двух обратных клапанов, имеет преимущество, заключающееся в том, что поршень, имеющий юбку большего диаметра и, кроме этого, благодаря выполнению на поршне проходящего в наружном направлении буртика, имеет нижнюю часть увеличенного диаметра, обеспечивая тем самым возможность использования более короткого шатуна с более существенным диапазоном отклонений, а также благодаря такой форме предполагается, что кольцевая нагнетательная камера изолирована от попадания в нее смазки, как это обычно происходит, что является недостатком, поскольку используемый обычный кривошипно-шатунный механизм вызывает появление не являющегося незначительным поперечного давления на поршень, а увеличенный вес поршня делает машину менее пригодной для работы с переменными числами оборотов в минуту.

В поршневой машине, описанной в п.6 формулы изобретения, используются имеющие траверсу механизмы двух различных типов. Оба указанных механизма имеют преимущество, заключающееся в том, что они обеспечивают точное возвратно-поступательное перемещение поршней на оси цилиндра, а также выполнение поршнями синусоидальных (гармонических) ходов путем равномерно выполняемых вращений, что довольно просто обеспечивает возможность полного (100%) уравновешивания всех масс, совершающих возвратно-поступательные перемещения на оси цилиндра, а для определенного количества обычно используемых цилиндров также и полное (100%) уравновешивание масс, перемещающихся перпендикулярно оси цилиндра без использования уравновешивающих механизмов. Кроме того, что важно для реализации машины, «механизм с треугольным кривошипом» снижает поперечное давление на шток поршня и поршень до величины, составляющей только 50% от давления, создаваемого кривошипно-шатунным механизмом, используемым с тем же назначением, в то время как «механизм с двутавровой траверсой» не создает поперечного давления на шток поршня и поршень, причем особенно поршень, который, будучи изолированным от внутренней полости в зоне работы диска кривошипа, не смазывается в достаточной степени смазочным средством из этой полости, должен быть освобожден от поперечного давления, что в значительной степени объясняется тем, что поршень действует подобно поршню в рабочей нагнетательной камере при тепловой нагрузке, то есть при рабочих условиях, которые в машине нейтрализуют, или добавлением смазывающего средства в заряд, всасываемый в насос для подкачки заряда, смазыванием масляным туманом на минимально осуществимую величину, который позже путем сгорания или его наличия в сжатом газе является наименее возможным загрязняющим включением, или путем совершенно простого исключения поперечного давления на поршень для полного исключения смазки, что преимущественно снижает загрязнение окружающей среды при выхлопе, или путем покрытия поршневых колец, альтернативно поршня и/или цилиндра пленкой, например пленкой из некристаллического алмаза, разработанного 8аий1а ЬаЬотаФГ1С8, которая может быть нанесена при комнатной температуре и которая является термостойкой до 800°С, не испытывает напряжений, не растрескивается и имеет твердость, соответствующую 90% твердости кристаллического алмаза, которая устойчива почти ко всем химическим препаратам и, что очень важно для использования, имеет очень низкий коэффициент трения, или путем использования легких термоустойчивых материалов для поршневых колец, альтернативно для поршней и/или цилиндров, которые имеют или могут иметь гладкие поверхности и которые выполнены, например, из керамических материалов. Такая конструкция и материалы в сочетании с автоматически регулируемыми комбинированными ресиверами и регуляторами давления обеспечивают преимущественное использование машины недостижимым до настоящего времени способом относительно развиваемого крутящего момента и выходной мощности в качестве легкого и компактного четырехтактного двигателя или одноступенчатого компрессора, в частности выполненного аналогично «двигателю с оппозитными цилиндрами» с комплектом из двух поршней на одну траверсу, расположенных на одной оси цилиндра и выступающих с обеих сторон одной траверсы, а также в качестве двигателя благодаря дополнительному вторичному заряду для исключения или ограничения необходимости использования, как это делается в последнее время, все более сложных и многочисленных клапанных конструкций с увеличенным числом клапанов в каждом цилиндре.

Предлагаемая поршневая машина может быть выполнена в соответствии с п.9 формулы изобретения. В двигателях с непосредственным впрыском топлива зарядом является атмосферный воздух, который при необходимости в смазывании изолированных частей поршня может подаваться с небольшим содержанием масляного тумана, а в двигателях с непрямой подачей топлива, осуществляемой или системой впрыска топлива, связанной с подающим каналом насоса подкачки вторичного заряда, или карбюратором, обеспечивается подача заряда в виде соответствующей смеси воздуха, топлива и масла.

Фиг. 1 схематически изображает выполнение в четырехтактном двигателе с обычным кривошипно-шатунным механизмом 17', снабженным двухступенчатым поршнем, входных окон 1', которые подающими каналами соединены с кольцевой камерой 8, выполненной под относительно короткой верхней частью поршня благодаря тому, что поршень выполнен двухступенчатым.

Камера 8 образует воздушную нагнетательную камеру, в которую через обратный кла пан 2' и подающий канал путем перемещения поршня из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ) может всасываться свежий воздух, как показано стрелкой А.

Поскольку воздушная нагнетательная камера из-за общей высоты двигателя должна иметь небольшую высоту относительно обратного перемещения поршня в НМТ, сжатый воздух под верхней частью поршня сжимается до неприемлемо высокого давления, если эта камера не соединена с ресивером 11'.

Ресивер соответственно может быть снабжен регулирующим механизмом, способным регулировать объем ресивера применительно к поступающему воздуху, благодаря чему он получает возможность регулирования давления воздуха, сжатого в воздушной нагнетательной камере.

Ресиверы такого типа могут быть выполнены, например, в виде цилиндра с поршнем, который расположен на штоке, установленном с возможностью перемещения в цилиндр и из него некоторым механизмом, и который в свою очередь установлен с возможностью уменьшения или увеличения объема, в который может поступать сжатый воздух.

Ресиверы, объем которых может регулироваться и которые могут взаимодействовать с расположенными рядом нагнетательными камерами, например, в рядных двигателях, выполнены в виде одного цилиндра с одним проходящим насквозь поршневым штоком, который проходит через разделительные стенки с сальниковыми устройствами и на котором расположены поршневые диски, по одному в каждой камере, на которые разделительные стенки разделяют цилиндр. Каждая камера в цилиндре присоединена каналом к своей соответствующей взаимодействующей нагнетательной камере.

Соединительный канал, как очевидно, расположен на одном конце соответствующих камер, в которых не проходит поршень независимо от регулирования последнего.

На другом конце камеры обеспечена возможность проникновения свежего воздуха через сквозные отверстия в стенке цилиндра и его выхода, так что воздух не может быть сжат, что в противном случае препятствовало бы перемещению поршней путем регулирования в направлении к этому концу камеры ресивера.

Ресивер последнего типа показан на фиг. 4, пояснения к которой приведены ниже.

Двигатели с несколькими цилиндрами также могут иметь воздушные нагнетательные камеры, соединенные с ресивером, общим для всех камер, например, первого указанного типа с регулируемым объемом, или с ресивером достаточно большого постоянного объема.

Однако общим для ресиверов с регулируемым объемом, с регулирующими программно управляемыми механизмами с датчиками, реги стрирующими мгновенное число оборотов в минуту и нагрузку двигателей в сочетании с одновременным разгоном двигателей, является то, что они придают двигателю более медленное создание тяги и экономичность в работе при одновременном лучшем поддержании соотношения воздуха и топлива с обеспечением тем самым наибольшего соответствия топливной смеси требованию полного сгорания топлива, обеспечивая тем самым меньшее загрязнение окружающей среды при выпуске выпускных газов.

Четырехтактный двигатель, показанный на фиг. 1, относится к типу двигателя, в котором поступление добавочного воздуха осуществляется в конце каждого хода впуска и в начале каждого хода выпуска. Если такой двигатель снабжен поворотным золотником, таким как показанный поворотный золотник 3, расположенный в том же положении на фиг. 8 и вращающийся с тем же числом оборотов в минуту, что и кривошипный механизм двигателя, возможно, что или путем придания поворотному золотнику постоянного отклонения, или путем обеспечения этого золотника поворотным или отклоняющим механизмом, или механически от узлов, работающих на центробежном эффекте, или программным управлением, которое в зависимости от мгновенного числа оборотов в минуту двигателя обеспечивает «замедление» подачи дополнительного воздуха и ее осуществление в наиболее подходящее время по отношению к закрытию впускного клапана и открытию выпускного клапана, что объем подаваемого дополнительного воздуха оптимально используется соответственно для заряда или охлаждения.

На фиг. 2, аналогичной фиг. 1, показан двигатель с обычным кривошипно-шатунным механизмом, снабженным двухступенчатым поршнем. Составные части, образующие часть двигателя, на этом чертеже имеют те же номера позиций, как и на фиг. 1 .

Если золотник 3 приводится во вращение с числом оборотов в минуту, составляющим 50% от числа оборотов в минуту кривошипного механизма двигателя, и его открытие начинается в конце хода впуска, в двигатель может регулярно подаваться вторичный заряд. При этом очевидно, что поворотный золотник может иметь аналогичный механизм «отклонения» или «поворота».

Поскольку впуск воздуха осуществляется в проходе обратного клапана 2', это всасывание в основном происходит только во время хода сжатия, так как всасываемый во время этого хода воздух охлаждает юбку поршня, стенки цилиндра и так далее, и, следовательно, сам нагревается, что и далее имеет место во время последующих рабочего и выпускного ходов и во время хода впуска, когда воздух окончательно сжимается перед его подачей через впускное окно 1 в конце этого хода.

Фиг. 3 изображает четырехтактный двигатель с «механизмом 50+50 с двойным шатуном», описанным в заявке на патент Дании №1278/96, датой приоритета которой является 13 ноября 1996г.

Так как «механизм с двойным шатуном» вызывает снижение поперечного давления на поршень 1 одновременно с возникновением точно на оси поршня поглощения и передачи производимых приводных сил и возникающих сил инерции на палец 102 поршня, что привело к выполнению двухступенчатого поршня с полым цилиндрическим штоком, закрепленным, возможно приваренным в поршне и на конце имеющим соединительный элемент, в который входит палец поршня.

По сравнению с двигателем, изображенным на фиг. 2, двигатель, показанный на фиг. 3, дополнительно снабжен обратным клапаном 2 и дополнительным ресивером 10', который может иметь постоянный или регулируемый объем, и, как очевидно, кроме этого каналы для подачи и выпуска.

Благодаря этому дополнению достигается проталкивание объема воздуха, втянутого во время хода сжатия, для передачи через клапан 2 в ресивер 10' путем последующего сжатия во время рабочего хода, так как давление в ресивере при предыдущем выпуске дополнительного свежего воздуха было понижено до более низкого значения. На последующем ходе выпуска в зависимости от относительных мгновенных объемов ресивера может быть втянуто дополнительное количество воздуха и сжато во время хода впуска, а также, следовательно, может быть до некоторой степени дополнено количество воздуха, уже имеющееся в ресивере 10' во время развития процесса, а путем одновременного увеличения давления в ресивере может быть обеспечено увеличение количества дополнительного заряда воздуха для камеры сгорания.

В двигателях, снабженных поворотными золотниками, обеспечено отсутствие соединения накоротко камеры сгорания и нагнетательной камеры независимо от малой высоты поршня, а также эти камеры могут взаимодействовать с обратными клапанами, вставленными в подающие каналы ресиверов, в которых на промежуточном этапе хранится свежий воздух, с обеспечением отсутствия несвоевременного выпуска из этих камер.

В двигателях, снабженных поворотными золотниками, впускные окна могут быть выполнены высоко или могут быть расположены выше уровня верхней части поршня при его изменении направления перемещения на противоположное в НМТ, потому что они расположены вблизи внешней цилиндрической стороны поворотного золотника и, следовательно, когда они закрыты этим золотником, только на такую небольшую величину увеличивают объем камеры сгорания и нагнетания, что их наличие является несущественным для уменьшения эффективной длины хода, и поэтому они открыты и удерживаются открытыми, только когда необходим впуск дополнительного воздуха.

Из-за взаимодействия впускных окон с поворотными золотниками двигатели, снабженные этими золотниками, могут иметь только количество окон, равное количеству золотников, так что обычно имеется одно такое окно.

Двигатели, не имеющие поворотных золотников, могут иметь более простую конструкцию, но при этом впускные окна должны быть выполнены ниже, поскольку они уменьшают эффективную длину хода в камере сгорания, а вместе с объемом их подающих каналов до еще более высокой степени снижают величину сжатия, которая может быть получена в нагнетательной камере.

Последний недостаток не является важным, поскольку он может быть нейтрализован снижением объема используемых ресиверов, а предыдущий недостаток может быть нейтрализован уменьшением на некоторую величину общей высоты двигателя, которое может быть перекрыто увеличением количества впускных окон, что возможно в двигателях, не имеющих поворотных золотников.

Как и двухтактные двигатели, имеющие продувочные окна, четырехтактные двигатели с впускными каналами должны иметь поршневые кольца, закрепленные с предотвращением поворота в своих кольцевых выемках, так что они тем самым своими краями взаимодействуют с отверстиями окон.

Разделение стенки цилиндра по окружности отверстиями окон должно быть выполнено так, чтобы примерно 25% поверхности стенки было равномерно распределено для удержания поршневых колец.

Независимо от типа ресивера, связанного с нагнетательной камерой для регулирования давления сжатия, при необходимости на входе в нагнетательную камеру двигателя может быть вставлен дроссельный клапан, так что может осуществляться дополнительное регулирование количества всасываемого воздуха и, следовательно, давления сжатия.

Фиг. 4 близко к реальности иллюстрирует подачу свежего воздуха в начале хода выпуска в четырехтактный двигатель с собственным устройством нагнетания, но без поворотного золотника, и подачу дополнительного свежего воздуха на завершении или окончании хода впуска через низкие впускные окна, расположенные непосредственно над верхней частью поршня при изменении направления его перемещения на противоположное в НМТ.

Двигатель, изображенный на фиг. 4, сравним с двигателем, который показан на фиг. 5 и который в отсутствие впускных окон работает как обычный четырехтактный двигатель.

Эти двигатели для сравнения показаны в одинаковом масштабе, и они имеют поршни одного диаметра и ход одной длины (квадратичные двигатели). Механизмы преобразования силы в этих двигателях являются идентичными и выполнены в виде механизма с двутавровой траверсой, описанного в заявке на патент Дании №1269/96, поданной 12 ноября 1996 года автором настоящей заявки.

Номера позиций составных частей на фиг.4 аналогичны номерам позиций на фиг. 5 указанной заявки №1269/96 без учета номеров позиций, относящихся к составным частям, добавленным на фиг. 4 для пояснения их роли в осуществлении подачи воздуха в дополнение к той подаче, которая может осуществляться путем впуска через клапанное устройство, обычное для четырехтактных двигателей.

По сравнению с указанной фиг. 5 дополнительными являются впускные окна 5+5' и 5 и связанные с ними подающие каналы 6+6' и 6, соединяющие их с весьма небольшим пространством, которое остается в нагнетательной камере при изменении поршнем направления своего перемещения на противоположное в НМТ. Это пространство вместе с подающими каналами через узкое вертикальное соединение 7 соединено с активным концом кольцевой камеры, которая, как видно на разрезе в верхней части фиг. 4, образуется, когда в цилиндрическом трубчатом корпусе, проходящем мимо нескольких камер сгорания, на его центральной оси вставлен предпочтительно цилиндрический работающий на растяжение шток 9, установленный с возможностью регулируемого осевого перемещения посредством регулирующего механизма, например, гидравлического цилиндра, и тем самым перемещения поршней 8, которые по одному расположены в каждой зоне регулирования и которые прикреплены к указанному штоку, причем этот шток проходит в концах трубчатого корпуса через крышки, а внутри этой трубы - через закрепленные разделительные стенки 10, разделяющие трубу на необходимое количество зон регулирования, по одной на каждый цилиндр, который в пассивном конце имеет отверстия 10, обеспечивающие свободный вход в него атмосферного воздуха и выход путем перемещения поршней.

Кроме того, как видно на фиг. 4, для размещения нагнетательной камеры под поршнями 1 имеется днище, которое охлаждается охлаждающей водой двигателя и в котором расположена втулка 13, образующая направляющую для штока 2, совершающего возвратнопоступательное перемещение точно по оси поршня, и одновременно посредством возможно вставленных уплотнений изолирует лежащую ниже внутреннюю полость в зоне работы шатунных дисков, показанную на чертеже.

Установка днища с уплотняющей направляющей позволяет лишь небольшому количест ву масла проникать вверх и путем попадания в камеру сгорания вызывать загрязнения, поглощаемые воздухом, сжимаемым в нагнетательной камере. В то же время хорошая изоляция от внутренней полости в зоне работы шатунных дисков и от нагнетательной камеры предотвращает проникновение продуктов сгорания в эту полость и загрязнение используемого в ней масла, которое таким образом может использоваться более длительное время, не вызывая износа работающих в этой полости составных деталей.

Уплотняющая направляющая благодаря своей относительной большой осевой длине обеспечивает еще более надежное направление возвратно-поступательного перемещения поршней по оси, так что поперечное давление на поршни, уже устраненное на практике, снижается, а путем подбора соответствующих материалов для втулок цилиндров, поршней и поршневых колец обеспечивает возможность свободного перемещения без смазки частей, опирающихся на стенки цилиндра, и, по меньшей мере, обеспечивает возможность использования менее загрязняющих смазочных веществ в небольшом количестве.

Так как двигатели, имеющие впускные окна и механизмы с двутавровой траверсой, аналогично четырехтактному двигателю, показанному на фиг. 6, преимущественно могут быть выполнены с двумя поршнями, прикрепленными своими штоками к двутавровой траверсе с каждой ее стороны и таким образом приводимыми в действие с перемещением на одной общей оси штока поршня, то они могут быть снабжены двумя направляющими и тем самым могут обеспечивать такое направление перемещения поршней, при котором они на практике совершают возвратно-поступательное перемещение точно по своей оси, при этом только их поршневые кольца прижаты к стенке цилиндра.

Четырехтактные двигатели, имеющие впускные окна с поворотными золотниками и без них, могут быть выполнены компактно независимо от их варианта выполнения. Если, например, двигатель, показанный на фиг. 8с, сравнить с двигателем, показанным на фиг. 5, видно, что у двигателя, показанного на фиг. 4, увеличилась только общая высота из-за осевой высоты днища, охлаждаемого охлаждающей водой.

При сравнении двух показанных двигателей также видно, что у двигателя, показанного на фиг. 4, шток поршня длиннее в соответствии с увеличением общей высоты, что из-за легкой конструкции штока поршня лишь незначительно увеличивает массы, совершающие возвратнопоступательное перемещение на оси штока поршня.

Для оценки величины количества воздуха, подаваемого в двигатель, как показано на фиг. 4, в качестве дополнения к воздуху для обоих двигателей, всасываемому через обычное клапанное устройство, двигатели изображались в мас штабе 1:2, и выполнялись прикидочные расчеты.

Расчеты показали, что в двигатель, показанный на фиг. 4 и выполненный в виде двигателя, работающего по циклу Отто, подается дополнительное количество воздуха, которое в зависимости от регулирования ресивера на 3,86%-18,07% больше количества воздуха, подаваемого через клапанную систему, причем в двигателе, выполненном в виде дизеля, может подаваться дополнительное количество воздуха, которое примерно на 6-12% больше количества воздуха, подаваемого через клапанную систему.

Выполненные прикидочные расчеты, названные как «четырехтактные двигатели в соответствии с исправленной фиг. 8с», приложены.

Двойное количество рабочих циклов по сравнению с четырехтактными двигателями увеличивает выходную мощность и крутящий момент, но предполагает сильное увеличение тепловой нагрузки, особенно на поршень.

Меры по преодолению этого недостатка предприняты в двухтактном двигателе фирмы СУ, в котором верхняя часть поршня имеет керамическое покрытие, впуск относительно холодного зарядного воздуха осуществляется через окна для вторичного заряда, направленные вниз, напротив верхней части поршня, поперечное давление на поршни снижено путем использования механизма преобразования силы, имеющего двутавровую траверсу, а поршневые кольца и боковые поверхности поршня покрыты некристаллическим алмазом, устойчивым к царапинам, гладким и термостойким до 800°С. Кроме того, тепло от верхней части поршня в большей степени передается «внутренней полости в зоне работы шатунных дисков», смазываемой маслом под давлением, путем ввода натрия в легкий цилиндрический шток поршня, в то время как одновременно довольно длинная юбка поршня со своей внешней стороны во время рабочего хода поршня охлаждается холодным зарядным свежим введенным воздухом, а во время хода сжатия поршня охлаждается изнутри холодным продувочным свежим введенным воздухом.

Некоторые трудности связаны с созданием мер, ведущих к ускорению процесса и позволяющих удвоить количество выпусков, которые к тому же горячее, чем в четырехтактных двигателях, но худшим является подача остатков не полностью сгоревшего смазочного масла, что имеет место в двигателях, где сжатие осуществляется посредством шатунного механизма.

Меры по преодолению этого недостатка предприняты в двухтактном двигателе фирмы СУ путем обеспечения всасывания продувочного и зарядного воздуха и его сжатия в нагнетательных камерах, отделенных от «внутренней полости в зоне работы шатунных дисков», смазываемой маслом под давлением, и путем снижения/исключения необходимости в смазыва нии благодаря освобождению поршня от поперечного давления и вместо этого покрытием некристаллическим алмазом, который без риска возникновения напряжения от деформации может быть нанесен при «комнатной температуре».

Интерес к развитию двухтактных двигателей, имеющих управление продувкой и выпуска с помощью окон, существенно сдерживали ограничения по загрязнению окружающей среды выпускными газами, действующие с 2001 года.

Фирма Рогб прекратила свои испытания после проведения испытаний двухтактного двигателя Рогб-ОгЫ1а1 с регулируемыми окнами. Фирма Тоуо1а продолжила свои испытания испытаниями бензинового двухтактного двигателя с продувочными окнами и четырьмя расположенными сверху выпускными клапанами. Фирма Мсгссбс5-Вспх продолжила свои эксперименты с двухтактным дизелем, не имеющим окон, но с двумя впускными и двумя выпускными клапанами, расположенными в верхней части. В обоих двигателях присутствовала проблема увеличения нагрузки от удвоения ходов по сравнению с четырехтактным двигателем. Кроме того, они также сложны и дороги в изготовлении, как и четырехтактные двигатели, и даже более дороги, так как для получения необходимой выходной мощности они должны быть снабжены воздушными компрессорами.

Двухтактный двигатель фирмы СУ в основном снабжен простым и недорогим регулированием окон, усовершенствованным применительно к продувке путем увеличения объема продувочного воздуха, а также усовершенствованным путем подачи продувочного воздуха, в котором отсутствует масло. Основное регулирование окон усилено таким же простым расположением окон для вторичного заряда воздуха, открытие и закрытие которых управляется несложным и недорогим поворотным золотником с простым выполнением канала, обеспечивающего доступ к этим окнам предварительно сжатого и собранного в ресивере зарядного воздуха.

Двухтактный двигатель фирмы СУ работает без дорогостоящих турбин или компрессоров, и независимо от количества цилиндров он может с помощью программного управления обеспечивать себя воздухом вторичного заряда в количестве, необходимом для мгновенного числа оборотов в минуту и нагрузки двигателя, что сводит к минимуму работу насоса.

Кроме того, работа насоса и внутренние потери на протекание сведены к минимуму благодаря тому, что двигатель имеет очень короткие и в значительной степени прямые входные и подающие каналы, в то время как внутренние потери на трение сведены к минимуму благодаря тому, что подвижные части покрыты недавно разработанными надежными «сверхскользкими» материалами (§црег-811ск ша1спа15).

Наиболее важным является то, что снижение загрязнения окружающей среды применительно к четырехтактным двигателям может быть обеспечено, как показано фирмой СМСК, Австралия, путем использования механизма преобразования силы, обеспечивающего выполнение гармонических колебаний, выполняемых благодаря перемещению поршня, в сочетании с непосредственным регулируемым впрыском топлива, что в первую очередь привело к снижению показателя СО, а кроме того, фирма СМСК установила, что клапанная система, увеличивающая «завихрение» между верхней частью поршня и головкой цилиндра, приводит к снижению показателя ИО_х.

Как отметил доктор Спенсер Соренсон, Датский Технический Университет (Όγ. 1пд. 8репсег Зогепкоп, Тесйшса1 Ишуегайу о! Эсптагк), на встрече, проведенной 28 апреля 1999 года в этом университете, это указывает на то, что в соответствии с приведенным выше снижение показателя СО может быть получено с помощью регулируемого вторичного заряда, предложенного фирмой ОУ и осуществляемого в двухтактном двигателе с гармоническим перемещением поршней и дифференциальным непосредственным впрыском топлива, что, как указывается выше, имеется в двухтактном двигателе фирмы ОУ, в то время как показатель ИО_х, который Спенсер Соренсон назвал весомым фактором в отношении загрязнения окружающей среды, не может быть улучшен таким образом.

К сожалению, автор настоящей заявки из информационных материалов, полученных им от фирмы СМСК, узнал о том, что четырехтактные двигатели этой фирмы, снабженные механизмом с треугольным кривошипом, показали возможности по получению улучшенных показателей ИО_х, описанные в сборнике №\\ъ1еиег о! СМС Кекеагсй Р1у. Ыб., том 2/98 за июль, перед упомянутой встречей в Датском Техническом Университете.

Моделирование, подтверждающее преимущество показателя ЫО_х

Предполагаемое преимущество от более низкого выброса ΝΟ_Χ, получаемого при синусоидальном перемещении поршня, свойственном двигателям фирмы 8УТесй. была подтверждена программой моделирования сжигания, разработанной Мельбурнским университетом и фирмой СМСК. Существующая программа была расширена включением турбуленции, создаваемой завихрением заряда вытеснением между поршнем и головкой цилиндра. Последующая экспериментальная работа будет проведена для представления в количественной форме влияния синусоидального перемещения поршня на выброс ИО_х.

Указанное сообщение от фирмы СМСК (с которой автор настоящей заявки находится в тесном контакте, например, главный инженер фирмы Όγ. Напк Кокепкгапх посетил его в середине апреля этого года) вносит ясность в то, что показатель ИО_х может быть снижен путем выполнения в предлагаемом автором настоящей заявки двухтактном двигателе (а также в четырехтактных двигателях) окон для вторичного заряда, направленных вниз, вставленных по касательной и возможно взаимно противоположно с обеспечением таким образом возникновения эффективного «завихрения» между верхней частью поршня и головкой цилиндра.

Продолжение разработок в тесной взаимосвязи с исследованиями может показать, что предлагаемый автором двухтактный двигатель является окончательным решением в отношении самых больших недостатков, присущих этому типу двигателей.

Claims (17)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Поршневая машина, содержащая поршень, расположенный в цилиндре с созданием рабочей камеры и, по меньшей мере, одной нагнетательной камеры, при этом цилиндр имеет, по меньшей мере, одно всасывающее окно и дополнительное впускное окно, расположенные в стенке цилиндра и соединяющие нагнетательную камеру с ресивером, отличающаяся тем, что каждый ее цилиндр содержит только один поршень, который путем возвратнопоступательного перемещения всасывает заряд/заряды, по меньшей мере, один из которых является дополнительным вторичным зарядом к заряду/зарядам, подаваемому/подаваемым обычным всасывающим клапаном, продувочным окном и/или другой/другими системой/системами подачи, и может быть дополнением к нему/ним этого же или другого типа, подаваемым в рабочую камеру самого комбинированного рабочего и нагнетающего поршня путем продувания через указанное, по меньшей мере, одно впускное окно, выполненное в стенке цилиндра и расположенное вблизи места, в котором находится верхняя часть поршня при нахождении последнего в нижней мертвой точке, и, по меньшей мере, в месте, где оно совершенно не загорожено указанной верхней частью поршня, при этом указанное, по меньшей мере, одно впускное окно присоединено одним кольцевым каналом, по меньшей мере, к одному предпочтительно короткому выпускному каналу, соединяющему их с мертвым пространством насоса, сжимающего дополнительный вторичный заряд, которое сведено к минимуму, а в указанном выпускном канале вблизи мертвого пространства насоса расположен обратный клапан, регулируемый по разности давлений, причем указанный ресивер соединен с выпускным каналом, а ресиверы, используемые в машине, выполнены с возможностью увеличения или уменьшения их индивидуальных объемов путем ручной регулировки.
2. 2. Поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что указанные ресиверы выполнены так, что объем всех ресиверов, имеющихся в многоцилиндровой машине, для ее отдельных цилиндров, имею щих одно назначение и расположенных предпочтительно на одной оси, регулируется регулировочным устройством для достижения строго одинакового объема и таким образом обеспечения возможности регулирования машины без каких-либо других действий для создания зарядного давления, достаточного для работы машины в пределах некоторого диапазона числа оборотов в минуту и нагрузки.
3. 3. Поршневая машина по п. 1 и частично по п.2, отличающаяся тем, что все ресиверы, используемые в машине, выполнены с обеспечением их соответствия потребляемой мощности машины во время ее работы путем соответствующего контроля микропроцессорами и с возможностью механического, гидравлического или пневматического автоматического увеличения или уменьшения объемного содержания путем программного управления, при этом они увеличивают мертвое пространство каждой нагнетательной камеры, что делает их комбинированными ресиверами и регуляторами давления, которые без использования какого-либо дроссельного механизма, связанного со всасывающим каналом, для ограничения заряда, протекающего в насос, могут регулировать давление заряда, повышенное насосом путем сжатия, для продвижения и впуска дополнительного вторичного заряда и таким образом также определенного количества вторичного заряда, введенного в машину для точного регулирования в наибольшем соответствии с непосредственным числом оборотов в минуту и нагрузкой, что чрезвычайно важно для снижения потерь на нагнетание, возникающих при всасывании и сжатии, а также в связи с тем, что качества регулирования машины обеспечивают ее особенную применимость при использовании с переменными числами оборотов в минуту и нагрузками.
4. 4. Поршневая машина по пп. 1, 2 и 3, отличающаяся тем, что в ней для преобразования сил используется традиционный кривошипно-шатунный механизм, а нагнетательная камера образована благодаря использованию двухступенчатого поршня, диаметр юбки которого меньше диаметра его головки, при этом головка поршня перекрывает расположенную над ней рабочую камеру и благодаря своему большему диаметру по сравнению с юбкой поршня перекрывает лежащую ниже кольцевую нагнетательную камеру, образованную благодаря разности диаметров юбки поршня и стенки цилиндра, через днище которого юбка поршня проходит вниз, совершает возвратно-поступательное перемещение в цилиндре, выполненном в соответствии с ее диаметром, и изолирует лежащую ниже внутреннюю полость в зоне работы кривошипно-шатунного механизма, причем этот вариант выполнения является простым и, благодаря использованию известных составных частей, легким в изготовлении, но из-за поперечного давления на поршень, возникающего при преобразовании сил, пониженных свойств юбки поршня из-за ее меньших размеров относительно головки поршня, относящихся к заданию отклонения и возможностям крепления шатунов соответствующей длины, и из-за увеличения веса поршня по срав нению с обычным поршнем образована машина с относительно большой общей высотой по сравнению с обычным двигателем, что в сочетании с другими недостатками предполагает использование этой машины только с умеренным равномерным числом оборотов в минуту и равномерной нагрузкой.
5. 5. Поршневая машина по пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что в ней для преобразования сил используется традиционный кривошипно-шатунный механизм, а нагнетательная камера образована благодаря использованию двухступенчатого поршня, верхняя часть которого выполнена аналогично обычному рабочему поршню, головка которого изолирует расположенную над ней рабочую камеру и который имеет вытянутую юбку, имеющую на своей нижней кромке проходящий в наружном направлении буртик, своей нижней стороной изолирующий лежащую ниже внутреннюю полость в зоне работы кривошипно-шатунного механизма машины, а своей обращенной вверх боковой кромкой изолирующий кольцевую нагнетательную камеру, которая образована между юбкой поршня и нагнетательным цилиндром и в которой поршень путем своего возвратно-поступательного перемещения сжимает поданный заряд до максимального давления заряда, которое является максимальным в момент нахождения рабочего поршня в верхней мертвой точке.
6. 6. Поршневая машина по пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что ее нагнетательная камера выполнена кольцевой и образована между коротким легким цилиндрическим поршнем, не имеющим уступов, его цилиндром, выступающим полым легким цилиндрическим штоком поршня, жестко соединенным с ним, днищем цилиндра с комбинированной уплотняющей направляющей втулкой, которая расположена в центре днища и через которую заведен шток поршня вниз в расположенную ниже внутреннюю полость в зоне работы дисков кривошипа, смазываемую маслом под давлением, и прикреплен к траверсе, проходящей перпендикулярно штоку поршня и образующей часть «механизма с треугольным кривошипом» или «механизма с двутавровой траверсой», которые являются механизмами преобразования силы и которые преобразуют возвратнопоступательное перемещение поршня во вращательное перемещение или реверсирование.
7. 7. Поршневая машина по пп.1, 2 или 5, частично по пп.5 и 6, отличающаяся тем, что используемый в ней поршень выполнен в виде двухступенчатого поршня, выполненного в соответствии с п.5, в соответствии с которым также выполнена компоновка ресиверов, но при этом она отличается от указанной машины тем, что вместо обычного кривошипношатунного механизма используется «механизм с треугольным кривошипом» или «механизм с двутавровой траверсой» в соответствии с п.6, так что недостаток, упомянутый применительно к машине по п.5 и касающийся необходимости в смазке частей поршня, расположенных отдельно над проходящим в наружном направлении буртиком, исключен для машины, используемой в качестве компрессора или четырехтактного двигателя, частично благодаря уменьшению или исключению поперечного давления на поршень, а также благодаря возможности смазывания маслом под давлением внутренней полости в зоне работы дисков кривошипа и тем самым смазывания самой нижней стенки цилиндра путем разбрасывания масла у нижней стороны поршня, что является полезным для отвода от него тепла, но приводит к невозможности использования машины в качестве двухтактного двигателя.
8. 8. Поршневая машина по пп.1-7, отличаюшаяся тем, что она выполнена в виде двухтактного или четырехтактного двигателя, который независимо от того, сжимается подаваемый вторичный заряд в нагнетательной камере с обеспечением непосредственной подачи или с необходимостью промежуточного хранения перед подачей в рабочую камеру или не сжимается, выполнен с компоновкой ресиверов в соответствии с п.5, но при этом выполнен так, что между ресивером, который соответственно выполнен в виде автоматически регулируемого комбинированного ресивера и регулятора давления, и впускным/впускными окном/окнами расположен поворотный золотник, врашение которого синхронизировано в соответствии с числом оборотов в минуту двигателя и с приведением во врашение с числом оборотов в минуту, равным указанному числу оборотов в минуту двигателя или его половине, при этом машина имеет систему каналов, соответственно проходящих по цилиндрической периферии ротора, и благодаря увеличению ее полярного угла и расположению, способна в течение периода времени, когда указанное/указанные окно/окна открыто/открыты поршнем, регулировать такой момент относительно положения поршня, когда указанные каналы открывают соединение между ресивером и впускным/впускными окном/окнами и тем самым инициирует впуск дополнительно вторичного заряда путем одновременного выпуска давления заряда, хранимого в ресивере, причем указанные впуск вторичного заряда и выпуск давления продолжаются до тех пор, пока не закроется соединение каналов или поршни не закроют указанное/указанные окно/окна при своем перемещении вверх из нижней мертвой точки.
9. 9. Поршневая машина по пп.1-8, отличаюшаяся тем, что она выполнена в виде двухтактного двигателя с компоновкой ресивера и поворотного золотника, вращение которого синхронизировано в соответствии с числом оборотов в минуту двигателя, в соответствии с п.8, при этом двигатель также имеет продувочные и выпускные окна наравне с впускным/впускными окном/окнами, которое/которые изза осуществляемого регулирования момента впуска заряда ротором без какого-либо непреднамеренного влияния на развитие процесса в двигателе выполнено/выполнены на уровне, находящемся несколько выше отверстия выпускного окна, а поворотный золотник выполнен с системой каналов с относительно большим поперечным сечением, которая непосредственно после закрытия поршнем отверстия выпускного окна при его перемещении из нижней мертвой точки внезапно открывается и быстро пере крывает впуск вторичного заряда, которому из-за очень короткого периода впуска придано необходимое для этого давление заряда, причем такое расположение обеспечивает особенно подходящую большую степень наполнения двигателя.
10. 10. Поршневая машина по пп.1-8, отличающаяся тем, что она выполнена в виде двухтактного двигателя, имеющего поворотный золотник аналогично двигателю, описанному в п. 8, но отличающегося от него тем, что он выполнен с несколькими впускными окнами, расположенными высоко в его камере сгорания и взаимно соединенными с соответственно выполненным соединительным каналом, расположенным в блоке цилиндра и/или на внешней стороне втулки цилиндра и соединяющим их с поворотным золотником, расположенным между ними и ресивером, предназначенным для промежуточного хранения заряда, при этом впускные окна выполнены так, что они направляют поданный путем впуска заряд вверх к головке цилиндра двигателя и придают этому поданному заряду соответствующую турбуленцию, а указанный впуск регулируется каналами поворотного золотника, которые синхронизированы относительно положения поршня, которые выполнены на цилиндрической периферии этого золотника и которые имеют такую ширину и глубину на своем месте размещения и прохождении, что указанный впуск имеет свойство, обеспечивающее немедленное начало впуска первой части заряда после осуществления первоначального вытекания в конце рабочего хода поршня в период времени от открытия поршнем выпускного окна до открытия им продувочного окна и продолжение с относительно ограниченным снижением давления заряда в течение всего периода продувки до тех пор, пока поршень при своем возвратно-поступательном перемещении из нижней мертвой точки не перекроет выпускное окно, после чего остаточное давление заряда внезапно выпускается в виде вторичного заряда, вызывая продувку, которая аналогично продольной продувке, является преимущественной для выпуска остаточных газов и получения максимально возможного заряда со свежим воздухом перед началом последующего сжигания заряда топлива, подаваемого путем непосредственного впрыска.
11. 11. Поршневая машина по пп.1-8, отличающаяся тем, что она выполнена в виде четырехтактного двигателя с компоновкой ресивера и поворотного золотника в соответствии с п.8, при этом вращение поворотного золотника синхронизировано в соответствии с числом оборотов в минуту, составляющим половину числа оборотов в минуту двигателя, а его ротор выполнен с одним каналом или с двумя каналами, проходящим (проходящими) по своей длине по цилиндрической периферии поворотного золотника, причем указанный золотник путем синхронизации ротора, имеющего один канал, выполнен с возможностью соответствующей подачи заряда или только в качестве охлаждающей среды после завершения рабочего хода, или только в качестве действительно дополнительного вторичного заряда после завершения хода впуска, а при более преимущест венном выполнении ротора с двумя каналами для подачи определенной части заряда, промежуточно хранящегося в ресивере, в качестве охлаждающей среды и оставшейся части заряда в качестве действительно дополнительного вторичного заряда, при этом распределение полного имеющегося заряда для двух различных назначений может устанавливаться свободно путем выполнения двух указанных каналов, предназначенных для регулирования подающих каналов, с различной протяженностью по цилиндрической периферии поворотного золотника.
12. 12. Поршневая машина по пп.1-11, отличающаяся тем, что она имеет несколько цилиндров, расположенных в ряд, и в ней могут использоваться поворотные золотники, расположенные на общем валу, на котором они поворачиваются в угловом направлении в соответствии со своей функцией, одинаково выполняемой для каждого цилиндра, так что эта функция выполняется точно относительно возвратно-поступательного перемещения поршня в каждом цилиндре, при этом указанный общий вал вращается с числом оборотов в минуту, регулируемым в соответствии с предназначенной функцией, и приводится во вращение независимо от коленчатого вала машины, который благодаря этому может иметь более высокое число оборотов в минуту или может быть снабжен центробежно регулируемым механическим, гидравлическим или электронным смещающим механизмом, способным выполнять относительный поворот между роторным валом и его ведущим колесом, причем в отношении числа оборотов в минуту машины при ее работе, то в машинах, в которых инициация и завершение впуска заряда задается только конструкцией каналов поворотного золотника, может быть обеспечено соответствующее смещение времени инициации и завершения впуска вторичного заряда, а в машинах, где поворотный золотник устанавливает только время инициации впуска, а в зависимости от вертикального расположения впускного/впускных окна/окон в рабочей камере путем его/их закрытия поршнем устанавливает время завершения впуска, может быть обеспечено изменение длительности времени впуска, что имеет большое значение для применения непосредственного впрыска топлива, что путем применения современной технологии, например, такой как технология фирмы ИСНТ, также может регулироваться для изменения времени впуска и количества подаваемого в машину топлива в зависимости от ее мгновенного числа оборотов в минуту и нагрузки во время работы.
13. 13. Поршневая машина по пп.1-3, 7-10, 12 или 8, частично по пп.5 и 6, отличающаяся тем, что она кроме своей рабочей камеры имеет две нагнетательные камеры, образованные путем взаимодействия поршня и его цилиндра в соответствии с п.5, но отличается тем, что поршень связан с механизмом преобразования силы, выполненным в виде «механизма с треугольным кривошипом» или «механизма с двутавровой траверсой» в соответствии с п.6, при этом цилиндр имеет днище с комбинированной уплотнительной направляющей втулкой, через которую про ходит шток поршня, с образованием дополнительной нагнетательной камеры кроме той, что образована у проходящего в наружном направлении буртика поршня, причем предполагается, что машина при специальном использовании двух нагнетательных камер соответственно может использоваться в качестве двухтактного двигателя или трехтактного компрессора, при этом в машине, используемой в качестве двухтактного двигателя, нагнетательная камера, расположенная под буртиком поршня, используется в качестве насоса для подкачки продувочного воздуха, а нагнетательная камера, расположенная над буртиком поршня, используется в качестве насоса для подкачки вторичного заряда, а также возможно для создания воздуха под давлением для непосредственного впрыска топлива, регулируемого воздухом под давлением (как в двигателе ОКВГГЛЬ), причем такое разделение назначения особенно удачно потому, что нагнетательная камера, расположенная под буртиком поршня, имеет объем, превышающий объем рабочей камеры самого поршня, и тем самым она может подавать соответственно большой объем продувочного воздуха, представляющего собой чистый атмосферный воздух, с обеспечением улучшенной продувки, а также имеет преимущество благодаря отсутствию увеличения выпуска через выпускное окно или выпускной клапан с содержанием топлива, с соответствующим предотвращением побочных потерь топлива, в то время как одновременно отсутствует попадание в выпускной газ не полностью сгоревшего топлива, что является существенным, поскольку двигатель имеет регулируемую систему непосредственного впрыска топлива (как, например, в двигателе ОКВГТЛЬ или ИСНТ), кроме того двигатель имеет комбинированные ресиверы и регуляторы давления для насоса для подкачки продувочного воздуха и для насоса для подкачки вторичного заряда, которые всасывают заряд через общее входное отверстие, разделяющееся на два отдельных подающих канала, каждый из которых имеет невозвратный обратный клапан, регулируемый по разности давлений, которые соответственно расположены вблизи насоса для подкачки продувочного воздуха и насоса для подкачки заряда, причем последний связан с поворотным золотником, смещающим подачу вторичного заряда в камеру сгорания двигателя после завершения выпуска из этой камеры, так что такая конструкция обеспечивает возможность автоматического регулирования двигателем во время работы выполняемой подачи продувочного воздуха и вторичного заряда воздуха при развитии процесса вместе с подачей топлива до оптимального значения для осуществления наиболее экономичной работы с минимальным загрязнением окружающей среды.
14. 14. Поршневая машина по пп.1-3, 7-10, 12 или 13, частично по пп.5 и 6, отличающаяся тем, что она выполнена в виде двухтактного двигателя в соответствии с п.13, но насос для подкачки продувочного воздуха и насос для подкачки заряда имеют каждый входное отверстие, обеспечивающее возможность отдельного различного всасывания заряда в две нагнетательные камеры, например воздуха и смазоч ной смеси, или воздуха, топлива и смазочной смеси для насоса для подкачки вторичного заряда, в то время как насос для подкачки продувочного воздуха всасывает чистый атмосферный воздух, причем это разделение может быть полезным для некоторых вариантов выполнения двигателя.
15. 15. Поршневая машина по пп.1-3, 7-10, 12, 13 или 14, частично по пп.5 и 6, отличающаяся тем, что она выполнена в виде двухтактного двигателя в соответствии с п.13 или 14, но от мертвого пространства насоса для подкачки заряда отходит, по меньшей мере, одно канальное соединение, доходящее до поршня вблизи его верхней мертвой точки и путем обхода буртика поршня, накоротко соединяющее мертвое пространство насоса для подкачки заряда и камеру насоса для подкачки продувочного воздуха, при этом предполагается, что насос для подкачки заряда спускает присутствующее в нем очень высокое давление и благодаря этому повышает свою способность быстрого инициирования нового всасывания после изменения направления перемещения поршня на противоположное в верхней мертвой точке, а также что заряд, поданный в камеру продувочного насоса, подается из насоса для подкачки заряда в продувочный насос в качестве вторичного заряда, и этот насос непосредственно в момент подачи завершает свое собственное всасывание заряда, благодаря чему одновременно достигается улучшение эффективности обоих насосов.
16. 16. Поршневая машина по пп.1-3, 7, 13 или 15, частично по пп.5 и 6, отличающаяся тем, что она выполнена в виде трехступенчатого компрессора, поршень, шток поршня и цилиндр, а также один из механизмов преобразования силы которого выполнены в соответствии с п.13, но в котором имеются три нагнетательные камеры, расположенные в машине другим образом, чем в двигателе, то есть нагнетательная камера, расположенная под буртиком поршня при его возвратно-поступательном перемещении, аналогично подающему каналу, выполненному для двигателей и имеющему запорный обратный клапан, регулируемый по разности давлений и расположенный вблизи мертвого пространства насоса, используется для всасывания и выполнения первой ступени сжатия заряда, который во время возвратно-поступательного перемещения поршня из его верхней мертвой точки выталкивается в канал, соединяющий насос первой ступени с мертвым пространством нагнетательной камеры второй ступени через обратный клапан, регулируемый по разности давлений, расположенный вблизи мертвого пространства этого насоса, при этом заряд перед подачей в нагнетательную камеру второй ступени проходит через дополнительный обратный клапан, регулируемый по разности давлений, расположенный в подающем канале вблизи мертвого пространства насоса второй ступени над верхней частью поршня, который выполняет ход всасывания для насоса второй ступени одновременно с выполнением хода сжатия насосом первой ступени, и оба эти хода завершаются при изменении направления перемещения поршня на противоположное в нижней мертвой точке, а при его возвратно-поступательном перемещении в верхнюю мертвую точку за ними следует всасывание насосом первой ступени нового заряда, в то время как насос второй ступени соответственно сжимает заряд, ранее полученный от насоса первой ступени, который выталкивается к выходу насоса через его выпускной канал, отклоняющийся от мертвого пространства насоса второй ступени и имеющий обратный клапан, регулируемый по разности давлений и расположенный вблизи мертвого пространства насоса, для передачи в ресивер, временно хранящий заряд до тех пор, пока поршень после своего последующего изменения направления перемещения на противоположное в верхней мертвой точке не начнет его всасывание в нагнетательную камеру третьей ступени, которая является кольцевой нагнетательной камерой, образованной между двухступенчатым поршнем и его цилиндром, из ресивера через невозвратный обратный клапан, регулируемый по разности давлений и расположенный вблизи мертвого пространства насоса третьей ступени, до достижения равенства давлений, и затем этот заряд передается на последующее сжатие в насосе третьей ступени, а после придания ему максимального давления выталкивается оттуда для передачи в связанную емкость более высокого давления обычным способом через невозвратный обратный клапан, регулируемый по разности давлений, с обеспечением уравнивания импульсов давления, вызванных тактами нагнетания компрессора, и одновременно благодаря его величине обеспечивает возможность меньшего изменения давления и более длительных пауз между остановом и новым пуском компрессора, эффективность нагнетания которого кроме этого может быть улучшена путем создания одного или нескольких соединяющих накоротко каналов, которые могут работать как описано в п. 15.
17. 17. Поршневая машина по пп.1-3, 6-15 или 16, отличающаяся тем, что в связи с использованием «механизма с треугольным кривошипом» или «механизма с двутавровой траверсой» она содержит легкий полый цилиндрический шток поршня для улучшения отвода тепла от поршня, подобно сильно нагретым выпускным клапанам, заполненный натрием, который плавится при относительно низкой температуре и который в жидком состоянии при возвратно-поступательном перемещении поршня и связанного с ним штока соответственно разбрасывается в разные стороны в полом штоке и тем самым выполняет функцию, для которой он предназначен.