Тритактний двоциліндровий двигун внутрішнього згоряння

Реферат: UA 92135 U UA 92135 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Тритактний двоциліндровий двигун внутрішнього згоряння. Додаток "згоряння" вжитий у назві корисної моделі замість звичайного "згоряння" на мій погляд точніше пояснює процеси, котрі відбуваються в циліндрі під час роботи двигуна. На цю користь вказує також назва частини двигуна - свічка запалення. Корисна модель належить до інжекторних циліндрових двигунів внутрішнього згоряння (ДВС) та може бути використана при виробництві двигунів для будь-якої автономної системи, відокремленої від зовнішніх джерел енергії, зокрема, для усіляких видів транспорту та самохідної зброї. Розглянемо роботу класичної моделі сучасного двигуна внутрішнього згоряння. Суть роботи класичної моделі ДВС пояснює креслення, де на фіг 1.1. зображено: 1 - циліндр (блок циліндрів), 2 - поршень, 3 - головка циліндра (блока), 4 - клапан впуску, 5 - свічка запалення, 6 - вихлопний клапан. Відомо, що праця ДВС заснована на використанні циклу Карно. (Дивись на приклад Богданов С.Н. и другие "Автомобильные двигатели издательства "Машиностроение" Москва 1987). Цикл Карно складається із 4-х тактів: всмоктування, стиснення, робочий хід, вихлоп. 1-й такт - всмоктування (дивись фіг. 1.1. - такт впуск). Під час цього такту поршень 2 рухається униз, а через відчинений впускний клапан 4 у циліндр надходить свіже повітря. По досягненні поршнем положення нижньої "мертвої" точки (НМТ) впускний клапан 4 зачиняється - перший такт завершений. 2-й такт - стиснення (дивись фіг. 1.1 - такт стискання). Під час другого такту обидва клапани зачинені, а поршень рухається від НМТ до положення верхньої "мертвої" точки (ВМТ), при цьому у циліндрі відбувається стиснення спочатку чистого повітря, а після вприску палива - паливно-повітряної робочої суміші. Наприкінці такту стиснення (10° до ВМТ оберта колінвала) відбувається запалення робочої суміші свічкою запалення 5. По досягненні поршнем ВМТ завершується другий такт роботи двигуна. 3-й такт - робочий хід (дивись фіг. 1.1. - такт робочий хід). Під час цього такту обидва клапани зачинені, поршень рухається під тиском розпечених газів від ВМТ до НМТ. По досягненні поршнем положення НМТ завершується третій такт циклу Карно. 4-й такт - вихлоп (дивись фіг. 1.1. - такт випуск). Під час цього такту поршень рухається від НМТ до ВМТ, при цьому у відчинений вихлопний клапан 6 з циліндра витискаються розпечені, відпрацьовані гази. По досягненні поршнем положення ВМТ завершується 4-й такт, а з цим і весь цикл роботи двигуна. Далі починається все спочатку: всмоктування, стиснення і т.д. Цілком зрозуміло, щоб кожної миті бодай в одному циліндрі двигуна відбувався такт "робочий хід" - двигун має мати чотири циліндри. Тому ці двигуни звуться чотиритактними, чотирициліндровими. Ці двигуни, не дивлячись на позитивні якості мають два суттєвих недоліки: перше - малий коефіцієнт корисної дії (ККД); друге - неповна вентиляція циліндрів. Умовно назвемо циліндр, у котрому відбувається такт "рабочий ход" - робочим, а циліндри з іншими тактами - підготовчими. По цьому співвідношення робочих циліндрів до загальної 1 кількості циліндрів у класичної моделі двигуна дорівнює /4. Тобто на один циліндр з тактом "робочий" хід, під час котрого двигуном виконується корисна робота, припадає три циліндри з підготовчими тактами, які потребують внутрішніх витрат енергії, що значно зменшує ККД двигуна. Другий недолік пов'язаний з тим, що під час такту "вихлоп" частина об'єму циліндра (приблизно 10 %) розташованого поміж днищем поршня, котрий знаходиться в положенні ВМТ і вихлопним клапаном 6 (дивись фіг. 1.1 - такт випуск) завжди лишається заповненим найбільш важкими фракціями відпрацьованих газів. Відомі спроби підвищення ККД двигуна за рахунок використання теплової енергії відпрацьованих газів (дивись на приклад Патент США № 448 9560 від 12.1984 р.). у цьому випадку тепло вихлопних газів за допомогою однобічного конвектора (дивись Патент США № 3 859 789 від 01.1975 р.) гріє свіже повітря, котре за допомогою компресору з добавленням палива або без нього вприскується у циліндри. При цьому незначне збільшення ККД двигуна досягаються значним ускладненням конструкції двигуна. Найбільш близьким за сукупністю ознак та технічним результатом до 1 UA 92135 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 корисної моделі, що заявляється, є двигун Дайєра. (Дивись Патент США № 1 339 176 від 05.1920 р.). Двигун складається з циліндра, головки циліндра, поршня, клапанів впуску та випуску, свічки запалення та системи вприскування води. У цьому двигуні, після такту "робочий хід" відбувається другий такт "стиснення". Під час цього такту у циліндрі відбувається стиснення відпрацьованих газів. Наприкінці другого такту стиснення у циліндр вприскується дистильована вода. Температура газів у циліндрі досягає приблизно 2000°. Вода в циліндрі миттєво випаровується - тиск миттєво зростає. Після проходження поршнем ВМТ у циліндрі відбувається другий такт "робочий хід". По досягненні поршнем нижньої "мертвої точки" такт другий "робочий хід" - завершується. Після проходження поршнем НМТ у циліндрі починається звичайний такт "вихлоп". Завдяки цьому, співвідношення робочих циліндрів до загальної кількості циліндрів у двигуна Дайєра дорівнює 1/3. Тобто на один робочий циліндр припадатиме два підготовчих циліндри. Однак, для досягнення цих показників двигун має мати не чотири циліндри, а шість, а також додаткову систему вприскування у циліндри дистильованої води під високим тиском. В основу корисної моделі поставлена задача - підвищити корисну дію двигуна за рахунок зменшення внутрішніх витрат енергії. Для вирішення поставленої задачі двигун, що складається (дивись фіг. 1.2) з циліндра - 1, поршня - 2, головки циліндра - 3, впускного клапана - 4, свічки запалення - 5, вихлопного клапана - 6, відповідно до корисної моделі має продувний клапан - 7, та змінений цикл роботи. Продувний клапан може бути однобічним або двобічним, та матиме щілиноподібний вигляд. Розташовується продувний клапан трохи вище днища поршня, який знаходиться у положенні "нижньої мертвої" точки (НМТ), таким чином, що його більша вісь паралельна днищу поршня. Також, у роботі пропонованого двигуна відсутній такт "всмоктування". У пропонованому двигуні співвідношення кількості робочих циліндрів до загальної кількості 1 циліндрів дорівнює /2. Пояснимо дію пропонованого двигуна за допомогою фіг. 1.2. Робота двигуна відбувається таким чином. При наближенні поршня до нижньої "мертвої" точки відчиняється продувний клапан - 7, при цьому з циліндра видаляються найбільш важкі фракції відпрацьованих газів. По досягненні поршнем нижньої "мертвої" точки відчиняється вихлопний клапан - 6. Починається вентиляція циліндра від продуктів згоряння. Вентиляція циліндрів може проходити по декільком варіантам. 1 варіант - усі клапани циліндра поєднуються з атмосферою. При цьому вентиляція циліндра відбувається за рахунок теплового переміщення відпрацьованих газів та свіжого повітря. 2 варіант - клапан - 6 поєднується з каналом малого тиску (менш атмосферного), а клапан 7 поєднується з атмосферою. При цьому вентиляція циліндра відбувається як за рахунок теплового переміщення потоків газів, так і за рахунок різниці тисків. 3 варіант - клапан 6 поєднується з каналом більшого тиску, а продувний клапан 7 - з атмосферою. 4 варіант вихлопний клапан 6 з'єднується з атмосферою, продувний клапан 7 з'єднується з каналом малого тиску. 5 варіант - вихлопний клапан 6 з'єднується з каналом більшого тиску, а продувний клапан 7 з каналом малого тиску. Вентиляція циліндрів у варіантах 3, 4, 5 відбувається, як у варіанті 2. В подальшому описі матимемо на увазі 5 варіант вентиляції циліндрів. Після проходження нижньої "мертвої" точки поршень починає рухатися вгору. По досягненні верхнім компресійним кільцем поршня нижньої кромки продувного клапана - останній зачиняється, потім зачиняється клапан 6 і починається такт стиснення. Після вприску палива подальша робота двигуна не відрізняється від роботи класичної моделі. Наприкінці такту стиснення відбувається запалення робочої суміші свічкою запалення - 5, а після проходження поршнем верхньої "мертвої" точки у циліндрі починається такт "робочий хід". Після закінчення такту "робочий хід" цикл роботи двигуна завершується і далі починається все спочатку; вентиляція циліндра, стиснення робочої суміші, робочий хід. 55 2 UA 92135 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Тритактний двоциліндровий двигун внутрішнього згоряння, що містить циліндр, поршень, головку циліндра, клапан впуску, свічку запалення, вихлопний клапан, який відрізняється тим, що має продувний клапан, котрий може бути однобічним або двобічним, матиме щілиноподібний вигляд, розташований трохи вище днища поршня, що знаходиться у положенні нижньої "мертвої точки" таким чином, що його більша вісь паралельна днищу поршня. 3 UA 92135 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 4