Двигатель внутреннего сгорания

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Лебедев Леонид Григорьевич(72) Автор Лебедев Леонид Григорьевич(73) Патентообладатель Лебедев Леонид Григорьевич(57) Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с выпускным окном, обратным лепестковым клапаном для подачи рабочей смеси, продувочным каналом и свечой, отличающийся тем, что содержит сборный копир-маховик, состоящий из двух симметричных дисковых частей, на каждой из которых выполнен эллипсный паз в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения расположены два поршня, имеющие пальцы, которые шарнирно с возможностью перемещения установлены в пазах сборного копир-маховика, имеющего возможность вращения. 16861 1 2013.02.28 Изобретение относится к машиностроительной промышленности, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в качестве силовой установки для транспортных средств и других видов техники. В бензиновых двигателях внутреннего сгорания (далее ДВС) тепловая энергия сгораемого в цилиндрах топлива преобразуется в механическую. Смесь топлива и воздуха, она же рабочая смесь, приготовленная в карбюраторе, поступает в цилиндры двигателя, затем сжимается поршнем и воспламеняется искрой от свечи зажигания. При сгорании смеси расширяющиеся газы давят с большой силой на расположенный в цилиндре поршень 1. Возвратно-поступательное движение поршня, воспринимающего давление газов, преобразуется во вращение коленчатого вала посредством кривошипно-шатунного механизма. Этот механизм состоит из поршневого пальца, входящего в поршень и шарнирно связанного с шатуном, шатуна, коленчатого вала и маховика, закрепленного на одном из его концов. Маховик сглаживает неравномерность вращения вала и аккумулирует кинетическую энергию, необходимую для движения поршня в цилиндре во время нерабочих тактов. По способу работы бензиновые ДВС подразделяются на 2- и 4-тактные, причем у обоих имеются как достоинства, так и недостатки. 2-тактные ДВС конструктивно проще 4-тактных, поскольку у них нет механизма управления клапанами и системы смазки под давлением, но их использование ограничено в связи с ужесточением экологических норм. Преимущество 4-тактных двигателей в протекании крутящего момента большей экономичности, и, что самое главное, несмотря на то, что только один рабочий ход поршня происходит за два оборота коленчатого вала и, соответственно, маховика. Наиболее близким аналогом изобретения является 2-тактный ДВС. В 2-тактных двигателях, в отличие от 4-тактных, один оборот коленчатого вала и, соответственно, маховика совершается за один рабочий ход поршня. Другая их особенность - отсутствие клапанов (впускных и выпускных) с механическим приводом. Роль клапанов выполняет сам поршень, открывая и закрывая специальные окна на поверхности цилиндра. Подпоршневое пространство также используется для газообмена. Существующий 2-тактный двигатель содержит как минимум один цилиндр, один поршень, головку цилиндра со свечой для воспламенения рабочей смеси, кривошипношатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала и, соответственно, маховика, выпускное окно на поверхности цилиндра для выпуска отработанных газов и продувочные окна и каналы для продувки и наполнения цилиндра рабочей смесью. Современные 2-тактные ДВС имеют многоканальную (3-7 каналов) возвратнопетлевую продувку. Кроме того, на входе в цилиндр ставят обратный пластинчатый (лепестковый) клапан, которым управляет разрежение в картере (подпоршневом пространстве двигателя). Во время впуска, когда поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, в картер под действием разрежения в подпоршневом пространстве пластинки клапана открывают проход рабочей смеси от карбюратора. При обратном движении поршня, во время продувки, избыточное давление в картере закрывает пластины клапана, препятствуя обратному выбросу смеси из картера в карбюратор. Ввиду близко расположенных в цилиндре выпускного и продувочных окон некоторая часть рабочей смеси уходит с отработанными газами, поэтому 2-тактные двигатели проигрывают в экономичности 4-тактным. Известен двигатель внутреннего сгорания, включающий шатунно-поршневую систему преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. ДВС содержит размещенный в головке цилиндра подпружиненный дополнительный поршень, кинематически связанный с кулачком, выполненным с возможностью перемещения дополнительного поршня вниз со скоростью большей, чем скорость поршня, обеспечивая максимальную степень сжатия в камере сгорания в момент зажига 2 16861 1 2013.02.28 ния не в верхней мертвой точке, а при повороте кривошипа коленчатого вала от вертикального положения на угол, значение которого составляет от 18 до 22 для карбюраторных двигателей или от 25 до 30 для дизельных двигателей 2. Недостатком известного ДВС является расходование доли мощности двигателя на преодоление дополнительного давления в цилиндре, что снижает эффективность работы ДВС. Кроме этого очень сложно технически выполнить подачу топливной смеси и отвод отработанных газов под клапаны, находящиеся в подвижном поршне. Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в усовершенствовании работы двигателя внутреннего сгорания, повышении к.п.д. и экономичности бензиновых ДВС. Технический результат при этом заключается в увеличении мощности двигателя внутреннего сгорания при неизменном количестве потребляемого топлива. Поставленная задача решается следующим образом предлагаемый двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра с выпускным окном, обратным лепестковым клапаном, продувочным каналом и свечой, в котором размещены с возможностью возвратнопоступательного движения два поршня, обеспечивающие вращательной движение сборного копир-маховика посредством шарнирно вставленных в пазы копир-маховика пальцев. Сущность изобретения поясняется следующими фигурами. На фиг. 1 изображен вид сверху предлагаемого ДВС, где 1 - цилиндр, 2 - поршень, 3 - палец, 4 - копир-маховик, 5 обратный лепестковый клапан, 6 - продувочный канал с окном на внутренней поверхности цилиндра, 7 - выпускное окно для выпуска отработанных газов, 8 - свеча для воспламенения рабочей смеси. На фиг. 2 изображен вид сбоку ДВС, один копир-маховик условно снят, цилиндр изображен в разрезе, лепестковый клапан, выпускное окно не видны. На фиг. 3 представлена 4-лепестковая форма паза сборного копир-маховика. Двигатель внутреннего сгорания включает сборный копир-маховик 4, выполненный из двух симметричных дисковых частей, на каждой из которых профрезерован эллипсный паз. В пазу имеют возможность перемещения пальцы 3 поршней 2. Поршни 2 размещены в цилиндре 1 с возможностью возвратно-поступательного движения и обеспечивают вращательное движение сборного копир-маховика 4 посредством шарнирно-установленных пальцев 3. Цилиндр 1 двигателя имеет выпускное окно 7 для выпуска отработанных газов,обратный лепестковый клапан 5, продувочный канал 6 с окном на внутренней поверхности цилиндра 1 и свечу 8. Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. В цилиндре 1 при расположении поршней 2 на минимальном расстоянии друг от друга, т.е. в мертвой точке сближения (МТС), пальцы 3 поршней 2 находятся в наиболее близких друг к другу точках пазов сборного копир-маховика 4. В этом положении обратный лепестковый клапан 5 еще открыт, продувочный канал 6 с окном на внутренней поверхности цилиндра и выпускное окно 7 для выпуска отработанных газов перекрыты одним из поршней 2, рабочая смесь максимально сжата (фиг. 1). Небольшой сдвиг с МТС - и посредством свечи 8 происходит воспламенение рабочей смеси между поршнями 2, давление между ними резко возрастет и они разойдутся в разные стороны (фиг. 2). Возросшее давление в подпоршневом пространстве приводит к тому, что один из поршней перекрывает обратный лепестковый клапан 5, пальцы 3 поршней 2, шарнирно двигаясь в пазу копир-маховика 4, обеспечивают вращение последнего. При повороте копир-маховика примерно на 90 открываются выпускное окно 7 и продувочный канал с окном 6. За счет повышенного давления в подпоршневом пространстве рабочая смесь через продувочный канал 6 поступает в пространство между поршнями 2,выталкивает остатки отработанных газов в выпускное окно 7 и полностью заполняет рабочий объем цилиндра 1. Благодаря своей инерции, полученной в результате рабочего хода поршней 2, копир-маховик проворачивается на следующие 90, и движущиеся по их 3 16861 1 2013.02.28 пазам пальцы 3 передвигают вслед за собой поршни 2. За эту 1/4 оборота закрываются поршнями 2 продувочный канал 6 и выпускное окно 7, рабочая смесь между поршнями сжимается, в подпоршневом пространстве создается разрежение, обратный лепестковый клапан 5 открывается и пропускает под поршни 2 новую порцию рабочей смеси от карбюратора. Итак, каждую 1/4 оборота сборного копир-маховика рабочий цикл предлагаемого двигателя полностью повторяется, т.е. за один оборот копир-маховика совершается два рабочих хода поршней, против одного рабочего хода у аналога, а это говорит о существенном увеличении к.п.д. То, что продувочное и выпускное окна находятся на противоположных концах цилиндра, свидетельствует об улучшении экономичности двигателя. Добиться за один оборот копир-маховика 4-кратного хода поршней возможно при выполнении паза в сборном копир-маховике 4-лепестковой формы, как изображено на фиг. 3. Источники информации 1. Ксенофонтов И.В. Устройство и техническое обслуживание мотоциклов Учебник водителя транспортных средств категории А. - М. ООО Книжное издательство За рулем, 2008. - С. 23-26. 2. Патент 9792, 1, МПК (2006)02 75/02,02 15/00, 2007. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.