|
| | (21), (22) Заявка: 2003108563/06, 27.03.2003
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 27.03.2003
(43) Дата публикации заявки: 20.10.2004
(45) Опубликовано: 27.12.2005
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 1191827 А, 18.07.1916. US 3301244 А, 31.01.1967. DE 2260374 А, 12.06.1974. DE 2736923 A1, 01.03.1979. US 2420779 A, 20.05.1947. US 5261364 A, 16.11.1993. WO 98/37309 A1, 27.08.1998. SU 1758258 A1, 30.08.1992.
Адрес для переписки: 199106, Санкт-Петербург, Косая линия, 15а, ФГОУ "Государственная морская академия им.адмирала С.О.Макарова"
| (72) Автор(ы): Самсонов Л.А. (RU)
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное образовательное учреждение "Государственная морская академия имени адмирала С.О.Макарова" (RU)
| (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Технический результат заключается в возможности уменьшения потерь в процессах рабочего цикла. Согласно изобретению коленчатый вал двигателя через цилиндрические зубчатые колеса соединен с промежуточным валом. В свою очередь промежуточный вал через зубчатые колеса с переменным передаточным отношением соединен с выходным валом. Зубчатые колеса с переменным передаточным отношением выполнены эллиптическими, а на выходном валу установлен маховик. 1 ил. 
Предлагаемое изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и предназначено для использования на морском, речном, автодорожном, железнодорожном транспорте и в энергетических установках.
Наиболее близкими изобретениями к заявленному являются:
1) Двигатель внутреннего сгорания, на который выдан патент RU 2053393 С1.
В нем с помощью усложненного шатунно-кривошипного механизма осуществляется задержка поршня двухтактного двигателя вблизи нижней мертвой точки и увеличивается время продувки рабочего цилиндра. Данный двигатель не может работать по четырехтактному циклу. Кроме того, в нем сокращено время протекания процессов смесеобразования и сгорания, что увеличит количество топлива, сгорающего на линии расширения, а следовательно, и его расход.
Усложнение шатунно-кривошипного механизма понижает надежность работы этого напряженного узла.
2) Двигатель внутреннего сгорания, на который выдано авторское свидетельство SU 1758258 А1.
В нем за счет установки специальной зубчатой передачи, поочередно работающей с разными передаточными отношениями, сокращено время совершения тактов выпуска, всасывания, сжатия, что позволило увеличить число рабочих циклов в единицу времени.
В связи с сокращением времени протекания процессов выпуска и всасывания возрастет (в квадратичной зависимости) отрицательная работа насосных ходов, следствием чего будет увеличение расхода топлива. Кроме того, так как время процесса расширения остается без изменения, то и потери тепла в этот период не уменьшаются. Таким образом, задача оптимального перераспределения времени рабочего цикла между отдельными процессами не решается.
Наиболее близким к заявленному является двигатель внутреннего сгорания, на который выдан патент США №1191827.
В этом двигателе передача крутящего момента от коленчатого вала осуществляется через пару зубчатых колес с переменным передаточным отношением к выходному валу, на котором установлен маховик. Такое устройство позволяет в двухтактном двигателе за счет сокращения времени процессов сжатия-сгорания-расширения увеличить время протекания процессов газообмена.
Однако это устройство не может быть применено в четырехтактном двигателе, т.к. цикл изменения передаточного отношения в нем может составлять (в зависимости от типа зубчатых колес) 360 или 180 градусов. В четырехтактном двигателе, цикл которого 720°, это приведет к тому, что выигрыш во времени, полученный в начальный период процесса выпуска и в конечный период процесса всасывания, будет потерян за счет сокращения времени конечного периода выпуска и начального периода всасывания. Такое перераспределение времени будет при цикле изменения передаточного отношения равным 360°. При цикле в 180° перераспределения времени процессов также не происходит. Рассматриваемое устройство при заданном типе зубчатых колес с переменным передаточным отношением не позволяет внести изменения в полученное перераспределение времени между процессами цикла.
Устройство также не позволяет в процессе доводки и эксплуатации двигателя изменять фазу колебаний угловой скорости коленчатого вала по отношению к моменту начала рабочего цикла с целью перераспределения времени между процессами цикла для получения оптимальных результатов.
Целью изобретения является уменьшение потерь в процессах рабочего цикла.
Изобретение осуществляется в двигателе внутреннего сгорания, содержащем блок с цилиндрами, в которых расположены поршни, связанные шатунами с коленчатыми валами, выходной вал, связанный с коленчатыми валами каждого цилиндра через зубчатые колеса с переменным передаточным отношением, и маховик, установленный на выходном валу. При этом сущность изобретения заключается в том, что зубчатые колеса с переменным передаточным отношением выполнены эллиптическими и связывают выходной вал с коленчатыми валами через обычные цилиндрические зубчатые колеса. Коленчатый вал рабочего цилиндра через цилиндрические зубчатые колеса соединен с промежуточным валом, который в свою очередь через эллиптические зубчатые колеса соединен с выходным валом, на котором установлен маховик.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема двигателя, реализующего изобретение.
В рабочем цилиндре 1 расположен поршень, связанный шатуном 3 с коленчатым валом 4. Благодаря цилиндрическим зубчатым колесам 10 и 9 коленчатый вал связан с промежуточным валом 11, который в свою очередь через эллиптические зубчатые колеса 5 и 6 связан с выходным валом 7. На выходном валу 7 установлен маховик 8, что обеспечивает его равномерное вращение при переменной угловой скорости коленчатого вала в течение одного оборота.
Закон изменения угловой скорости коленчатого вала определяется законом передаточного отношения эллиптических зубчатых колес и величиной передаточного отношения цилиндрических зубчатых колес, а также взаимным расположением коленчатого и промежуточного валов.
Для четырехтактного двигателя, чтобы сократить время процессов сжатия, сгорания, расширения и увеличить время процессов выпуска и всасывания, необходимо передаточное отношение цилиндрических зубчатых колес установить 4:1.
При указанном на чертеже расположении поршня 2 и эллиптических зубчатых колес 5 и 6 в рабочем цилиндре 1 начинается процесс расширения при максимальной угловой скорости коленчатого вала 4, которая к приходу поршня в НМТ достигает среднего значения и будет продолжать уменьшаться в течение всего хода выпуска до минимального значения.
Если передаточное отношение цилиндрических зубчатых колес установить 2:1, то резко возрастет время процессов смесеобразования, сгорания, а также время перекрытия клапанов.
Для двухтактного двигателя увеличение времени процессов смесеобразования, сгорания и продувки достигается при передаточном отношении цилиндрических зубчатых колес 2:1. Сокращение времени процессов сжатия - смесеобразования - сгорания, расширения (для снижения выбросов окислов азота и потерь тепла в стенки рабочего цилиндра) и увеличение времени процессов газообмена будет получено при передаточном отношении 1:1.
Выполненные расчеты для двухтактного двигателя с поперечной продувкой, работающего по вышеописанному принципу при изменении передаточного отношения эллиптических зубчатых колес в пределах от 0,5 до 2,0, по сравнению с традиционным двигателем при прочих равных условиях показали, что время-сечение выпускных окон увеличилось в 1,4 раза, продувочных - в 1,5 раза, а время процессов смесеобразования и сгорания возросло в 1,8 раза. При этом соответствующим образом уменьшилось время протекания процессов сжатия и расширения. Время одного оборота коленчатого вала в обоих случаях оставалось постоянным.
Формула изобретения
Двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок с цилиндрами, в которых расположены поршни, связанные шатунами с коленчатыми валами, выходной вал, связанный с коленчатыми валами каждого цилиндра через зубчатые колеса с переменным передаточным отношением, и маховик, установленный на выходном валу, отличающийся тем, что зубчатые колеса с переменным передаточным отношением выполнены эллиптическими и связывают выходной вал с коленчатыми валами через обычные цилиндрические зубчатые колеса.
|
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ