RU159483U1 - Двигатель внутреннего сгорания "нормас". вариант - хв - 89 - Google Patents

Abstract

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС), включающий неподвижный сборный корпус, один вал отбора мощности, отличающийся тем, что он оборудован парным количеством модулей, в каждом из первой группы которых размещена раздельная вихревая камера сгорания, составной частью которой является съемная форсунка, два клапана впуска воздуха и цилиндрической формы полость, которая образуется сопряжением узлов крепления втулок цилиндров при минимально допустимом схождении двух встречно движущихся поршней, а каждый модуль второй группы выполнен из двух прямолинейно движущихся кулис полуцилиндрической формы, снабженных парой прямолинейных прорезей, в каждой из которых перемещается ползун с центральным отверстием для свободного вращения кривошипа, причем при ограниченном возвратно-поступательном перемещении телом кулис открывается или перекрывается проходное сечение двух окон перепускных газоходов, а вот уже каждый синхронизирующий модуль третьей группы снабжен девятью одинаковыми цилиндрическими шестернями зацепления, с учетом того, что восемь условных точек на зубьях зацепления расположены на линиях двух равных по величине делительных окружностях зацепления, а расстояние от геометрических центров девяти валов до этих условных точек равно половине величины хода поршней, кстати, газоходы проходят через синхронизирующие модули, чтобы выхлопные газы затем попали в полости продолженного расширения спаренных с помощью втулки цилиндрической формы вращающих элементов роторов, которые кстати составляют пары четвертой группы, а уже между вышеперечисленными модулями кинематическая схема двигателя внутреннего сгорания об

Description

Заявленный вариант конструкции двигателя относится к области энергомашиностроения, а именно к объемным двигателям внутреннего сгорания (ДВС), а при наличии встроенной обмотки в районе движущихся частей двигателя является и источником электрической энергии т.е. - генератором, а при определенных небольших изменениях в конструкции возможен и перевод его работы в режим компрессора - устройства для создания избыточного давления рабочего тела или детандера - энергоэффективного генерирующего устройства для редукции давления рабочего тела и получения мощности на выходном валу.

Уровень техники.

Наиболее близким конструктивно и по совокупности существенных признаков к заявленному двигателю внутреннего сгорания, является ДВС, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндров с возвратно-поступательно движущимися поршнями и головку, в которой размещен один, периодически сообщающийся с цилиндрами, газораспределительный цилиндрический золотник, снабженный общей для обоих цилиндров камерой сгорания и кинематически связанный с валом отбора мощности при этом для обеспечения продолженного расширения продуктов сгорания, цилиндры выполнены разного объема, причем цилиндр меньшего объема снабжен воздуховпускными органами, а цилиндр большего объема - газовыпускными, и кривошип коленчатого вала цилиндра меньшего объема смещен в сторону опережения по ходу вращения коленчатого вала на 9-72* относительно кривошипа цилиндра большего объема (авт. свид. СССР №828780, кл. F02B 41/02, опубл. 07.04.82 г. бюллетень №13).

Недостатками выбранного прототипа, являются то, что при продолженном расширении продуктов сгорания в цилиндрах разного объема не получается наиболее направленно реализовать преимущества, которые связаны с использованием ДВС с разделенным термодинамическим циклом, а также и то, что в нем, как правило, не происходит увеличения показателей мощности без «примитивного» увеличения рабочего объема, а если и происходит, то по весьма малоэффективному пути - за счет увеличения частоты вращения вала, что в основном и является причиной увеличения удельного расхода топлива - главного показателя экономичности силовой установки, равной величине массы топлива, расходуемой на получение единицы эффективной мощности или тяги двигателя на единицу мощности, а не за счет увеличения активной площади по ходу движения выхлопных газов и значений крутящего момента как в заявленном варианте конструкции двигателя внутреннего сгорания.

Сущность получения увеличенного крутящего момента в заявленном ДВС заключается в том, что необходимое увеличение активной площади движущих элементов ДВС, воспринимающих попутное или однонаправленное давление от расширения выхлопных газов и одновременно минимизация неактивной площади газоходов заложена конструктивно, а вот за счет введения в схему кинематических соединений эффективных устройств, идей и оригинальных элементов технический аспект реализуется при этом наиболее полно, тем более, что при этом полностью сохраняется отлаженная термодинамика проходящих в ДВС процессов.

В основу конструирования данного варианта двигателя внутреннего сгорания «НОРМАС» поставлена техническая задача повышения эффективности работы двигателя внутреннего сгорания, когда не только введение новых элементов в конструкцию, но и создание новых совмещенных связей между существующими элементами конструкции, обеспечивают полезную многофункциональность при данном протекании термодинамических процессов в ДВС и более полное удаления продуктов сгорания. Все вышеперечисленное возможно лишь при ярко выраженной тенденции увеличения активной площади движущих элементов конструкции по ходу движения выхлопных газов - это подобно установке дополнительных парусов при новом набегающем потоке ветра, чтобы реально усилить тягу и скорость для дальнейшего движения.

Простым, но удачным техническим решением стало и то, что в качестве прототипа конструкции применяемого ротора принят самый известный, самый древний и самый простой тип роторного нагнетателя, известный человечеству как нагнетатель Roots, запатентованный братьями Филандером и Фрэнсисом Рутс еще в далеком 1860 году, прототип которого легко усматривается и в патенте нагнетателя собственного производства немецкого инженера Геттлиб Даймлера, что в 1900 году был установлен на серийном автомобиле Daimler-Benz. Очень похожие конструкции нагнетателя Roots просматривается и в уже современном ротационном счетчике газа марки РТК-Ех с двумя восьмиобразными лопастями ротора, а также и в роторном компрессоре, объемных нагнетателях, вакуум-насосах, механических насосах серии ДВН или как их часто за рубежом называют - насосы Рутса. Суть работы нагнетателей состоит в следующем: внутри корпуса, составленного из двух полуцилиндров, вращаются в противоположных направлениях два двухлопастных ротора и «засасывают» воздух или другой компонент через входное отверстие, одновременно проталкивая эти потоки в образовавшийся сопряжением конструкции вращающих элементов двухлопастного ротора распределительный отсек, обеспечивая при этом высокую производительность насоса, причем при этом между корпусом и лопастями выдерживаются минимальные геометрические зазоры, почти полностью отсутствует трение и вероятность заедания.

Раскрытие полезной модели.

Конструкция представленного варианта ДВС основана на том, что энергия сгорания топливной смеси максимально эффективно преобразуется во вращение одного вала отбора мощности. Задачей на решение которой направлена разработка и технически грамотное конструирование данного варианта двигателя внутреннего сгорания являются критерии, которые при увеличенном крутящем моменте на коленчатом валу, обеспечивают и лучшую равномерность вращения, надежность, технологическую простоту сборки и компактность конструкции.

Известно, что в тепловых двигателях преобразующих давление от продуктов сгорания в механическую работу невозможно достичь максимальный крутящий момент, не обеспечивая постоянное увеличение активной площади движущих элементов двигателя, воспринимающих однонаправленное давление от продуктов сгорания, поэтому благодаря введенным конструктивным особенностям, а также встраивание в конструкцию ДВС взаимодополняющих элементов трансмиссии гибридного привода, когда кинематическая цепочка преобразований энергии оказалась более дружественна для создания увеличенной величины крутящего момента.

Крутящий момент и мощность двигателя - два разных и порой несовместимых понятия. Мощность достаточно условный параметр, который отображает полезную работу, совершаемую газами при расширении в цилиндрах двигателя в единицу времени за вычетом затрат на преодоление сил трения и приведение в действие вспомогательных механизмов. Если попробовать объяснять совсем просто, то крутящий момент - это то, что на самом деле толкает машину вперед, а мощность - это то, что этот крутящий момент производит.

Таким образом, крутящий момент является важнейшим эффективным динамическим показателем и характеризует тяговые возможности двигателя. Он представляет собой произведение многих результирующих сил - среднего эффективного давления сгорания топлива, геометрических величин активной площади рабочего объема, трения, сил инерции, коэффициента тактности, частоты вращения и т.д., умноженное на плечо их приложения, который создают рабочие органы ДВС. Понятно, что крутящий момент создается не постоянно, а только в период действия этой силы, то есть во время и после рабочего хода, если конечно продолжается действие этой силы. Поставленная техническая задача предопределила и выбор именно двухтактного ДВС, где усилие, необходимое для получения увеличенного значения крутящего момента, создается не только после каждого второго хода поршня, а и по мере нарастания создаваемых однонаправленных усилий от продолженного расширения выхлопных газов на растущую активную площадь, которая несомненно обеспечивается расчетной толщиной и геометрическими размерами введенных элементов и устройств.

Данный вариант ДВС может использовать жидкое или газообразное топливо. Отличительной особенностью конструкции газопоршневого или дизельного варианта заявленного ДВС является и впрыск топливной смеси, растянутый по времени относительно угла поворота коленчатого вала, что неплохо для протекания термодинамического процесса в данном варианте двигателя внутреннего сгорания.

Известно, что при понижении или повышении оборотов бензиновых ДВС ухудшаются условия газообмена при этом эффективное давлении падает, а значит, и величина крутящего момента будет также уменьшаться. Дизель же, как правило, работает в диапазоне средних оборотов коленчатого вала, когда эффективное давление достигает своего максимума - т.е. дизельный вариант представляется оптимальным с точки зрения работы двигателя со средними оборотами. К тому же надо помнить, что частота вращения вала отбора мощности любого ДВС определяется в основном от количества и качества сгорания топливной смеси, поэтому и данному моменту также уделим необходимое внимание при конструировании.

Особенность решаемой задачи несомненно сводится и как можно более полному и быстрому удалению отработанных газов, чтобы процессы теплообмена не сильно сказывались на изменение геометрических размеров введенных элементов в конструкцию двигателя, чтобы не происходило заеданий и задиров, когда ротором подобно дымососу достигается более полное удаление выхлопных газов из полостей расширения и быстрый их объемный перенос по перепускным газоходам.

Технический результат заключается в создании конструкции ДВС с более эффективным преобразованием тепловой энергии в механическую работу, при этом несомненно уменьшается удельный расход топлива, когда за счет реализации конструктивных решений и не только, происходит увеличение значения крутящего момента, имея при этом лучшую равномерность вращения, необходимый диапазон экологичности и уровень шума при работе. А технологически простые решения и малое число составляющих спецификации, большая часть которых имеют одинаковые геометрические формы обеспечивают двигателю быструю сборку, взаимозаменяемость и компактность при получении всех необходимых технических результатов, но об этом чуть ниже.

Для достижения технического результата двигатель внутреннего сгорания содержит сборный неподвижный корпус, один вал отбора мощности при этом он оборудован парным количеством модулей, в каждом из первой группы которых размещена раздельная вихревая камера сгорания, составной частью которой является съемная форсунка, два клапана впуска свежей порции воздуха и цилиндрической формы полость, которая образуется сопряжением узлов крепления втулок цилиндров при минимально допустимом схождении двух встречно движущихся поршней, а каждый модуль второй группы выполнен из двух полуцилиндрической формы прямолинейно движущихся кулис, снабженных парой прямолинейных прорезей, в каждой из которых перемещается ползун - кулисный камень с центральным отверстием для свободного вращения кривошипа, когда при ограниченном возвратно-поступательном перемещении телом кулис открывается или перекрывается проходное сечение двух окон перепускных газоходов, а вот уже каждый синхронизирующий модуль третьей группы снабжен девятью одинаковыми цилиндрическими шестернями зацепления, с учетом того, что восемь условных точек на зубьях зацепления расположены на линиях двух равных по величине делительных окружностях зацепления, а расстояние от геометрических центров девяти валов до этих условных точек равно половине величины хода поршней, кстати, сами газоходы проходят через синхронизирующие модули, чтобы выхлопные газы затем попали в полости продолженного расширения спаренных с помощью втулки цилиндрической формы вращающих элементов роторов, которые составляют, кстати, пары четвертой группы, а уже между вышеперечисленными модулями кинематическая схема двигателя внутреннего сгорания оборудована взаимодополняющими элементами трансмиссии гибридного привода такими как - генератор, два мотора, оснащенных муфтой сцепления и два дифференциала, причем последние состоят из четырех конических шестерен зацепления, имеющих одинаковую геометрию зуба, вращающихся в постелях неподвижного корпуса от соосного соединения выходного вала с одной из этих шестерен, расположенной со стороны муфты сцепления, а вот противоположная шестерня зацепления, являясь одной из паразитных шестерен дифференциала соосно соединена с цилиндрической втулкой, которая как пояснялось выше, спаривает вращающие элементы ротора, причем внутренний диаметр втулки позволяет свободно вращаться в подшипниках качения выходному валу в противоположном, чем данная втулка направлении, а вот каждый из двух боковых валов, начало которых равноудалены от геометрического центра генератора и соосно соединено с боковой паразитной конической шестерней соответствующих дифференциалов, вращается по ходу движения гибридного транспортного средства, где и смонтирован данный вариант двигателя внутреннего сгорания.

Наличие в заявленном варианте двигателя внутреннего сгорания данных устройств, элементов, их взаимосвязь и взаимоположение не только дополняют друг друга, но и обеспечивают получение новых взаимодополняющих технических результатов, таких как - наиболее полную реализацию и качественное преобразование химической энергии не только от сгорания топливной смеси, но и благодаря накопленной емкости аккумуляторов, что вращают моторы, в механическую работу вращения с увеличенным крутящим моментом и позволяющим значительно снизить удельный расход топлива и выброс углекислого газа в атмосферу.

Краткое описание чертежей.

Вышеприведенные утверждения и сущность конструкции двигателя поясняются приложенными чертежами. На последней фиг. 11 - представлена кинематическая последовательность и схематическая аксонометрическая проекция сборки конструкции данного варианта ДВС «НОРМАС». Именно больше для упрощения пояснений взаимодействия деталей и устройств, входящих в послойный разрез, а также для краткого описания взаимосвязи и последовательности их местоположения при сборке, предопределило введение понятия - модуль и его маркировку. Введение понятия модуль или группа модулей определяется также устойчивой совокупностью похожих свойств, которые диктуются при конструировании ДВС и позволяющих при наборе необходимой мощности и значения крутящего момента обеспечить оптимальный вариант его сборке. На фиг. 1-10 - представлены разрезы содержащих модулей, а когда позволяет формат чертежа изображается и частично задний вид следующего модуля, дополнительно поясняющий конструкцию, местоположение и взаимосвязь элементов, введенных в ДВС.

Схематически на фиг. 1-11 любой модуль конструктивно состоит из неподвижного корпуса 12, внутри которого смонтированы или размещены элементы, устройства или узлы, которые содержат детали, выполненные таким образом, что обеспечивается ограниченное их перемещение или вращение вокруг геометрического центра. Толщина любого модуля диктуется строго расчетной геометрической величиной сопряжения, хотя, как правило, с торцов модуль выполнен в виде плоской разделяющей перегородки с встроенными в перегородку участков с перепускными газоходами 32 или технологическими выборками для уплотнения или крепления, размещенных там валов 13, 24-31 с подшипниками качения и узлами межмодульных креплений, хотя описание технических деталей уплотнения или крепления в данном варианте конструкции ДВС опущены. А вот некоторые торцевые или боковые места стыковки и крепления некоторых частей корпуса 12 или, допустим, направляющих кожухов 3, что герметизируют и отделяют раздельную вихревую камеру сгорания 4 от полостей 2 с предварительным сжатием воздуха, на фиг. 1-11 указаны частично. Кстати зазоры в некоторых местах перемещения или взаимного встречного вращения, составляющих данного варианта ДВС сознательно условно увеличены, но при этом везде четко сохраняется межосевое расстояние и взаимное местоположение валов 13, 24-31, что обеспечивает конструкции оптимально высокую технологичность при сборке.

Чтобы при сжатии воздух интенсивно закручивался, и при впрыскивании топливной смеси затем происходило хорошее самовоспламенение данный вариант ДВС снабжен раздельной вихревой камерой сгорания 4, составной частью которой является съемная форсунка 1, два клапана впуска 5 свежей порции воздуха и цилиндрическая полость, которая образуется сопряжением узлов крепления втулок цилиндров 14 при минимально допустимом схождении двух встречно движущихся поршней 15. Не смотря на небольшие условности с нанесением зазоров сопряжений, на фиг. 1 модуля 89-01 легко представить, что в корпусе 12, изображен момент, когда два встречно движущиеся поршня 15 достигли своего минимально допустимого схождения, а на фиг. 10 модуля 89-10 поршни 15 наоборот при движении в противоположно движущихся направлениях достигли своего максимального расхождения друг от друга. Причем заметим, что данные чертежи не исключают факт того, что один из коленчатых валов 30 или 31 при своем вращении может на угол порядка 10-12* опережать или отставать от другого, и этот факт никак не отражен на чертежах, так как кривошипы 19 и шатуны 10 изображены на фиг. 1 и 10 как бы не под углом к оси движения. Хотя и поршни 15, и шаровые шарниры 16 так и не удалось изобразить без разного видимого смещения от единого центра, так как положение малых углов смещения осей или расположения кривошипов 19 невозможно достаточно четко отразить на этих фигурах данного формата.

Или еще пример небольшого упрощения - легко заметно, что предыдущая пара модулей 89-01 и 89-10, как впрочем, и пара модулей 89-02 и 89-09 или 89-04 и 89-07 или 89-05 и 89-06 - внешне похожи, а они отличаются друг от друга своим и местоположением при сборке (фиг. 11) или положением вращающих лопастей ротора 8 или поршней 15, шатунов 10, двух клапанов впуска 5 свежей порции воздуха с клапанной пружиной 6 или подпружиненной заслонки воздухозаборных устройств 23, соответственно, хотя в целом разница углов положения осей шеек кривошипов 19 коленчатых валов 30 и 31, как впрочем и эксцентричных кулачков 18 в соответствующих модулях относительно их центральных осей на некоторых деталях чертежей изображена примерно 180*, то есть без видимого учета угловых смещений реального расположения.

Надежную синхронизацию вращения кривошипно-шатунных механизмов и дополнительно введенных кинематических связей в данный вариант ДВС обеспечивает наличие синхронизирующих модулей 89-03 и 89-08, каждый из которых содержит по девять одинаковых цилиндрических шестерен 35 с одинаковой геометрией зацепления, с учетом того, что восемь условных точек 39-46 на зубьях зацепления расположены на линиях двух равных по величине делительных окружностях зацепления, причем шестерня 35, расположенная соосно на выходном валу 13 является центральной и вращается в том же направлении, что и шесть других из этого числа, но которые расположены соосно на валах 24-27 и 30-31 соответственно. Причем при этом следует также отметить, что ближайшее расстояние от геометрических центров валов 13, 24-31 до этих условных точек 39-46 на зубьях шестерен 35 делительной окружности зацепления соответственно равны половине величины хода поршней 15.

Особенностью конструкции данного варианта двигателя является и то, что он снабжен парой модулей 89-02, 89-09, в каждом из которых размещены близкий аналог по выполняемой функции золотникового газораспределения у выбранного прототипа - две полуцилиндрической формы прямолинейно движущиеся кулисы 22, снабженные парой прямолинейных прорезей, в каждой из которых перемещается ползун 21-кулисный камень с центральным отверстием для свободного вращения кривошипа 20 и с возможностью кулис 22 при ограниченном возвратно-поступательном перемещении своим телом открывать или перекрывать проходное сечение двух окон перепускных газоходов 32. На фиг. 2 и 9 сечение двух окон перепускных газоходов 32 нанесено условной штрихпунктирной линией, так как сами два окна расположены на торцевой перегородке, примыкающей к данным модулям, кстати сами два перепускных газохода 32, смонтированные в модулях 89-03 и 89-08 и по сути представляет пустотелые трубы, проходящие через данные модули, а начало каждой трубы и есть само окно, причем герметично встроенное в торцевую перегородку.

Легко представить, что без учета оговоренных выше угловых смещений при расположении кривошипов 19-20, на фиг. 2 то есть в модуле 89-02 изображен момент, когда после части рабочего хода поршней 15 через два окна выпуска 17 блоков цилиндров 14 происходит выпуск выхлопных газов в этот модуль, которые при этом имеют определенное давлением и скорость. В другом модуле 89-09, что изображен на фиг. 9 изображен момент, когда выхлопные газы или переизбыток продувочного воздуха выходят через еще открытые окна выпуска 17 блоков цилиндров 14 и входят в два тоже еще пока открытые окна перепускных газоходов 32, чтобы пройдя по этим перепускным газоходам 32 попасть в модули 89-07 и 89-06, где после продолженного расширения, но уже в этих модулях и с давлением близким к атмосферному выйти через выпускные патрубки 33 роторов 8.

Для забора свежей порции воздуха ДВС снабжен воздухозаборными устройствами 23 с регулировочными пружинами и системой размещения обратных клапанов (на фиг. 1-11 не обозначено), когда происходит процесс забора воздуха как во внутрикартерную, так и в межрубашечные и надкулисную полости при этом пружина воздухозаборного устройства 23 разжата и наоборот, когда поршни 15 или кулисы 22 перемещаются обратно, то происходит сжатие регулирующей пружины, закрытие воздухозаборных устройств 23, системы обратных клапанов и происходит однонаправленное запирание потока воздуха повышенного давления в полости 2. Причем полость 2 в свою очередь снабжена для конструктивной прочности перегородками 7 с перфорированной поверхностью, чтобы воздух немного дросселировался и в определенный момент, когда открываются два клапана впуска 5, поступал для наполнения в блоки цилиндров 14, где в образовавшихся полостях происходит его последующее сжатие.

Осуществление полезной модели.

Заявленный ДВС работает по двухтактному циклу, то есть за один оборот происходит наполнение камеры сгорания воздухом или горючей смесью, сжатие ее, самовоспламенение и дальнейшее расширение сгоревшей смеси, причем термодинамические двухтактные циклы, проходящие в блоках цилиндров 14 модулей 89-01 и 89-10 - обратно противоположны, то есть понятно, что в модуле 89-01 (фиг. 1) изображен момент начала последующего рабочего такта (цикла), при этом в раздельной вихревой камере сгорания 4 два клапана впуска 5 - закрыты, пружины 6 - разжаты, кинематически связанные с синхронизирующими модулями 89-03 и 89-08 эксцентричный кулачок 18 не давят на тарелки двух клапанов впуска 5. И наоборот - на фиг. 10 схематично в модуле 89-10 изображен момент окончания выпуска из блоков цилиндров 14 через окна выпуска 17 выхлопных газов и происходит начало продувки данных цилиндров через еще открытые два клапана впуска 5 свежей порцией воздуха, при этом пружины 6 еще сжаты, кинематически связанные с модулями синхронизации 89-03 и 89-08 эксцентричный кулачок 18 еще давят на тарелки клапанов впуска 5, остается еще лишь малый угловой поворот и когда встречно движущиеся поршни 15, сближаясь своим телом окончательно закроют окна выпуска 17 и только тогда в данных блоках цилиндров 14 начинается процесс сжатия новой порции воздуха.

Рабочий ход (фиг. 1) начинается от давления расширяющихся газов в блоках цилиндрах 14 и в вихревой камере сгорания 4. С учетом расположения точек геометрического сопряжения выявлено, что воспламенение горючей смеси более целесообразно в сегменте угла поворота валов от горизонтальной оси в районе угла 18*-21*, в противном случае суммарное усилие, возникшее при перемещении двух поршней 15 не столько преобразуется в механическую работу вращения валов, потому что составляющая радиуса приложения сил очень мала, а лишь приводит к максимальным нагрузкам элементов ДВС, также к тепловым перегрузкам конструкции и уменьшению продолжительности рабочего цикла, характерного для сравниваемого прототипа ДВС.

Чтобы сгладить негативные моменты от приложения вышеперечисленных максимальных усилий после быстро протекающей реакции воспламенения (взрыва) горючей смеси и обеспечить сбалансированную работу заявленный вариант ДВС оснащен шаровыми соединениями шатунов 10, посредством взаимодействия которых выполняется возможность передавать создаваемые усилия максимально направленно по касательной в сторону вращения валов 30 и 31 (фиг. 1), и при этом смягчается жесткий импульс от взрывного и очень быстрого сгорания топливной смеси, а также удается растянуть продолжительность рабочего цикла и уменьшить распространение детонации при плохо уравновешенных термодинамических процессах.

Как пояснялось выше на фиг. 1 в модуле 89-01 изображен момент начала последующего рабочего такта (цикла). А до этого при сближении поршней 15 воздух интенсивно закручивался в раздельной вихревой камере сгорания 4, чтобы когда происходит впрыскивании через форсунку 1 топливной смеси обеспечивалось хорошее самовоспламенение. После воспламенения происходит расширение продуктов сгорания в блоках цилиндрах 14 и в момент, когда телом поршня 15 открывается сечение окон выпуска 17 выхлопные газы под определенным давлением и скоростью устремляются в полость модуля 89-02, где кулисы 22 подходят друг к другу наиболее близко. Выхлопные газы своим давлением воздействуя на активную расчетную площадь кулис 22 создают усилия нужного направления, чтобы когда шатун 10 при своем угловом положении не сможет эффективно передавать усилия кривошипу 19, то создающие в этот период усилия весьма эффективно передаются и суммируются через другую кинематическую связь, т.е. на этом примере видно как кулисы 22, снабженные двумя прямолинейными прорезями и ползунами 21, обеспечивают преобразование возвратно-поступательного перемещения кулис 22 и ползунов 21 во вращение в нужном направлении валов 24-27.

Введение в конструкцию модулей 89-01 и 89-10 шатунно-поршневой группы шаровых шарниров 16 значительно уменьшило «вредную» составляющую при разложении воспринимающих поршнем 15 сил, т.е. появились условия, когда не очень требуется применение сложной системы смазки. В целом механизм передачи однонаправленных движущих усилий в заявленном варианте ДВС устроен таким образом, чтобы происходило равномерное смягчение жесткого импульса выхода элементов КШМ из сектора «мертвых» углов и осуществлялась более эффективная передачи движущих усилий на выходной вал 13, когда обеспечивается суммирование однонаправленных усилий как от элементов КШМ модулей 89-01 и 89-10 после рабочего такта, так и при продолженном расширении выхлопных газов в модулях 89-02 и 89-09, а также в модулях 89-04, 89-05, 89-06, 89-07.

Чтобы передача однонаправленных движущих усилий происходила с минимальными потерями эксцентричные боковые шейки кривошипов 19-20 вращения, расположенные в основном в разделяющих перегородках в гнездах, оснащены закрытыми подшипниками качения (на фиг. 1-11 не обозначены). Трение качения позволило значительно снизить боковые реакции от передаваемых усилий и площадь уплотнений, при этом даже возможные перетекания рабочего тела минимальны и не так существенны для создания необходимой компрессии.

На фиг. 10, как пояснялось выше, схематично изображен момент продувки блока цилиндров 14 свежей порцией воздуха и как бы последующее начало процесса сжатия воздуха, это когда еще телом двух встречно движущихся поршней 15 не закрылись окна выпуска 17 и два клапаны впуска 5 воздуха с помощью эксцентричных кулачков 18 еще остаются открытыми.

Прямоточная продувка - это лучший вариант продувки, при этом воздух, проходя через открытые клапаны впуска 5 и выпускные окна 17 осуществляет и теплосъем излишнего тепла с поверхности данных втулок цилиндров 14 и поршней 15. Продувка заканчивается, когда телом двух поршней 15 закрываются выпускные окна 17, а одновременно открытые клапаны впуска 5 закрылись еще чуть раньше. Заметим, что в конечном итоге повышенное давление продувки, поступая в камеру продолженного расширения ротора 8 тоже несколько увеличивает крутящий момент.

Еще заметим, что создание нужного потока выхлопных газов в роторе 8 реализуется и за счет профилирования вращающих лопастей ротора 8, для этого в каждый ротор 8 могут быть введены несколько одинаковых по размерам лопасти с внутренними пустотами 9 в определенных местах, выполненные в форме полуцилиндров для облегчения веса и увеличения активной боковой площади вращающих элементов ротора 8. Отверстия выполненные в боковой перегородке 7 с перфорированной поверхностью обеспечивают проникновение в эти пустоты 9 определенно большего объема выхлопных газов при расширении. То есть предложенная рациональная конструкция элементов, введенных в заявленный вариант ДВС, реально улучшает и качественные показатели происходящих процессов, так как известно, когда достигается более полное удаление продуктов сгорания роторами 8, то несомненно обеспечивается и более качественный газообмен, то есть созданы условия, когда среднее эффективное давление сгорания топливной смеси гарантированно будет сказываться на увеличение величины крутящего момента, причем также после каждого рабочего цикла.

От расчетных размеров толщин вращающих лопастей ротора 8, а также от толщины и формы кулис 22 во многом зависит степень продолженного расширения выхлопных газов и степень разделения термодинамического цикла. А так как давление выхлопа из конечных выпускных патрубков 33 роторов 8 почти равно атмосферному, то есть при этом существенно снижается и шум при выходе выхлопных газов из ДВС.

Шейки всех, в т.ч. и промежуточных валов 28-29 синхронизирующего модуля 89-03 и 89-08, где позволяют габариты сопряжений, закреплены, как правило, в закрытых подшипниках качения и в постелях, размещенных в торцевых перегородках и гнездах неподвижного корпуса 12, причем достаточно существенным и важным оказалось малое количество мест, где требуется уплотнение. Да и вращение лопастей ротора 8 не сильно нуждается в дополнительной синхронизации, так как вращающие лопасти ротора 8, имеющие в сечении восьмиобразную форму, при минимальных зазорах итак обеспечивают достаточно надежную при передаче в одном направлении усилий от одного вала другому и безударность, и низкую механическую напряженность деталей, высокую надежность и, как следствие, - значительный моторесурс ДВС и отсутствие больших поломок.

Как пояснялось выше на фиг. 11, представлена кинематическая последовательность и схематическая аксонометрическая проекция последовательности сборки конструкции, одновременно удалось наглядно пояснить как осуществляется работа двигателя в составе гибридного транспортного средства, имеющего два независимых вида тяги при движении, которые взаимно дополняют характеристики друг друга в результирующем увеличении крутящего момента. Чтобы достичь эффективный технический результат конструкция и кинематическая схема данного варианта двигателя внутреннего сгорания оборудована взаимодополняющими элементами трансмиссии тягового гибридного привода такими как - генератор 37, два мотора 38, оснащенных муфтой сцепления 36 и два дифференциала, причем последние состоят из четырех конических шестерен 34 зацепления, имеющих одинаковую геометрию зуба, вращающихся в постелях неподвижного корпуса 12 от соосного соединения выходного вала 13 с одной из этих шестерен, которая расположена со стороны муфты сцепления 36, а вот противоположная шестерня зацепления, являясь одной из паразитных шестерен дифференциала соосно соединена с цилиндрической втулкой 11, которая как пояснялось выше, спаривает вращающие элементы ротора 8, причем внутренний диаметр втулки 11 позволяет свободно вращаться в подшипниках качения (на фиг. 4-7 не обозначены) выходному валу 13 в противоположном, чем данная втулка 11, направлении, а вот каждый из двух боковых валов 47-48, начало которых равноудалены от геометрического центра генератора 37 и соосно соединено с боковой паразитной конической шестерней 34 соответствующих дифференциалов, причем каждый этот вал 47-48 соответственно вращается по ходу движения гибридного транспортного средства, где и смонтирован данный вариант двигателя внутреннего сгорания.

Данное взаимодействие и расположение элементов трансмиссии гибридного типа обеспечивает наиболее полную взаимодополняющую реализацию и качественное преобразование химической энергии не только от сгорания топливной смеси, но и от величины емкости аккумуляторов, что вращают моторы 38 в механическую работу вращения валов 47-48 с уже существенным увеличением крутящего момента и позволяющим значительно снизить удельный расход топлива и выброс углекислого газа в атмосферу.

Наличие в заявленном двигателе внутреннего сгорания новых конструктивных элементов, их взаимосвязь и взаиморасположение с прочими элементами, обеспечивают получение необходимых технических результатов, а признаки как известные, так и описанные в заявленном техническом решении и объективно проявляющие в данной конструкции двигателя внутреннего сгорания образуют совокупность, ранее неиспользовавшуюся, что позволяет считать заявленный вариант ХВ-89 двигателя внутреннего сгорания «НОРМАС» соответствующим критериям «существенные отличия и новизны».

Claims (1)

1. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС), включающий неподвижный сборный корпус, один вал отбора мощности, отличающийся тем, что он оборудован парным количеством модулей, в каждом из первой группы которых размещена раздельная вихревая камера сгорания, составной частью которой является съемная форсунка, два клапана впуска воздуха и цилиндрической формы полость, которая образуется сопряжением узлов крепления втулок цилиндров при минимально допустимом схождении двух встречно движущихся поршней, а каждый модуль второй группы выполнен из двух прямолинейно движущихся кулис полуцилиндрической формы, снабженных парой прямолинейных прорезей, в каждой из которых перемещается ползун с центральным отверстием для свободного вращения кривошипа, причем при ограниченном возвратно-поступательном перемещении телом кулис открывается или перекрывается проходное сечение двух окон перепускных газоходов, а вот уже каждый синхронизирующий модуль третьей группы снабжен девятью одинаковыми цилиндрическими шестернями зацепления, с учетом того, что восемь условных точек на зубьях зацепления расположены на линиях двух равных по величине делительных окружностях зацепления, а расстояние от геометрических центров девяти валов до этих условных точек равно половине величины хода поршней, кстати, газоходы проходят через синхронизирующие модули, чтобы выхлопные газы затем попали в полости продолженного расширения спаренных с помощью втулки цилиндрической формы вращающих элементов роторов, которые кстати составляют пары четвертой группы, а уже между вышеперечисленными модулями кинематическая схема двигателя внутреннего сгорания оборудована взаимодополняющими элементами трансмиссии гибридного привода такими как - генератор, два мотора, оснащенных муфтой сцепления, и два дифференциала, причем последние состоят из четырех конических шестерен зацепления, имеющих одинаковую геометрию зуба, вращающихся в постелях неподвижного корпуса от соосного соединения выходного вала с одной из этих шестерен, расположенной со стороны муфты сцепления, а вот противоположная шестерня зацепления, являясь одной из паразитных шестерен дифференциала соосно соединена с цилиндрической втулкой, которая как пояснялось выше, спаривает вращающие элементы ротора, причем внутренний диаметр втулки позволяет свободно вращаться в подшипниках качения выходному валу в противоположном, чем данная втулка, направлении, а вот каждый из двух боковых валов, начало которых равноудалены от центра генератора и соосно соединено с боковой паразитной конической шестерней соответствующих дифференциалов, вращается по ходу движения гибридного транспортного средства, где и смонтирован данный вариант двигателя внутреннего сгорания.

   

Images