Описание изобретения.

F01L 7/10 1/08, 14, 24
34, 32
F02B 33/00, 27/00
F02D 13/02



Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС)


Изобретение относится преимущественно к области автомобилестроения и может быть использовано при создании двигателей на углеводородном горючем различного назначения.
В настоящее время двигатели внутреннего сгорания на углеводородном горючем в конструктивном отношении достигли значительного совершенства и в целом удовлетворяют различным требованиям. Производство только автомобилей с ДВС во всемирном масштабе достигает десятков миллионов штук в год. Тем не менее, пути дальнейшего совершенствования таких двигателей далеко не исчерпаны и поиск технических решений довольно интенсивно продолжается.
Поиск технических решений применительно к настоящему изобретению выполнен по источникам патентной и технической информации России (СССР), США, Германии, Франции, Великобритании, Европейского патентного сообщества за период с 1929 по 2005 год.
Анализ названной информации свидетельствует о достаточно большом разнообразии направлений совершенствования конструкции ДВС как в целом, так и отдельных его систем и механизмов. К числу источников информации следует отнести [1, 2, 3, 4, 5 и др.].
Наиболее близким аналогом (прототипом) следует считать конструкцию двигателя внутреннего сгорания по патенту США [6].
Анализ конструкций современных ДВС свидетельствует о том, что они достаточно сложные. В особенности это относится к газораспределительному механизму, имеющему большое количество деталей, большие габариты, а в целом достаточно сложную организацию рабочего процесса. Вполне очевидно, что чем больше деталей, тем больше отказов, больше различного рода регулировок и, в конечном счете, ниже надежность двигателя.
Задачами данного изобретения являются: существенное упрощение конструкции двигателя в части камер сгорания и газораспределительного механизма, уменьшение его габаритно-массовых характеристик, снижение шумности работы двигателя, уменьшение регулировочных работ, повышение надежности и долговечности двигателя.
Указанные задачи достигаются комплексом технических решений, включающем следующее:
клапаны газораспределительного механизма смонтированы непосредственно на распределительном валу, составляя с ним одно целое, причем клапаны имеют шаровую форму с полусферическими выемками в одной из боковых относительно продольной оси вала четвертей каждого шара и выполняют роль впуска топливной смеси, запирания запоршневого пространства и выпуска отработавших газов;
головка блока цилиндров содержит камеры сгорания, выполненные отливкой заодно с основанием головки блока цилиндров, а боковая наружная поверхность камер сгорания снабжена рубашкой охлаждения;
камеры сгорания имеют полусферическую полость, облегающую шаровой клапан, а в верхней части крышки смонтированы впускная и выпускная трубы;
седла клапанов впуска топливной смеси и выпуска отработавших газов смонтированы на основании впускной и выпускной труб;
распределительный вал посажен на подшипниках в стойках, смонтированных на основании головки блока цилиндров;
камеры сгорания в боковой части имеют, по крайней мере, по одному отверстию для свечей зажигания, а в верхней части крышек отверстие для подачи масла к поверхности шарового клапана;
головка блока цилиндров с распределительным валом и крышками камер сгорания закрыта кожухом из тонколистового материала, скрепленным с основанием головки блока цилиндров.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения «новизна».
На фиг. 1 показан распределительный вал по настоящему изобретению применительно к четырехцилиндровому двигателю. Позицией 1 обозначен стержень распределительного вала, позицией 2- шаровой клапан с полусферической выемкой 3. Позицией 4 обозначены стойки с подшипниками, позицией 5- шкив для соединения с коленчатым валом.
На фиг.2 показан вид сверху головки блока цилиндров без распределительного вала, крышек камер сгорания, рубашки охлаждения и кожуха. Позицией 6 обозначено основание головки блока цилиндров, позицией 7- корпус крышки камеры сгорания с отверстием 8 для свечи зажигания. Отверстия в основании головки блока цилиндров для болтового крепления с блоком цилиндров обозначены позицией 9.
На фиг. 3 показан продольный разрез головки блока цилиндров вдоль по оси распределительного вала в сборе. Позицией 4 обозначены стойки распределительного вала, позицией 1- распределительный вал, позицией 7- крышка камеры сгорания с отверстием 10 для подвода масла к шаровому клапану 2. Позицией 11 обозначен корпус камеры сгорания, позицией 5- шкив для соединения с коленчатым валом, позицией 12- основание головки блока цилиндров, позицией 13- блок цилиндров, позицией 14- рубашка охлаждения камеры сгорания. На фиг. 4 показан вид сверху одной из камер сгорания а) и её поперечный разрез б). Позицией 12 обозначен фрагмент основания головки блока цилиндров, позицией 7- корпус крышки камеры сгорания, позицией 1- распределительный вал, позицией 15- выпускная труба, позицией 9- отверстия в основании головки блока цилиндров для крепления с блоком цилиндров, позицией 16- впускная труба, позицией 17- седло клапана впуска горючей смеси, 18- седло клапана выпуска отработавших газов, 11- корпус камеры сгорания, 13- блок цилиндров, 14- рубашка охлаждения камеры сгорания.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя по данному изобретению показан на фиг. 5. Позицией 11 обозначен корпус камеры сгорания, позицией 7- крышка камеры сгорания, 16- впускная труба, 15- выпускная труба, 2- шаровой клапан, 14- рубашка охлаждения, 13- блок цилиндров, 20- поршень, 21- свеча зажигания, позицией 22- кожух.
К началу такта впуска поршень 20 (фиг. 5а) находится в верхней мертвой точке (ВМТ), соответствующей концу предыдущего такта выпуска. При этом впускная и выпускная трубы закрыты. При движении поршня от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ) выемка шарового клапана открывает впускную трубу и соединяет пространство впускной трубы с пространством камеры сгорания. При этом пространство над поршнем заполняется горючей смесью.
Такт сжатия (фиг. 5б) начинается с момента движения поршня от НМТ к ВМТ. При этом камера сгорания герметично закрыта от впускной и выпускной труб.
В конце такта сжатия (фиг. 5в) свеча зажигания воспламеняет рабочую смесь. Начинается так рабочего хода. При этом камера сгорания герметично закрыта шаровым клапаном, а под действием давления продуктов сгорания поршень движется к НМТ и совершается механическая работа.
С началом движения поршня к ВМТ выемка шарового клапана открывает выпускную трубу и соединяет камеру сгорания с выпускной трубой. При этом впускная труба закрыта, а продукты сгорания истекают из камеры сгорания через выпускную трубу.


Порядок работы цилиндров (четырехтактного ДВС) представлен в таблице 1.

Таблица 1

Порядок работы цилиндров 1-3-4-2 (по данному техническому решению)

Полуоборот Угол поворота Цилиндры
коленвала коленвала, град. 1 2 3 4
1 180 РХ Вып Сж Вп
2 360 Вып Вп РХ Сж
3 540 Вп Сж Вып РХ
4 720 Сж РХ Вп Вып


Сравнение заявляемого с другими техническими решениями не выявило в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».