RU164941U1 - Двигатель внутреннего сгорания "нормас". вариант - хв-98 - Google Patents

Abstract

Двигатель относится к области энергомашиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, а при наличии встроенной обмотки в районе движущихся частей двигателя является и источником электрической энергии в него введены модули с расчетной толщиной, которые размещены между плоскими послойными перегородками, причем каждый из модулей оборудован элементами конструкции, обеспечивающими увеличенный крутящий момент на выходном валу и взаимодополняющую реализацию и качественное преобразование химической энергии не только от сгорания топливной смеси, но и от величины емкости резервных аккумуляторов, для этого цилиндрическая камера сгорания конструктивно соединена с краном 40, внутри которого встроены и синхронно вращаются, благодаря введению синхронизирующего модуля две полости 4 и 5, одна из которых в определенный момент являются продолжением объема камеры сгорания, а другая имеет возможность выполнять функции газораспределения, когда выхлопные газы через перепускные газоходы, встроенные в перегородку поступают в полость продолженного расширения, которая образуется между стенками полуцилиндрической формы корпуса при минимально допустимом схождении донышек двух встречно движущихся частей сборных стаканов 22, которые имеют размеры, позволяющие им совершать синхронные ограниченные возвратно-поступательные перемещения в соответствующих втулках цилиндров 37 и 41, и части которых потайными болтами соединены в районе двух прямолинейных прорезей 20, где перемещаются ползуны 21 с центральным отверстием для свободного вращения кривошипа 18, другая часть сборного стакана 22 в свою очередь через шаровые шарниры 11 и 13, и тягу 10 соединяется с бесшатунным поршнем 15, а второй стакан 22 соединен потайными болтами со стаканом 22 той же формы, но другой длины и являющего уже элементом воздухозаборного устройства 23, в состав которого еще введен мембранный бак 14 с эластичной мембраной 24, причем когда совершается ограниченное возвратно-поступательном перемещение телом сборных стаканов 22 открывается или перекрывается проходное сечение двух окон перепускных газоходов 17 и 38, причем последние соединяются с полостью продолженного расширения, но уже роторов 8, кстати, в каждый ротор 8 введены несколько одинаковых по размерам лопастей профилированных, как впрочем и в кране 40, с внутренними пустотами 9 для увеличения активной боковой площади вращающих элементов ротора 8, также в ДВС введены элементы гибридной трансмиссии такие как мотор 2 и генератор 3 с муфтами сцепления, вращение которых по существу синхронизировано и при определенных условиях резервирует или также увеличивает крутящий момент при движении тягового гибридного транспортного средства, где смонтирован данный вариант ДВС и оснащение которого интеллектуальной системой управления просто напрашивается и не будет лишним компонентом.

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.

Наиболее близким конструктивно и по совокупности существенных признаков к заявленному двигателю, 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 движущих элементов или плеча приложения усилий по ходу движения выхлопных газов, а значит увеличение значений крутящего момента как в заявленном варианте конструкции двигателя внутреннего сгорания.

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

В основу конструирования данного варианта двигателя внутреннего сгорания «НОРМАС», как и предыдущих восьми вариантов 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 только при ярко выраженной тенденции увеличения активной площади полостей продолженного расширения 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 сконструированного устройства.

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.

Заметить, что, как правило, в предыдущих восьми вариантах двигателей внутреннего сгорания «НОРМАС» с приоритетом начиная от 25.10.2011 г. до 30.06.2015 г., так и в заявленном варианте ДВС присутствуют одинаковые отличительные признаки - это желательно максимальная величина активной площади в конструкции и форме камеры сгорания, если конечно позволяют реальные геометрические размеры деталей и необходимые сопряжения элементов, обязательное наличие полостей продолженного расширения, причем, как правило, активная площадь допустим движущих элементов камеры сгорания всегда меньше, чем допустим величины активной площади полостей продолженного расширения, и это достигается исключительно расчетом толщины конкретного модуля, а вот введение в конструкцию данных вариантов ДВС соосного насоса Рутса, продиктовано еще и расчетным объемным переносом выхлопных газов, причем всегда все вышеперечисленные признаки осуществляются после каждого произведенного рабочего хода, что очень важно и что объединяет эти варианты ДВС.

Раскрытие сущности конструкции заявленного варианта ДВС основана на том, что энергия сгорания топливной смеси максимально эффективно преобразуется во вращение одного выходного вала. Задачей на решение которой направлена разработка и технически грамотное конструирование данного варианта ДВС являются критерии, которые при увеличенном крутящем моменте на коленчатом валу, причем после каждого рабочего хода и без редуцирования оборотов, обеспечивают и уменьшение удельного расхода топлива, и надежность, технологическую простоту сборки и компактность конструкции. Конструктивное применение редуктора оправдано лишь тогда, когда требуется необходимое изменение частоты вращения конкретного выходного вала.

Известно, что в тепловых двигателях преобразующих давление от продуктов сгорания в механическую работу невозможно достичь максимальный крутящий момент, не обеспечивая по ходу движения выхлопных газов увеличение активной площади движущих элементов двигателя, воспринимающих усилие от давления выхлопных газов. А благодаря введенным конструктивным особенностям, а также встраивание в конструкцию данного варианта ДВС взаимодополняющих элементов трансмиссии гибридного привода, кинематическая цепочка преобразований энергии оказывается более дружественна для их совместного 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.

Крутящий момент является важнейшим эффективным динамическим показателем и характеризует тяговые возможности ДВС. 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. Очень важны при этом и синхронизирующие моменты всей кинематической цепочки передачи направленных усилий, их углы и секторы приложения усилий с учетом, так называемых, углов смещений.

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, но и по мере однонаправленных усилий, создаваемых от продолженного расширения выхлопных газов на активную площадь введенных элементов, которая несомненно обеспечивается и расчетной толщиной, и геометрическими размерами этих введенных элементов.

Данный вариант ДВС может использовать жидкое или газообразное топливо. Отличительной особенностью конструкции газопоршневого или дизельного варианта заявленного ДВС является и впрыск топливной смеси из форсунки, растянутый по времени относительно угла поворота коленчатого вала, что даже 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 способствуется быстрый их объемный перенос, в том числе и по перепускным газоходам.

Технический результат заключается в создании конструкции ДВС с более эффективным преобразованием тепловой энергии в механическую работу, при этом уменьшается удельный расход топлива, также когда за счет реализации конструктивных решений и не только, происходит увеличение величины крутящего момента, причем после каждого рабочего цикла, имея при этом также и 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 заявленному варианту двигателю быструю сборку, взаимозаменяемость и компактность при получении всех необходимых технических результатов, но об этом чуть ниже.

Для достижения технического результата ДВС содержит сборный неподвижный корпус, один вал отбора мощности при этом в него введены модули с расчетной толщиной, которые размещены между плоскими послойными перегородками, причем каждый из модулей оборудован элементами конструкции, обеспечивающими увеличенный крутящий момент на выходном валу и взаимодополняющую реализацию и качественное преобразование химической энергии не только от сгорания топливной смеси, но и от величины емкости резервных аккумуляторов, для этого цилиндрическая камера сгорания конструктивно соединена с полуцилиндрическим краном, внутри которого встроены и синхронно вращаются, благодаря введению синхронизирующего модуля две полости, одна из которых в определенный момент являются продолжением объема камеры сгорания, а другая имеет возможность выполнять функции газораспределения, когда выхлопные газы через перепускные газоходы, встроенные в перегородку поступают в полость продолженного расширения, которая образуется между стенками полуцилиндрической формы корпуса при минимально допустимом схождении донышек двух встречно движущихся частей сборных стаканов, которые имеют размеры, позволяющие им совершать синхронные ограниченные возвратно-поступательные перемещения в соответствующих втулках цилиндров и части которых потайными болтами соединены в районе двух прямолинейных прорезей, где при работе ДВС перемещаются кулисные камни или ползуны с центральным отверстием для свободного вращения кривошипа, другая часть сборного стакана в свою очередь через шаровые шарниры и тягу соединяется с бесшатунным поршнем, а второй стакан соединен потайными болтами со стаканом той же формы, но другой длины и являющего уже элементом воздухозаборного устройства, в состав которого дополнительно введен мембранный бак с эластичной мембраной, причем когда совершается ограниченное возвратно-поступательном перемещение телом сборных стаканов открывается или перекрывается проходное сечение двух окон перепускных газоходов, причем последние тоже соединяются с полостью продолженного расширения, но уже роторов, кстати, в каждый ротор введены несколько одинаковых по размерам лопастей профилированных, как впрочем и в кране, с внутренними пустотами в определенных местах, выполненные в форме полуцилиндров для облегчения веса и увеличения активной боковой площади вращающих элементов ротора, также в ДВС введены элементы гибридной трансмиссии такие как мотор и генератор с муфтами сцепления, вращение которых по существу синхронизировано и при определенных условиях резервирует или также увеличивает крутящий момент при движении тягового гибридного транспортного средства, где и смонтирован данный вариант ДВС.

Наличие в заявленном варианте ДВС 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.

То есть оправданное введение в заявленный вариант двигателя внутреннего сгорания элементов гибридной трансмиссии таких как мотор и генератор с муфтами сцепления, вращение которых по существу синхронизировано и при определенных условиях резервирует или также увеличивает крутящий момент при движении тягового гибридного транспортного средства, где смонтирован данный вариант ДВС и оснащение которого интеллектуальной (беспилотной) системой управления просто напрашивается и не будет лишним компонентом, и также решает задачи качественного технического конструирования.

Вышеприведенные утверждения и раскрытие сущности при конструировании заявленного варианта двигателя поясняются приложенными чертежами. На последней фиг. 6 - 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 в ДВС понятия модуль определяется также устойчивой совокупностью похожих свойств, которые диктуются при конструировании и позволяющих при наборе необходимой мощности и значения крутящего момента обеспечить оптимальный вариант его сборки.

Если на фиг. 1-5 - представлены разрезы введенных в ДВС составляющих модулей, их взаимосвязь, то на фиг. 6 изображено их местоположение в составе колесной пары перспективного гибридного тягового транспортного средства с колесами 42 и 43.

Схематически на фиг. 1-5 любой модуль конструктивно состоит из неподвижного корпуса 12, внутри которого смонтированы или размещены элементы, устройства или узлы, которые содержат детали, выполненные таким образом, что при их ограниченном расчетном перемещение или вращении обеспечивается необходимые условия достижения технического результата. Толщина любого модуля диктуется строго расчетной геометрической величиной сопряжения, хотя, как правило, с торцов модуль выполнен в виде плоской разделяющей перегородки, выполненные из расчетного числа слоев (подобно фанере) со встроенными в нее перепускными газоходами 17 и 38 цилиндрической или прямоугольной формы изгибами. Хотя не только перепускные газоходы 17 и 38 размещены в перегородках, но об этом тоже чуть ниже.

Начнем с описания элементов модуля 98-04, изображенным на фиг. 4. Видно, что поршень 15, имеющий форму цилиндра, находится на минимально допустимом расстоянии от сочленения с полуцилиндрическим краном 40, и видно, что поршень 15 связан шаровыми соединениями Пи 13 штока 10 со сборным стаканом 22 полуцилиндрической формы. При работе ДВС поршень 15 и сборные стаканы 22 совершает синхронные ограниченные возвратно-поступательные перемещения в соответствующих втулках цилиндров цилиндрической формы 37 или 41 полуцилиндрической формы, кстати, последние естественно встроены в корпус 12. А вот в модуле 98-02, изображенным на фиг. 2, видно что поршень 15 наоборот при своем движении максимально удалился от крана 40, а стаканы 22 наоборот -донышками максимально приблизились друг к другу. Форма крана 40 может быть и шаровой или шаровой с усеченными с боков слоями.

Ограниченные возвратно-поступательные перемещения обеспечиваются наличием сборных стаканов 22, которые соединены потайными болтами (на фиг. 2 и 4 не обозначены) в районе двух прямолинейных прорезей 20, где в каждой из прорезей 20 перемещается прямоугольной формы кулисный камень или ползун 21 с центральным отверстием для вращения кривошипа 18, причем каждый кривошип 18 соединен с двумя боковыми цилиндрической формы щеками заподлицо (т.е. не выходят за контуры полуцилиндрических стаканов 22), а сами боковые щеки кривошипов 18, как впрочем, и перепускные газоходы 17 и 38, вмонтированы в межмодульные перегородки, где боковые щеки кривошипов 18 вращаются, как правило, в окружении шариков качения.

Особенностью конструкции модулей 98-02 и 98-04 данного варианта двигателя является и то, что в каждом из них размещен близкий аналог по выполняемой функции у прототипа - газораспределительный цилиндрический золотник, который в данной конструкции ДВС осуществляется полуцилиндрический кран 40, в который встроены пустотелые полости 4 и 5, и которые синхронно вращаются с валом 34, причем полость 4 сознательно имеет данную форму, когда вращаясь в определенный момент времени оказывается примерно в изображенном на фиг. 4 месте относительно горизонтальной оси.

Причем заметим, что данные чертежи не исключают факт того, что один из коленчатых валов 29 или 31 при своем вращении может на угол смещения порядка 10-12* опережать или отставать от другого, и этот факт никак не отражен на чертежах, так как кривошипы 18 изображены на фиг. 2 и 4 как бы не в том сегменте к оси движения, т.к. положение малых углов смещения осей или расположения кривошипов 18 трудно достаточно четко отразить на этих фигурах данного формата.

Или еще пример небольшого упрощения - заметно, что предыдущая пара модулей 98-02 и 98-04, как впрочем, и пара модулей 98-01 и 98-05 - внешне похожи, но они отличаются друг от друга своим и местоположением при сборке (фиг. 6) или положением вращающих полостей 4 и 5, лопастей ротора 8 или поршней 15, мембран 24, штоков 10, сборных стаканов 22 или подпружиненной заслонки воздухозаборных устройств 23, соответственно. Хотя в целом разница углов положения осей шеек кривошипов 18, что расположены в составе валов 29 и 31 соответствующих модулей 98-02 и 98-04 относительно их центральных осей на чертежах изображена примерно с разницей положения порядка 180*, то есть без видимого учета угловых смещений реального расположения.

Кстати, нет в кратком описание и технологических выборок (карманов) для крепления там подшипников качения и узлов межмодульных креплений, хотя некоторые торцевые или боковые места стыковки и крепления некоторых частей корпуса 12 на фиг. 1-5 указаны частично. А вот зазоры в местах перемещения или вращения деталей или элементов данного варианта ДВС на чертежах или отсутствуют или сознательно увеличены, но при этом везде четко сохраняется межосевое расстояние и взаимное местоположение валов 25-35, что в целом придает конструкции ДВС оптимальную технологичность при сборке.

Надежную синхронизацию вращения дополнительно введенных кинематических связей в данный вариант ДВС обеспечивает наличие синхронизирующего модуля 98-03, которых содержит одиннадцать одинаковых цилиндрических шестерен 36 с одинаковой геометрией зацепления, имеются и места, где встроены перепускные газоходы 17.

Заявленный ДВС работает по двухтактному циклу, то есть за один оборот происходит наполнение камеры сгорания воздухом, сжатие ее, самовоспламенение и продолженное расширение сгоревшей смеси, причем двухтактные циклы, проходящие во втулках цилиндров 37 модулей 98-02 и 98-04 - обратно противоположны примерно на 180*.

То есть понятно, что в модуле 98-04 (фиг. 4) изображен момент начала последующего рабочего такта (цикла), при этом полость 4, расположенная на вращающей части крана 40 и очень похожая по контурам и форме на раздельную вихревую камеру сгорания введена для того, чтобы при сжатии воздух интенсивно закручивался, а при впрыскивании топливной смеси форсункой 1 происходило хорошее самовоспламенение и не только, причем вращающая полость 4 в определенный момент времени сознательно находилась примерно так, как изображено на модуле 98-04.

Как сообщалось выше полости 4 и 5 внутренней части крана 40 совершают синхронизирующие вращения от валов 26 и 34, и которые в свою очередь кинематически связаны с синхронизирующим модулем 98-03, поэтому чтобы снизить нагрузку от импульсов при расширении выхлопных газов на зубья зацепления 36 в момент воспламенения топливной смеси в модуль 98-03 введены промежуточные шестерни 36 на валах 25 и 35. Заметим еще, что создание нужного потока выхлопных газов в полости 4 крана 40 реализуется и за счет послойного профилирования (смещения) данных полостей 4 и 5, а также подбором профиля и толщины слоев, что очень важно для продолжительности продолженного расширения.

Рабочий ход (фиг. 4) поршня 15 начинается от давления расширяющихся газов в камере сгорания во втулке цилиндра 37 и вихревой полости 4 крана 40. 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 поршня 15 не столько преобразуется в механическую работу вращения валов, а лишь приводит к максимальным нагрузкам элементов ДВС, 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 данный вариант ДВС оснащен шаровыми соединениями 11 и 13, когда появляется возможность передавать создаваемые усилия максимально направленно по касательной в сторону вращения валов 29 и 31 (на фиг. 1, 2, 4 показаны стрелками, причем только после одного рабочего такта), 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. 4 в модуле 98-04 изображен момент начала последующего рабочего такта. А до этого при сближении поршней 15 с телом крана 40 воздух интенсивно закручивался в вихревой полости 4, чтобы когда происходит впрыскивании через форсунку 1 топливной смеси обеспечивалось хорошее самовоспламенение. После воспламенения происходит расширение продуктов сгорания во втулке цилиндра 37 и в момент, когда открывается сечение окон выпуска 17 полости 5 выхлопные газы под определенным давлением и скоростью устремляются в полость модуля 89-02, где сборные стаканы 22 подходят друг к другу наиболее близко. Выхлопные газы, своим давлением воздействуя на активную расчетную площадь донышек стаканов 22 создают усилия нужного направления для эффективной передачи усилий кривошипам 18.

В целом механизм передачи однонаправленных движущих усилий в заявленном варианте ДВС устроен таким образом, чтобы происходило равномерное смягчение жесткого импульса выхода элементов ДВС из сектора «мертвых» углов и осуществлялась более эффективная передача движущих усилий на выходной вал 30, т.е. когда за один оборот обеспечивается суммирование однонаправленных усилий от модулей. А введенные в ДВС закрытые подшипники качения позволили снизить боковые реакции от передаваемых усилий и уменьшить площадь уплотнений.

Также понятно, что с учетом угловых смещений при расположении кривошипов 18 на модуле 98-02 (фиг. 2) изображен момент, когда выхлопные газы или переизбыток продувочного воздуха выходят через еще открытое окно перепускного газохода 17 и полость 5 крана 40 из втулки цилиндров 37 и все идет к последующему сжатию поступившего из мембранного бака 14 и заполнившего через открытое окно воздуховода 16 втулки цилиндров 37 новой порции воздуха.

Для забора свежей порции воздуха ДВС снабжен воздухозаборными устройствами 23 с регулировочными пружинами 6 и системой размещения обратных клапанов (на фиг. 1-6 не обозначено), когда один из сборных стаканов 22 начинает удаляться от воздухозаборного устройства 23, тогда через перфорированную поверхность 7 происходит забор воздуха в полость под донышко сборного стакана 22 так и во внутрикартерную полости, при этом пружина 6 модуля 98-02 воздухозаборного устройства 23 сжимается и наоборот, когда один из сборных стаканов 22 начинает приближаться к воздухозаборному устройству 23, то происходит его закрытие и возврат регулирующей пружины 6 модуля 98-04 в разжатое состояние, закрытие воздухозаборных устройств 23, системы обратных клапанов и происходит однонаправленное запирание потока воздуха повышенного давления в полости мембранного бака 14 модуля 98-04 (фиг. 4), при этом мембрана 24 прогибается ближе к стенке мембранного бака 14 с манометром 19, и наоборот, когда идет продувка и последующее наполнение втулки цилиндров 37 при этом мембрана 24 устанавливается примерно ниже среднее положения, что изображено на модуле 98-02 (фиг. 2). На модуле 98-02 изображен момент, когда после рабочего хода поршня 15, но только в модуле 98-04, выхлопные газы, пройдя по перепускному газоходу 17 через модуль 98-03, поступили между максимально сближенными донышками стаканов 22, при этом выхлопные газы имеют определенное давление и между донышками стаканов 22 начинается процесс продолженного расширения и одновременно перемещение ползунов 21 в прямолинейных прорезях 20, что помогает вращению кривошипа 18, т.е. и валу 31 вращаться в нужном направлении.

На фиг. 2 как пояснялось выше, на модуле 98-02 также схематично изображен момент продувки блока цилиндров 37 свежей порцией воздуха и как бы последующее начало процесса сжатия воздуха. То есть это когда телом бесшатунного поршня 15 не закрылись еще окна выпуска 17.

Прямоточная продувка-это лучший вариант продувки, при этом воздух, проходя через открытые окна впуска воздуховодов 16 и еще открытые окна перепускного газохода 17 осуществляет и теплосъем излишнего тепла с поверхности втулки цилиндров 37 и поршня 15. Продувка заканчивается, когда телом поршней 15 закрываются выпускные окна воздуховодов 16 и одновременно еще открытые окна перепускных газоходов 17 в полости 5 крана 40 закроются тоже. Заметим также, что телом сборных стаканов 22 и системой обратных клапанов в определенный момент поэтапно открывается или перекрывается проходное сечение трех окон перепускного газохода 38, т.е. и в внутрикартерной полости.

В другом модуле 98-04, что изображен на фиг. 4 изображен момент, когда выхлопные газы или переизбыток продувочного воздуха, которые некоторое время назад вышли из модуля 98-02, пройдя по перепускным газоходам 17 модуля 98-03, выходят из втулки цилиндров 41 модуля через два еще пока открытые окна перепускных газоходов 38, чтобы пройдя по этим перепускным газоходам 38 попасть в соединенные (на фиг. 1-6 данный факт не отражен) модули 98-05 или 98-01, где осуществится их расчетный объемный перенос и продолженное расширение до давления близкого к атмосферному и выхлопом через выпускные патрубки 39.

Еще заметим, что создание нужного потока выхлопных газов в роторе 8 реализуется и за счет послойного профилирования вращающих лопастей ротора 8, для этого в каждый ротор 8 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 с перфорированной поверхностью 7 обеспечивают проникновение в эти пустоты 9 определенно большего объема выхлопных газов при расширении.

Надо признать, что 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, - хороший моторесурс ДВС и отсутствие больших поломок.

От расчетных размеров толщин вращающих лопастей ротора 8, а также от толщины и формы сборных стаканов 22 во многом зависит степень продолженного расширения выхлопных газов и степень разделения термодинамического цикла. А так как давление выхлопа из выпускных патрубков 39 роторов 8 почти равно атмосферному, то есть при этом существенно снижается и шум при выходе выхлопных газов.

Конструктивные особенности с целью увеличить крутящий момент или изменить направление или частоту вращения заложены одновременно и в синхронизирующем модуле 98-03 и они возможны, но усложняют задачу оптимального конструирования.

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.

Как пояснялось выше на фиг. 6, 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, так как помним, чтобы достичь эффективный технический результат конструкция и кинематическая схема данного варианта ДВС оборудована взаимодополняющими элементами трансмиссии тягового гибридного привода такими как - генератор 3 и мотор 2, оснащенных муфтой сцепления (на фиг. 2 и 4 не обозначены), чтобы при наборе необходимой мощности и значения крутящего момента обеспечить оптимальный вариант его сборки, например, с использованием плуга 44 или плугов.

То есть на фиг. 1-5 - представлены разрезы введенных в ДВС составляющих модулей, их взаимосвязь, а на фиг. 6 изображено их местоположение, например в составе колесной пары перспективного гибридного тягового транспортного средства, колеса 42 и 43 которого вращаются по ходу движения, и в котором увеличение крутящего момента происходит уже возможно не только после каждого рабочего хода, и оснащение которого интеллектуальной (беспилотной) системой управления просто необходимо.

Данное взаимодействие и расположение элементов трансмиссии гибридного типа обеспечивает наиболее полную совместную и взаимодополняющую реализацию для качественного преобразования и химической энергии не только от сгорания топливной смеси, но и от величины емкости аккумуляторов, что синхронно вращает мотор 2 для вращения валов 25-35 (в т.ч. и промежуточных) с уже существенным увеличением крутящего момента и позволяющим значительно снизить удельный расход топлива и выброс углекислого газа в атмосферу.

Наличие в заявленном ДВС 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 ДВС образуют совокупность, ранее неиспользовавшуюся, что позволяет считать заявленный вариант ХВ-98 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 в него введены модули с расчетной толщиной, которые размещены между плоскими послойными перегородками, причем каждый из модулей оборудован элементами конструкции, обеспечивающими увеличенный крутящий момент на выходном валу и взаимодополняющую реализацию и качественное преобразование химической энергии не только от сгорания топливной смеси, но и от величины емкости резервных аккумуляторов, для этого цилиндрическая камера сгорания конструктивно соединена с полуцилиндрическим краном, внутри которого встроены и синхронно вращаются, благодаря введению синхронизирующего модуля, две полости, одна из которых в определенный момент является продолжением объема камеры сгорания, а другая имеет возможность выполнять функции газораспределения, когда выхлопные газы через перепускные газоходы, встроенные в перегородку, поступают в полость продолженного расширения, которая образуется между стенками полуцилиндрической формы корпуса при минимально допустимом схождении донышек двух встречно движущихся частей сборных стаканов, которые имеют размеры, позволяющие им совершать синхронные ограниченные возвратно-поступательные перемещения в соответствующих втулках цилиндров, и части которых потайными болтами соединены в районе двух прямолинейных прорезей, где при работе ДВС перемещаются кулисные камни или ползуны с центральным отверстием для свободного вращения кривошипа, другая часть сборного стакана, в свою очередь, через шаровые шарниры и тягу соединяется с бесшатунным поршнем, а второй стакан соединен потайными болтами со стаканом той же формы, но другой длины, и являющего уже элементом воздухозаборного устройства, в состав которого дополнительно введен мембранный бак с эластичной мембраной, причем, когда совершается ограниченное возвратно-поступательное перемещение телом сборных стаканов, открывается или перекрывается проходное сечение двух окон перепускных газоходов, причем последние тоже соединяются с полостью продолженного расширения, но уже роторов, кстати, в каждый ротор введены несколько одинаковых по размерам профилированных, как, впрочем, и в кране, лопастей с внутренними пустотами, выполненных в форме полуцилиндров для облегчения веса и увеличения активной боковой площади вращающих элементов ротора, также в ДВС введены элементы гибридной трансмиссии, такие как мотор и генератор с муфтами сцепления, вращение которых, по существу, синхронизировано, и при определенных условиях резервирует или увеличивает крутящий момент при движении тягового гибридного транспортного средства, оснащенного интеллектуальной системой управления, где и смонтирован данный вариант ДВС.

   

Images