Шеститактовий двигун внутрішнього згоряння з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари

Реферат: Шеститактовий двигун внутрішнього згоряння з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари містить зірочко-ланцюгові механізми передачі крутного моменту на шестеренчасті передачі, газорозподільний механізм (з випускними клапанами у головці блока та у випускному трубопроводі), механізми системи мащення, запалювання, запуску, живлення паливом, повітрям, водою (з ємністю для води, насосом, форсунками впорскування води у відпрацьовані гази та на гільзи і головки циліндрів), такти впускання, стискання, робочого ходу, випуску відпрацьованих газів у закритий простір гільзи циліндрів та головки блока, другий робочий хід, випуск відпрацьованих газів та пари у навколишнє середовище. UA 75767 U (12) UA 75767 U UA 75767 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до джерел та перетворювачів енергії (двигунів внутрішнього згоряння). Застосування шеститактових двигунів внутрішнього згоряння без колінчастого вала з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари, що утворюється від впорскування води у відпрацьовані гази, на зовнішні поверхні гільзи та головки циліндрів, здійснюючи охолодження цих елементів, дає можливість значно зменшити витрати палива та підвищити коефіцієнт корисної дії двигуна внутрішнього згоряння за рахунок використання тепла відпрацьованих газів та тепла, яке у звичайних двигунах внутрішнього згоряння відбиралось системою охолодження і не використовувалось. Відсутність колінчастого вала та стандартних елементів системи охолодження значно зменшує масу та габаритні розміри двигуна. У всіх сучасних двигунах внутрішнього згоряння ефективність згоряння палива складає біля 75 %, термічний коефіцієнт корисної дії становить близько 0,35-40 % і біля 65 % теплової енергії не використовується і відправляється системою охолодження та разом з відпрацьованими газами у атмосферу, механічний коефіцієнт корисної дії становить біля 90 %. Частина енергії витрачається двигуном для приводу насоса та вентилятора системи охолодження, тощо. В результаті коефіцієнт корисної дії сучасного поршневого двигуна складає біля 30 %. Використання колінчастого вала також не дає можливості у повній мірі використати енергію згоряння пальної суміші, так як при згорянні пальної суміші плече сили крутного моменту змінюється від 0 у верхніх та нижніх мертвих точках до розміру радіусу кривошипу під час повороту колінчастого вала на 90° від верхньої мертвої точки під час робочого ходу. Значна частина тиску газів передається на вісь колінчастого вала. Крутний момент збільшується тільки при повороту колінчастого вала на 30°-35°. Під час руху поршня при робочому ході до нижньої мертвої точки, тиск газів знижується. Максимальний крутний момент буде тільки тоді, коли кут між напрямом прикладання сили від тиску газів та радіусом кривошипа становитиме біля 90°. При цьому в цей момент на стінки циліндрів діє значна сила тертя. Використання колінчастого вала приводить до значного збільшення маси двигуна. Всі наведені вище дані приводить до значних витрат палива. Удосконалення конструкції газорозподільних, кривошипно-шатунних механізмів і систем та впровадження електронних систем керування поршневих двигунів внутрішнього згоряння привели до значного ускладнення конструкції і підвищення собівартості їх виготовлення, але значного підвищення коефіцієнта корисної дії та зниження витрат палива досягнути не вдалось. Впорскування води в камеру згоряння не дозволяє використати тепло відпрацьованих газів і приводить до потрапляння води в систему мащення, що визиває необхідність очищення масла та значно ускладнює роботу шести тактових поршневих двигунів внутрішнього згоряння (були спроби створення двигуна з впорскуванням води у камеру згоряння Баюласом, Кроуером). Пропонується шеститактовий двигун внутрішнього згоряння, який представляє стандартний поршневий чотиритактовий двигун внутрішнього згоряння, але без стандартної системи охолодження та без колінчастого вала, який замінений ланцюговою передачею крутного моменту та використанням двох додаткових тактів (другого робочого ходу та випуску пару та відпрацьованих газів) та енергії пари, що утворюється від впорскування води у відпрацьовані гази та на зовнішні поверхні гільзи і головки циліндрів. Температура горіння робочої суміші може сягати до 3000°, а температура відпрацьованих газів до 800°-1100°. Впорскування за допомогою форсунок води у відпрацьовані гази та на гарячі зовнішні поверхні гільзи циліндрів і головки циліндрів приводить до створення пари, яка під тиском надходить через два випускні клапани в циліндр, заставляючи поршень рухатись до нижньої мертвої точки, та одночасно забезпечується охолодження цих елементів, що дає можливість значно зменшити витрати палива та підвищити коефіцієнт корисної дії двигуна внутрішнього згоряння за рахунок використання тепла відпрацьованих газів та тепла, яке у звичайних двигунах внутрішнього згоряння відбиралось системою охолодження і не використовувалось. Відсутність колінчастого вала та стандартних елементів системи охолодження значно зменшує масу та габаритні розміри двигуна. Встановлення ланцюгової передачі крутного моменту забезпечує постійне плече крутного моменту майже на всій протяжності руху поршня від верхньої до нижньої мертвих точок. Відсутність стандартної системи охолодження зменшує витрати енергії двигуна на привод вентилятора та насоса циркуляції охолоджувальної рідини. Система мащення в таких двигунах може не встановлюватися. Для зменшення вібраційних навантажень від поршня та шатуна у нижній частині двигуна у кожному циліндрі вставлені пружні елементи (пружинного або ресорного типу). Привод клапанів здійснюється від удосконалених розподільних валів (може бути електричним) з електронною системою керування. 1 UA 75767 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Все вище запропоноване може підвищити коефіцієнт корисної дії поршневого двигуна внутрішнього згоряння та зменшити витрати палива до двох разів. Аналоги корисної моделі шеститактового двигуна внутрішнього згоряння без колінчастого вала з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари нам невідомі. Значне підвищення коефіцієнта корисної дії і зменшення витрат палива, маси та габаритних розмірів поршневого двигуна внутрішнього згоряння за рахунок використання тепла відпрацьованих газів та тепла, яке у звичайних двигунах внутрішнього згоряння відбирається системою охолодження та не використовується, забезпечення постійного плеча крутного моменту на всьому шляху руху поршня від верхньої до нижньої мертвих точок за рахунок застосування ланцюгової передачі крутного моменту замість колінчастого вала. Перелік фігур креслення: 1. Загальний вигляд у повздовжньому розрізі шеститактового поршневого двигуна внутрішнього згоряння без колінчастого вала з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари наведено на фіг. 1. На фіг. 1. у статичному стані зображено шеститактовий поршневий двигун внутрішнього згоряння без колінчастого вала з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари. Значення позначень фіг. 1:1 (20) - шестірня вихідного вала з маховиком; 2 (21) - шестірня передачі крутного моменту з ланцюгової передачі на шестірню вихідного вала; 3 (18) - зірочки ланцюгової передачі крутного моменту; 4 - зірочки ланцюгового приводу розподільних валів; 5 форсунки впорскування води; 6 - впускний клапан; 7 - свічка запалювання; 8 - кулачки розподільного вала; 9 - головка блока циліндрів; 10 - випускний клапан випускного трубопроводу; 11 - форсунка впорскування палива; 12 - випускний клапан газів з циліндрів; 13 поршень; 14 - зовнішній циліндр герметизації гільзи; 15 - гільза циліндра; 16 - шатун; 17 поперечина шатуна; 19 - маховик; 22 - вихідний вал з маховиком; 23 - вали зірочок 3 (18); 24картер; А - закритий простір головки блока циліндрів над камерою згоряння, що поєднаний з закритим простором навколо гільзи циліндра, але не поєднаний з простором головки блока над іншими циліндрами; Б - закритий простір навколо гільзи циліндра, що поєднаний з закритим простором головки блока циліндра над камерою згоряння, але не поєднаний з простором інших гільз циліндрів; 2. Загальний вигляд у повздовжньому розрізі одного з циліндрів шеститактового поршневого двигуна внутрішнього згоряння без колінчастого вала з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари наведено на фіг. 2. На фіг. 2. у статичному стані зображено початок робочого ходу у одному з циліндрів шеститактового поршневого двигуна внутрішнього згоряння без колінчастого вала з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари. 3. Загальний вигляд у повздовжньому розрізі одного з циліндрів шеститактового поршневого двигуна внутрішнього згоряння без колінчастого вала з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари перед початком випуску відпрацьованих газів (четвертий такт) наведено на фіг. 3. На фіг. 3, коли поршень 13 знаходиться у нижній мертвій точці, показано початок випуску відпрацьованих газів у простір навколо циліндра Б та навколо головки блока циліндра А. Випускні клапани 12 відкриті, випускний клапан 10 закритий. Випуск усіх відпрацьованих газів здійснюється тільки у навколо циліндровий простір. Навколо циліндровий простір А і Б в сумі біля 1,5-2 раз перевищує суму об'ємів робочого та камери згоряння. 4. Загальний вигляд у поперечному розрізі одного з циліндрів шеститактового поршневого двигуна внутрішнього згоряння без колінчастого вала з зубчастою передачею крутного моменту та використанням енергії пари перед початком другого робочого ходу від тиску пари (п'ятий такт) наведено на фіг. 4. На фіг. 4, коли поршень 13 знаходиться у верхній мертвій точці, здійснюється впорскування чотирма форсунками 5 води на гарячі поверхні та в гази у навколо циліндровому просторі А, Б і створюється пара з великим тиском, який надходить через відкриті клапани 12 у надпоршневий простір, заставляючи поршень рухатись до нижньої мертвої точки. Клапан 10 в ході робочого ходу від тиску пари (п'ятий такт) закритий. 5. Загальний вигляд у поперечному розрізі одного з циліндрів шеститактового поршневого двигуна внутрішнього згоряння без колінчастого вала з зубчастою передачею крутного моменту та використанням енергії пари перед початком випуску відпрацьованих газів в атмосферу (шостий такт). 2 UA 75767 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 5, коли поршень 13 знаходиться у нижній мертвій точці, показано початок випуску відпрацьованих газів у атмосферу. Випускні клапани 12 відкриті, випускний клапан 10 відкритий. Відпрацьовані гази та пара випускається у атмосферу. Принцип дії Шеститактовий двигун внутрішнього згоряння без колінчастого вала з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари під час здійснення перших чотирьох тактів працює, як звичайний чотиритактовий поршневий двигун внутрішнього згоряння, тобто здійснюється впускання пальної суміші (повітря), стискання, згоряння та робочий хід, випуск відпрацьованих газів. Далі відпрацьовані гази через перші випускні клапани 12 виштовхуються у навколишній закритий простір навколо циліндрів Б та головки блока А, не виходячи у випускний трубопровід за рахунок закритого третього клапана 10 випуску відпрацьованих газів у випускний трубопровід. По закінченні виштовхування відпрацьованих газів та закритті випускного клапана 10 здійснюється впорскування води у виштовхнуті в навколо циліндровий закритий простір відпрацьовані гази та на зовнішні поверхні стінки циліндра Б і головки блока циліндра (циліндрів) А, що приводить до створення пари з великим тиском і охолодження циліндра та головки блока 9. Під час знаходження поршня 13 у верхній мертвій точці та початку руху до нижньої мертвої точки відкриваються два випускні клапани 12 і пара під великим тиском надходить у надпоршневий простір і здійснюється другий робочий хід (п'ятий такт). В цей час третій випускний клапан 10 закритий. При досягненні поршнем нижньої мертвої точки додатково відкривається третій випускний клапан 10 і здійснюється видалення поршнем 13 суміші відпрацьованих газів та пари у навколишнє середовище (шостий такт). Такі такти та процеси здійснюються почергово у кожному циліндрі та позациліндровому закритому просторі. Керування вчасним відкриттям (закриттям) клапанів з електричним приводом здійснює електронна система. Оптимальне значення температури та тиску пари з відпрацьованими газами та подачу палива здійснює електронна автоматична система керування, а встановлені у зовнішній частині навколо циліндрового простору та головки блока 9 датчики температури та тиску подають сигнали до електронної системи і забезпечують підтримання заданої температури шляхом збільшення (зменшення) кількості води, що впорскується та збільшення (зменшення) подачі палива. Тиск газів під час горіння та робочого ходу через поршень передається на шатун 16 з поперечним важелем 17, та на ланцюги, до яких прикріплені кінці поперечного важеля 17 шатуна 16. Кінці важеля 17 в місцях кріплення до ланцюгів можуть пересуватися по колу відносно ланцюгів. Оскільки ланцюги знаходяться на зірочках 3 (18), то плече крутного моменту майже протягом всього руху поршня 13 від верхньої до нижньої мертвої точки остається постійне. 3 зірочок 3 (18) крутний момент через шестерні 2 (21) та 1 (20) передається на вихідний вал 22 з маховиком 19. Джерела інформації: 1. М.Ю. Основенко, В.П. Сахно. Автомобілі. Навчальний посібник, 1992 р. 2. В.І. Сирота, В.П. Сахно. Автомобілі. Основи конструкції, теорія. Навчальний посібник, 2007 р. 3. В.В. Осепчугов, А.К. Фрумкин. Автомобиль. Анализ конструкции, элементы расчета. Учебник. - Машиностроение, 1989.-304 с. 4. Н.Н. Вишняков и другие. Автомобиль. Основы конструкции. Учебник. 5. Сахно В.П., Безбородова Г.Б., Маяк М.М., Шарай С.М. Автомобілі. Тягово-швидкісні властивості та паливна економічність: Навч. посібник. - К.: В-во "КВІЦ", 2004.-174 с. 6. Ф.І. Абрамчук, Ю.Ф. Гутаревич, К.Є. Долганов, І.І. Тимченко Автомобільні двигуни. Підручник. - В-во Арістей, 2006.-476 с. 7. О.В. Баженов та інші. Гібридні автомобілі. Монографія. - ХНАДУ, 2008.-327 с. 8. А.С. Орлик и другие. Двигатели внутреннего сгорания. Учебник, 1970.-383 с. 9. В.І. Сирота. Основи конструкції автомобілів. Навчальний посібник. - В-во Арістей, 2006.280 с. 10. Иванов A.M., Солнцев А.И., Гаевский В.В. и др. Основы конструкции автомобиля. Учебное пособие для ВУЗов. - изд. "За рульом", 2005.-336 с. 11. Михайловский У.В., Серебряков К.Б., Тур У.Я. Устройство автомобіля. Учебник. - М.: Машиностроение, 1987.-352 с. 12. Програми самонавчання з вивчення конструкції та принципу дії елементів конструкції автомобіля. 3 UA 75767 U Примітка: Всі вище наведені джерела інформації: не містять інформації про шеститактовий двигун внутрішнього згоряння без колінчастого вала з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари. 5 10 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Шеститактовий двигун внутрішнього згоряння з ланцюговою передачею крутного моменту та використанням енергії пари, який характеризується тим, що містить зірочко-ланцюгові механізми передачі крутного моменту на шестеренчасті передачі, газорозподільний механізм (з випускними клапанами у головці блока та у випускному трубопроводі), механізми системи мащення, запалювання, запуску, живлення паливом, повітрям, водою (з ємністю для води, насосом, форсунками впорскування води у відпрацьовані гази та на гільзи і головки циліндрів), такти впускання, стискання, робочого ходу, випуску відпрацьованих газів у закритий простір гільзи циліндрів та головки блока, другий робочий хід, випуск відпрацьованих газів та пари у навколишнє середовище. 4 UA 75767 U 5 UA 75767 U 6 UA 75767 U 7 UA 75767 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8