Двигун і спосіб живлення двигуна силової установки транспортного засобу

1 Двигатель силовой установки транспортного средства, содержащий кривошипно-шатунный механизм, включающий блок цилиндров, головку блока с впускными и выхлопными отверстиями, в цилиндрах блока размещены поршни, шарнирно связанные через поршневые пальцы с шатунами, нижние концы которых подвижно закреплены с шейками коленчатого вала, на одном конце которого посажен маховик, на втором - шестерня, связанная в зацеплении с распределительным механизмом воздуха, включающая распределительный вал с кулачками, на котором посажена шестерня, входящая в зацепление с шестерней коленчатого вала кривошипно-шатунного механизма, над кулачками распределительного вала размещены толкатели через штанги, коромысла, передающие команду клапанами, перекрывающие впускные и выхлопные отверстия в головке блока с элементами подключения к системе питания, отличающийся тем, что накопительная полость(часть рабочего объема цилиндра) имеет объем, равный площади поршня на размер положения поршня в цилиндре h = 2-Ю мм, и образова ^ лежду нижней поверхностью головки блока и днищем поршня через угол поворота коленчатого вала с шестерней в зацеплении с шестерней распределительного вала с кулачками, на одном из которых последняя точка профилированной поверхности кулачка, в контакте с толкателем на клапан, позволяет впускному отверстию быть в открытом положении при рабочем такте 2 Способ питания двигателя силовой установки транспортного средства, где в качестве рабочего тела используется сжатый воздух с минимальным давлением 200 кг/см2 а источнике питания, который подается посредством магистрали в полость цилиндра двигателя через редуктор, снижающий давление до рабочего 20 -30 кг/см2, дозирующее устройство с механизмом управления, регулирующее расход в зависимости от режима работы двигателя, и через трубопровод к штуцеру камеры впускного отверстия с клапаном, отличающийся тем, что дозировку рабочей порции сжатого воздуха формируют непосредственно в цилиндре двигателя при ходе поршня от верхней мертвой точки и прекращают подачу сжатого воздуха перекрытием впускного отверстия клапаном при положении поршня h = 2-Юмм от верхней мертвой точки, при этом отсеченная рабочая порция сжатого воздуха с объемом, равным объему накопительной полости, перемещает поршень до нижней мертвой точки при закрытых впускном и выхлопном отверстиях в рабочем процессе Изобретение относится к области объемных расширительных машин, преобразующих потенциальную энергию сжатого воздуха в механическую и могут использоваться на машинах сельского хо зяйства, в сочетании с насосами, электросварочными и другими агрегатами, а также на транспортных средствах, в частности автомобильном транспорте Известна силовая установка транспортного средства, работающая на углеводородном топливе газ-метан с давлением 200 кг/см при заправке и выбрана в качестве прототипа, содержащая жиз необеспечивающую систему питания и двигатель внутреннего сгорания [ 1 ] Система питания включает секцию баллонов, связанных между собою трубопроводом, запорную арматуру с монометрами контроля, теплообменник, магистральный вентиль, фильтр с двухступенчатым редуктором, дюритовую трубку, связывающую двухступенчатый редуктор с карбюратором-смесителем и размещен на впускном и выпускном трубопроводе двигателя внутреннего сгорания Регулировка состава смеси осуществляется золотником, который расположен СМ О см до о см см 22052 в карбюраторе-смесителе при помощи кнопки и троса из кабины водителя. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий: кривошипношатунный механизм, включающий блок цилиндров, которые плотно закрыты головкой блока с впускными и выхлопными клапанными отверстиями, s цилиндрах блока размещены поршни, шарнирно связанные через поршневые пальцы с шатунами, нижние концы которых подвижно закреплены с шейками коленчатого вала, на одном конце которого посажен маховик, на втором - шестерня, связанная в зацеплении с распределительным механизмом /газа/, включающий распределительный вал с кулачками, на котором посажена шестерня, входящая в зацепление с шестерней коленчатого вала кривошипно-шатунного механизма, над кулачками распределительного вала располагаются толкатели через штанги, коромысла, передающие команду клапанам с пружинами, перекрывающие всасывающие и выхлопные отверстия в головке блока. По условиям рабочего цикла, двигатель внутреннего сгорания имеет за два оборота коленчатого вала в одном цилиндре четыре рабочих полости, всасывающую, сжатия, рабочую и выхлопную и определяются профилем кулачка распределительного вала, распределительного механизма /газа/ Как тепловой агрегат, двигатель внутреннего сгорания имеет систему зажигания и систему охлаждения. Способ питания двигателя внутреннего сгорания, где в качестве рабочего тела используют сжатый газ-метан с давлением 200 кг/см в источнике питания и магистраль подачи последнего в цилиндр двигателя через теплообменник с фильтром, где подогревают и очищают от механических примесей, двухступенчатый редуктор, в котором снижают до необходимого рабочего давления и через дюритовую трубку в карбюратор-смеситель, расположен на впускном трубопроводе двигателя Состав смеси, подаваемой в цилиндр, регулируют золотником в карбюраторе-смесителя кнопкой и тросом из кабины водителем. Рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания составлен из четырех операций или тактов за два оборота коленчатого вала и осуществляют профилированными кулачками на распределительном вале, распределительного механизма Лаза/двигателя [ 2 ]. Такт всасывания - положение поршня в цилиндре относительно ВМТ и НМТ составляет 236294° поворота коленчатого вала, в процессе всасывающее отверстие клапаном открыто, через которое происходит заполнение полости цилиндра зарядом горючей смеси из карбюратора-смесителя, до прихода поршня в ВМТ за 10-30° поворота коленчатого вала и закрыто после прихода поршня в НМТ с запаздыванием 46-83" поворота коленчатого вала. Такт сжатия - положение поршня от НМТ к ВМТ, поворот коленчатого вала составляет 180° в процессе закрыты всасывающие и выхлопные отверстия клапанами. Рабочий такт - /сгорание и расширение/ положение поршня от ВМТ к НМТ поворота коленчатого вала составляет 180°, в процессе закрыты всасывающие и выхлопные отверстия клапанами. Такт выхлопа - положение поршня в цилиндре от НМТ к ВМТ составляет 240-290° поворота коле нчатого вала, а процессе выхлопное отверстие клапаном открыто за 50-67° до прихода поршня в НМТ и закрыто после прихода поршня в ВМТ за 10-47° поворота коленчатого вала. После завершения такта выхлопа в цилиндре двигателя, рабочий процесс повторяется. Недостаток известных конструкций силовых установок с двигателями внутреннего сгорания в том, что они работают на углеводородном жидком или газообразном топливе и являются основными загрязнителями окружающей среды и атмосферы выхлопными газами, в которых имеются вредные соединения веществ, влияющие как на здоровье человека, так и на животный мир и растения Как тепловой агрегат, двигатель внутреннего сгорания имеет очень низкий коэффициент использования тепла из-за больших потерь в окружающую среду с охлаждением и выхлопными газами Недостатком является и то, что для нормальной работы двигателя требуется больше технологических систем, которые влияют на технико-эксплуатационные показатели при обслуживании транспортных средств. Двигатель внутреннего сгорания можно использовать, если произвести конструктивные изменения: по условиям рабочего процесса и параметра положения поршня, в цилиндре через угол поворота коленчатого вала, передаточного числа распределительных шестерней, связывающие через зацепление коленчатый вал и распределительный вал и перепрофилирование на нем кулачков, дающие команду всасывающим и выхлопным клапанам - можно достичь требуемого результата. Способ и конструкция системы питания используется с изменениями: добавляется другой конструкции дозирующее устройство с механизмом управления водителем, убирается теплообменник с фильтром и карбюратор-смеситель, так как рабочий процесс двигателя с использованием рабочего тела совершенно иные, а процесс получения рабочей порции сжатого воздуха осуществляется непосредственно в цилиндре двигателя. В основу изобретения поставлена задача создания жизнеспособной, экологически чистой силовой установки на транспортном средстве, за счет использования в качестве рабочего тела сжатый воздух высокого давления и отвечающая требованиям, силовая установка должна работать в автономном режиме при максимальных нагрузках в течение двух и более часов, емкости должны быть малогабаритные, но обеспечивающие хранение того количества рабочего тепла, необходимого для автономной работы и размещались без ущерба занимаемой полезной площади на транспортном средстве, двигатель должен быть экономичным по расходу рабочего тела, малогабаритным и простым в эксплуатации. Поставленная задача достигается тем, что в двигателе силовой установки транспортного средства, содержащем кривошипно-шатунньш механизм, включающий блок цилиндров, головку блока с впускными и выхлопными отверстиями, в цилиндрах блока размещены поршни, шарнирно связанные через поршневые пальцы с шатунами, нижние концы которых подвижно закреплены с шейками коленчатого вала, на одном конце которого посажен маховик, на втором - шестерня, связанная в зацеплении с распределительным механизмом воздуха, включающая ра 22052 определительный вал с кулачками, на котором посажена шестерня, входящая в зацепление с шестерней коленчатого вала кривошипно-шатунного механизма, над кулачками распределительного вала размещены толкатели через штанги, коромысла, передающие команду клапанами, перекрывающие впускные и выхлопные отверстия в головке блока с элементами подключения к системе питания, согласно изобретению, накопительная полость (часть рабочего объема цилиндра), имеет объем, равный площади поршня на размер положения поршня в цилиндре h = 2-Юмм, и образована между нижней поверхностью головки блока и днищем поршня через угол поворота коленчатого вала с шестерней в зацеплении с шестерней распределительного вала с кулачками, на одном из которых последняя точка профилированной поверхности кулачка, в контакте с толкателем на клапан, позволяет впускному отверстию быть в открытом положении при рабочем такте. Поставленная задача достигается тем, что в способе питания двигателя силовой установки транспортного средства, где в качестве рабочего тела используется сжатый воздух с минимальным давлением 200кг/см2 в источнике питания, который подается посредством магистрали в полость цилиндра двигателя через редуктор, снижающий давление до рабочего 20-30кг/см2, дозирующее устройство с механизмом управления, регулирующее расход в зависимости от режима работы двигателя, и через трубопровод к штуцеру камеры впускного отверстия с клапаном, согласно изобретению , дозировку рабочей порции сжатого воздуха формируют непосредственно в цилиндре двигателя при ходе поршня от верхней мертвой точки и прекращают подачу сжатого аоэдуха перекрытием впускного отверстия клапаном при положении поршня h = 2-1 Омм от верхней мертвой точки, при этом отсеченная рабочая порция сжатого воздуха с объемом, равным объему накопительной полости, перемещает поршень до нижней мертвой точки при закрытых впускном и выхлопном отверстиях в рабочем процессе. Использование рабочего тела, сжатого воздуха с минимальным давлением 200кг/см при заправке, выбран как наиболее дешевый вид энергоносителя по сравнению с другими газами, экологически чист и работа двигателя силовой установки транспортного средства не загрязняет атмосферу выхлопными газами, заправочное давление 200кг/см и больше позволяет выполнить емкости малогабаритными, обеспечивающими хранение того количества рабочего тела, необходимого для автономной работы без дозаправки в течение двух и более часов и разместить их на транспортном средстве без ущерба занимаемой полезной площади. Наличие накопительной полости при положении поршня h = 2-Юмм в цилиндре двигателя направлено на получение такой рабочей порции сжатого воздуха, потенциальная энергия которой при расширении в расширительной полости цилиндра, способна переместить поршень до НМТ с максимальным остаточным давлением при сбросе его в атмосферу, в конце рабочего такта, т.е. преобразовать потенциальную энергию рабочей порции сжатого воздуха накопительной полости в механическую работу поршня с наибольшим КПД. Сброс сжатого воздуха в атмосферу характеризуется остаточным давлением, который должен быть в пределах от 0-1,5кг/см2. От остаточного давления сжатого воздуха при сбросе в атмосферу зависит конструктивное выполнение объема накопительной полости, влияющая на расход рабочего сжатого воздуха двигателя и его работу в автономном режиме по времени. Если принимаем накопительную полость с положением поршня h = 10мм и меньше, то объем рабочей порции сжатого воздуха позволяет выполнить двигатель экономичным и с достаточной мощностью. В двигателях силовой установки транслортного средства отсутствуют системы охлаждения и зажигания, что позволяет конструктивно выполнить с минимальными габаритными размерами и прост в эксплуатации. Сопоставление заявленного технического решения с прототипом показывает: в предлагаемом двигателе силовой установки транспортного средства рабочий процесс осуществляется за один оборот коленчатого вала или за два такта, рабочий и выхлоп. Но рабочий такт состоит из перемещения поршня в накопительной полости цилиндра до положения поршня h =2-10мм, в котором формируется рабочая порция сжатого воздуха за счет подачи его из системы питания и перемещение поршня в расширительной полости до НМТ за счет потенциальной энергии рабочей порции сжатого воздуха накопительной полости. Выполняется распределительным механизмом /воздуха/, распределительного вала с кулачками, на одном из которых профилированная поверхность кулачка выполнена так, что при перемещении поршня от ВМТ до положения поршня h = 2-10мм клапаном впускное отверстие открыто, сжатый воздух из системы питания поступает в цилиндр, после положения поршня h = 2-Юмм впускное отверстие клапаном закрывается, прекращается подача сжатого воздуха в цилиндр. В двигателях внутреннего сгорания рабочий процесс осуществляется за четыре такта: рабочий, выхлоп, всасывающий и сжатие за два оборота коленчатого вала. Так как он является тепловым агрегатом, то процесс проходит по другим параметрам газораспределения и накопительной полости он не имеет. В предлагаемом способе питания двигателя силовой установки транспортного средства используется рабочее тело - сжатый воздух с минимальным давлением 200кг/см2 при заправке, являющейся экологически чистым энергоносителем и при работе двигателя не загрязняет выхлопными газами атмосферу. В силовой установке прототипа используют рабочее тело углеводородное топливо газ-метан с давлением 200кг/см при заправке. Таким образом, заявленная силовая установка транспортного средства по использованию рабочего тела, сжатый воздух с давлением 200кг/см2 и больше, в сочетании с наличием в цилиндре двигателя накопительной полости при рабочем такте рабочего процесса с объемом равном площади цилиндра на размер положения поршня h = 2-Юмм от ВМТ и способ формирования рабочей порции сжатого воздуха в цилиндре, потенциальная энергия, которая преобразуется в механическую работу поршня, соответствует поставленной задаче. При сравнении заявленного технического решения с другими извест 22052 ными техническими решениями в данной области техника /силовые установки, работающие на жидком углеводородном топливе, пневматический инструмент с поршневыми двигателями и другие/ не обнаружены решения, обладающие сходными признаками, а если и есть - то не дающие того положительного результата поставленной задаче. На чертеже изображен двигатель и система питания двигателя силовой установки транспортного средства. Двигатель силовой установки транспортного средства состоит из блока 1 с цилиндрами 2, головки 3 блока 1, картера 4, клапанной крышки 5, в цилиндре 2 размещен поршень 6, который воспринимает давление сжатого воздуха при рабочем такте и передает его через поршневой палец 7, шатун 8 коленчатому валу 9, на конце которого посажен маховик 10. Коленчатый вал 9 через сидящую на втором конце шестерню взаимодействует в зацеплении с шестерней распределительного вала 11 /шестерни коленчатого вала и распределительного вала на чертеже не показаны/. Распределительный вал 11 механизма распределения воздуха имеет профилированные кулачки 12, взаимодействующие через толкатели 13 с коромыслами 14 и осями 15 на клапан 16, выхлопного отверстия 17 и клапан 18 впускного отверстия 19 со штуцером 20 для присоединения к системе питания. В цилиндре 2 двигателя выполнена накопительная полость 21, образованная между внутренней поверхностью 22 головке 3 блока 1 и днищем поршня 6 с размером положения поршня h = 2-1 Омм от ВМТ и определена перекрытием отверстия 19 впускным клапаном 18 через угол поворота коленчатого вала 9 и профилем кулачка 12 распределительного вала 11 распределительного механизма воздуха при рабочем такте, рабочего процесса двигателя. К штуцеру 20 подключена система питания двигателя силовой установки транспортного средства, состоящая из трубопровода 23, подключенного к дозирующему устройству 24 с механизмом управления 25. Дозирующее устройство 24 воздухопроводом 26 соединен с редуктором 27 и манометрами контроля 28, выходное отверстие редуктора 27 соединено воздухопроводами 29 через вентили 30 и 31 с емкостями бака 32, имеющие манометры контроля 28 и приспособление 33 для заполнения сжатым воздухом при заправке. Силовая установка транспортного средства работает следующим образом. Из емкости бака 32 со сжатым воздухом с давлением 200 кг/см и больше при заправке через вентили 31 и 30 по трубопроводу 29 поступает в редуктор 27, где редуцируется и попадает с постоянным рабочим давлением 20-30кг/см2 в дозирующее устройство 24. В зависимости от требуемого режима работы двигателя, что зависит от установки механизма управления 25 в необходимое положение водителем, сжатый воздух поступает в количественном значении через впускное отверстие 19, когда клапан 18 открыт и поршень 6 находится в верхней мертвой точке, в накопительную полость 21, при рабочем такте до момента, когда поршень 6 переместится на размер хода h = 2-1 Омм через угол поворота коленчатого вала 9, распределительные шестерни и определяющим профилем кулачка 12 распределительного вала 11 в контакте с толкателем 13, коромысла 14 перекроет отверстие 19 впускным клапаном 18, тем самым перекроется поступление сжатого воздуха из системы питания в накопительную полость 21. Объем отсеченной порции сжатого воздуха с рабочим давлением, находясь в накопительной полости 21, расширяясь в расширительной полости цилиндра 2, продолжает воздействовать на поршень 6 и перемещает его до нижней мертвой точки с падением давления, чем и достигается поворот копенчатого вала 9 на 180°, при рабочем такте. За счет маховика 10 и коленчатого вала 9 поршень 6 из нижней мертвой точки через кулачок 12 распределительного вала 11 в контакте с толкателем 13 через коромысло 14 и клапан 16 откроет выхлопное отверстие 17 и при перемещении поршня 6 до верхней мертвой точки полость цилиндра 2 освободиться от остаточного давления при такте выхлопа. Полный рабочий процесс у двигателя силовой установки транспортного средства проходит за один оборот или за 360° поворота коленчатого вала 9. Использование силовой установки на транспортных средствах, в частности автомобиле, дает возможность исключить загрязнение выхлопными газами окружающей среды и атмосферы. Решить вопрос экономии углеводородного топлива за счет разницы сжигания его на электростанциях и после этого получения сжатого воздуха в каждом конкретном автомобиле с двигателем внутреннего сгорания. Повышается технико-эксплуатационный показатель за счет отсутствия систем охлаждения, зажигания и выхлопа отработанных газов в атмосферу. 22052 Фиг. ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Бульв Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 Підписано до друку *•?» 03. 2001 р Формат 60x84 1/8 Обсяг О{ б обл -вид арк Тираж 50 прим Зам 3^L УкрІНТЕІ Вул Горького, 180, Киш, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22