описание изобретения

универсальный поршневой двигатель внутреннего сгорания. изобретение относится к области общего машиностроения. технический результат изобретение заключается в повышении топливной экономичности двигателя, эффективного кпд транспортных средств и специальной техники, для которых может служить приводом. известен способ работы двигателя внутреннего сгорания (патент на изобретение рф N 2116509). двигатель-компрессор это изобретение предназначено для получения сжатого воздуха. где двигатель содержит один или несколько цилиндров рядного четырехтактного двигателя конвертированных для работы в компрессорном режиме.

прототип универсального поршневого двигателя внутреннего сгорания приведенный на фигуре 1 может служить приводом для транспортных средств, каждый цилиндр которого может в зависимости от обстоятельств работать в компрессорном цикле, цикле две, цикле пневмодвигателя или комбинированных циклах, таким образом все цилиндры как и сам двигатель является универсальным, так как позволяет например: использовать все цилиндры две, для получения сжатого воздуха, таким образом двигатель будет работать как компрессор и может использоваться для рекуперативного торможения, данный технический результат получается путем монтажа дополнительных форсунок и клапанов в газораспределительном механизме и использование дополнительной системы подготовки и распределения сжатого воздуха.

суть изобретения состоит в том, чтобы универсальный поршневой двигатель внутреннего сгорания работал как универсальная поршневая машина, которая в зависимости от циклов может работать как:

1

заменяющий лист (правило 26)

двигатель внутреннего сгорания (далее две). вращение коленчатого вала за счет сгорания и последующего расширения в цилиндрах смеси топлива и воздуха.

пневмодвигатель. вращать коленчатый вал при помощи порционно поданного в цилиндры сжатого воздуха.

компрессор. сжимать воздух в цилиндрах при вращении коленчатого вала и направлять сжатый воздух в бак для хранения, например при торможении.

также универсальный поршневой двигатель внутреннего сгорания

(далее упдвс) могут работать на комбинированных циклах, которые позволяют повысить коэффициент полезного действия двигателя и транспортного средства, для которого он может использоваться как привод. также следует отметить, что бесступенчатая трансмиссия транспортного средства сможет регулировать нагрузку на упдвс, например, при торможении и повысит кпд в целом.

двс-пневмодвигатель.

1. во время работы по циклу две определенное количество цилиндров будет работать по циклу пневмодвигателя.

2. во время работы по циклу две в момент воспламенения рабочей смеси, в цилиндр будет порционно подаваться сжатый воздух, который, расширяясь, будет совершать дополнительную работу.

3. во время работы по циклу две в момент воспламенения рабочей смеси, в цилиндр будет порционно подаваться сжатый воздух, который, расширяясь, будет совершать дополнительную работу, но при этом определенное количество цилиндров будет работать по циклу пневмодвигателя.

4. во время работы по циклу две после выпуска горячих выхлопных газов, в горячий цилиндр по циклу пневмодвигателя подается сжатый

2

заменяющий лист (правило 26)

воздух, который, нагреваясь, расширяется, создавая дополнительную работу.

двс-пневмодвигатель-компрессо� �. во время работы по циклу две в момент воспламенения рабочей смеси, в цилиндр будет порционно подаваться сжатый воздух, который, расширяясь, будет совершать дополнительную работу, но при этом определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора. двс-компрессор. во время работы по циклу две определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора. для инжекторных двигателей оснащенных прямым впрыском возможен цикл работы, когда в момент сжатия избыточного количества воздуха пневмоклапан открывается и отводит часть сжатого воздуха по пневмомагистрали, после чего пневмоклапан закрывается и только потом производится впрыск топлива, которое воспламеняется, продолжая цикл двигателя внутреннего сгорания. описание циклов, которые зависят от типа, и конструкции две будут рассмотрены далее.

известны системы пневмозапуска, которые используются для запуска авиационных, судовых или тепловозных двигателей. сжатый воздух через распределительную систему также подается в цилиндры. после запуска двигателя система пневмозапуска отключается и не может работать по комбинированным циклам и служит только для запуска как альтернатива электрического запуска, которая требует громоздких аккумуляторных батарей.

поршневые компрессоры повсеместно используются и работают за два такта.

известны системы торможения двигателем. самый простой способ которым пользуются водители, это снижение подачи топлива до

3

заменяющий лист (правило 26)

минимума во время движения на передаче, тогда двигатель затягивает излишнее количество воздуха, который, проходя через цилиндры сжимается, и попадает в систему выпуска. на некоторых моделях автомобилей используют отключение подачи топлива при торможении двигателем.

описание устройства изобретения.

универсальный поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий систему смазки 1, коленчатый вал 2, блок цилиндров 3, шатунно-поршневую группу (поршень 7,шaтyн 4), систему охлаждения 5, система выпуска отработанных газов 6, система питания (воздушный фильтр 22,тoшшвнaя форсунка 9), систему зажигания (свеча 10), систему газораспределения (кулачковый вал 21, впускной клапан 12,выпycкнoй клапан 8)^ систему запуска 20, систему элeктpoпитaния(элeктpoгeнepaтop 24) , систему контроля (электронный блок управления 23) , отличающийся тем, что дополнительно содержит систему подготовки и распределения сжатого воздуха состоящую из пневмоклапана 11 и пневмофорсунки 17, установленных в головке блока цилиндров, системы нейтрализации 14, системы фильтрации 15, баков высокого 16 и низкого давления 19, пневмостартер 20, пневмомагистрали 13, датчики давления и температуры 18, предохранительных перепускных и аварийных клапанов, необходимые для повышения кпд и безопасной работы, а также систему управления системой подготовки и распределения сжатого воздуха.

универсальный поршневой двигатель внутреннего сгорания может содержать любое количество цилиндров.

пневмоклапан будет устанавливаться в головке блока цилиндров, и предназначен для беспрепятственного отвода сжатого в цилиндре

4

заменяющий лист (правило 26)

воздуха к системе нейтрализации и фильтрации. проходное сечение клапана должно быть таким, чтобы не создавать затруднения даже при попадании нагара, копоти или отложении смолянистых веществ. для более эффективного управления пневмоклапан должен иметь электромагнитный привод и открываться когда это потребуется. возможен режим работы пневмоклапана на продувку, который может использоваться при засорении или профилактически.

пневмофорсунка будет устанавливаться в головке блока цилиндров и предназначена для порционной подачи сжатого воздуха в цилиндры. для более эффективного управления пневмоклапан должен иметь электромагнитный привод.

для простоты монтажа, обслуживания и ремонта пневмофорсунка и пневмоклапан могут быть выполнены в едином корпусе, например цилиндрическом.

следует отметить, что после сжатия и прохождения через цилиндры воздух может иметь примеси масла, топлива, отработанных газов воды, но для более четкого изъяснения будет указываться как сжатый воздух, так как большая его часть и есть воздух. для безопасной работы надо учитывать, что в бак накопитель могут попасть пары топлива, поэтому система подготовки и распределения сжатого воздуха должна иметь систему нейтрализации, которая сможет работать совместно с системой нейтрализации выхлопных газов снижающих вредные выбросы в атмосферу.

система нейтрализации. накопление паров топлива в баке низкого давления может быть взрывоопасной. поэтому система нейтрализации должна безопасным образом нейтрализовывать пары топлива в воздушной смеси. может производиться нейтрализация при помощи

5

заменяющий лист (правило 26)

катализаторов, которая будет производиться до попадания сжатого воздуха в бак низкого давления. для избежания перегрева, система нейтрализации может быть потключена к системе охлаждения, как и любой из элементов системы подготовки и распределения сжатого воздуха.

система фильтрации будет препятствовать попаданию твердых и смолянистых веществ в бак низкого давления. будет работать совместно с системой нейтрализации. для простоты обслуживания фильтрующий элемент должен быть легко сменным. система фильтрации сжатого воздуха, также позволит добиться высокой надежности и предотвращения преждевременного износа и поломки системы подготовки и распределения сжатого воздуха. бак высокого давления служит для поддержания стабильно высокого давления необходимого для впрыска сжатого воздуха в цилиндры.

бак низкого давления служит для предварительного накопления сжатого в цилиндрах воздуха.

бак высокого и низкого давления могут быть оборудованы клапанами аварийного сброса давления, которые будут снижать давление сжатого воздуха для обеспечения безопасности даже при разрушении баков высокого и низкого давления.

для повышения давления сжатого воздуха при переходе из бака низкого давления в бак высокого давления используется соединенный с коленчатым валом компрессор который может использоваться как пневмостартер в режиме пневмодвигателя.

блок управления. блок управления должен быть электронным (эбу). может быть совместным с эбу инжекторных двигателей, и определяет количество сжатого воздуха поданного в цилиндры, циклы работы в зависимости от нагрузки упдвс и дает команды на работу

6

заменяющий лист (правило 26)

электромагнитных приводов всех систем и позволит повысить коэффициент полезного действия, согласно действию заложенных в эбу электронно-вычислительных программ. схема устройства упдвс показана на фигуре. 1

осуществление изобретения.

так как поршневые две бывают различных типов и конструкций, которые различаются:

по виду топлива: бензин, газ, дизель, солярка, керосин многотопливные. по количеству тактов: двухтактные и четырехтактные. по возможности изменению фаз газораспределения. по системе питания карбюратор инжектор. турбо компрессорные и компрессорные. упдвс могут быть реализован для потребления различных видов углеводородного тoпливa(бeнзин, газ, дизель, солярка, кepocин)гдe самым распространенным является бензин. обязательным условием работы упдвс является возможность прекращения подачи топлива в цилиндры при циклах компрессора, пневмодвигателя и комбинированных циклах. легче всего это реализуется на инжекторном две, так как топливные форсунки имеют электромагнитный привод, который управляется электронным блоком управления (эбу) и реализуется только добавлением соответствующей программы в эбу. инжекторные две могут быть дизельными бензиновыми газовыми и много топливными.

на карбюраторном две реализовать полное прекращение подачи топлива намного сложнее и может вызвать нестабильные режимы работы. на дизельном две с топливным насосом высокого давления потребуется установка перепускных клапанов которые будут отводить топливо от форсунки обратно в топливный бак и должны иметь электромагнитный привод.

7

заменяющий лист (правило 26)

так как две бывают четырех и двухтактными, то следует отметить, что тактность работы две в большей степени зависит от газораспределительного механизма. в концерне BMW германии разработан экспериментальный двигатель, у которого газораспределительный механизм состоит и клапанов с электромагнитным приводом, что позволяет менять тактность работы от четырехтактного к двухтактному циклу и наоборот. упдвс у которого газораспределительный механизм имеет контролируемый электромагнитный привод будет являться наиболее эффективным в отличие упдвс с наиболее распространенным кулачковым механическим приводом, который тоже позволит работать двигателю по циклам компрессора пневмодвигателя и комбинированным циклам и будет рассмотрен отдельно. турбо компрессорные упдвс также могут работать путем оснащения упдвс турбо компрессорной установкой. описание работы упдвс.

циклы работы универсального инжекторного поршневого двигателя внутреннего сгорания с электромагнитными приводами впускных и выпускных клапанов газораспределительного механизма. как было отмечено ранее такая конструкция будет наиболее эффективной. 1. обычный цикл работы две. при прогреве и на режимах максимальной мощности. вращение коленчатого вала за счет сгорания и последующего расширения в цилиндрах смеси топлива и воздуха как за два такта, так и за четыре.

2.Koмпpeccopный цикл может использоваться при торможении или контролируемом спуске по наклонному дорожному покрытию. сжатие воздуха в цилиндрах может произведено за четыре или за два такта. экстренное или аварийное торможение рассматривается как самое эффективное и служит для максимально быстрой остановки автомобиля.

8

заменяющий лист (правило 26)

если имеется возможность снижать скорость транспортного средства, не влияя на безопасность движения то, при нажатии на педаль тормоза, которая имеет датчик положения связанный с электронным блоком управления, прекращается подача топлива. при вращении коленчатого вала 2, начинается процесс сжатия за четыре такта. воздух проходит воздушный фильтр 22, и через впускной клапан 12 попадает в цилиндр, где после закрытия впускного клапана 8 происходит сжатие. тепло, которое выделяется в момент сжатия, отводится системой охлаждения 5, пневмоклапан 11 открывается по команде (эбy)23 и сжатый воздух по пневмомагистрали 13 проходит систему нейтрализации 14 и фильтрации 15, поступая в бак низкого давления 19, пневмоклапан 11 закрывается, поршень 7 движется вниз, создавая разряжение и таким образом создает дополнительное тормозное усилие, выпускной клапанδ открывается и затягиваются отработанные газы и при движении поршня вверх выталкиваются обратно в систему выпуска 6, выпускной клапан 8 закрывается. открывается впускной клапан 12 и в цилиндр затягивается новая порция воздуха.

при сжатии воздуха за два такта. при нажатии на педаль тормоза, которая имеет датчик положения связанный с электронным блоком управления, прекращается подача топлива. при вращении коленчатого вала 2. воздух проходит воздушный фильтр 22 и через впускной клапан 12 попадает в цилиндр, где после закрытия впускного клапана 8 происходит сжатие. тепло, которое выделяется в процессе сжатия, отводится системой охлаждения 5. пневмоклапан 11 открывается по команде (эбy)23 и сжатый воздух по пневмомагистрали проходит систему нейтрализации 14 и фильтрации 15, поступает в бак низкого давления 19. пневмоклапан 11 закрывается, открывается впускной клапан 12 и в цилиндр затягивается новая порция воздуха. таким

9

заменяющий лист (правило 26)

образом, производится рекуперативное торможение. энергия движущегося транспортного средства не переходит в тепло, которое образуется при трении тормозных колодок, а переходит в энергию сжатого воздуха, который может использоваться для вращения коленчатого вала.

также следует отметить возможность работы по комбинированному компрессорный циклу, определенное количество цилиндров будет работать за два такта а остальные за четыре.

з.пневмодвигатель. может использоваться при запуске упдвс или при кратковременном движении, например в пробках. работа по циклу пневмодвигатель так же может производиться за два такта, за четыре такта или по комбинированному циклу пневмодвигателя. работа по циклу пневмодвигателя за четыре такта. для определения направления вращения (если поршни находятся в мертвых точках) может использоваться пневмостартер 20. подача топлива не производиться. путем изменения продолжительности открытия клапана и высотой его подъема ограничивают поступление воздуха через впускные клапана 12, минимальное количество воздуха попадает в цилиндр, где после закрытия впускных клапанов 12 производится сжатие. воздух нагревается и в верхней мертвой точке производится впрыск через пневмофорсунку 17 сжатого воздуха, который, смешиваясь с нагретым воздухом, также забирает тепло от рабочей поверхности камеры сгорания, расширяясь, совершает работу. выпускные клапана 8 открываются, и воздух выталкивается в систему выпуска 6.

работа по циклу пневмодвигателя за два такта. подача топлива не производиться. после закрытия впускных

10

заменяющий лист (правило 26)

клапанов 12 производится впрыск через пнeвмoфopcyнкyl7 сжатого воздуха, который совершает работу, выпускные клапанаδ открываются и воздух выталкивается в систему выпуска 6. для прогретого двигателя впрыск через пневмофорсунку 17 сжатого воздуха который забирает тепло от рабочей поверхности камеры сгорания и расширяясь совершает работу.

комбинированный цикл пневмодвигатель, определенное количество цилиндров будет работать за два такта а остальные за четыре. 4.двc-пнeвмoдвигaтeль.этo комбинированный цикл. удпвс работает как две за два или четыре такта, но при этом в цилиндр после воспламенения смеси топлива с воздухом, порционно подается сжатый воздух, который, расширяясь под действием раскаленных газов, создает дополнительную работу, увеличивая коэффициент полезного действия.

упдвс работает как две за два или четыре такта, но при этом в цилиндр после воспламенения смеси топлива с воздухом, порционно подается сжатый воздух, который, расширяясь под действием раскаленных газов, создает дополнительную работу, увеличивая коэффициент полезного действия, но при этом определенное количество цилиндров работает в режиме четырех или двухтактного пневмодвигателя. удпвс работает как две за четыре такта но после выпуска отработанных горячих газов в горячую камеру сгорания впрыскивается сжатый воздух который нагревается и расширяясь совершает работу за два такта пневмодвигателя ,тaким образом рабочий цикл проходит за шесть тактов, но при этом определенное количество цилиндров работает в режиме четырех или двухтактного пневмодвигателя. 5.двc-кoмпpeccop. этот комбинированный цикл может использоваться для работы с минимальной нагрузкой или ее отсутствием, например при

11

заменяющий лист (правило 26)

холостых оборотах и на завершении прогрева упдвс. определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора за два или четыре такта а остальные как две в двух или четырехтактном режиме. тепло которое выделяется при сжатии воздуха будет отводится системой охлаждения. б.двс пневмодвигатель-компрессор. этот комбинированный цикл также может использоваться для работы с минимальной нагрузкой или ее отсутствием. определенное количество цилиндров будет работать по циклу двс-пневмодвигатель, но при этом определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора за два или четыре такта.

циклы работы универсального инжекторного поршневого четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. 1.обычный цикл работы две. при прогреве и на режимах максимальной мощности. вращение коленчатого вала за счет сгорания и последующего расширения в цилиндрах смеси топлива и воздуха за четыре такта.

2.Koмпpeccopный цикл может использоваться при торможении или при контролируемом спуске по наклонному дорожному покрытию. экстренное или аварийное торможение рассматривается как самое эффективное и служит для максимально быстрой остановки автомобиля. если имеется возможность снижать скорость транспортного средства, не влияя на безопасность движения то, при нажатии на педаль тормоза, которая имеет датчик положения связанный с электронным блоком управления 23, прекращается подача топлива. при вращении коленчатого вала 2. воздух проходит воздушный фильтр 22 и через впускной клапан 12 попадает в цилиндр, где после закрытия впускного клапана 8 происходит сжатие. тепло, которое выделяется в момент

12

заменяющий лист (правило 26)

сжатия, отводится системой охлаждения 5. пневмоклапан 11 открывается по команде (эбy)23 и сжатый воздух по пневмомагистрали проходит систему нейтрализации 14 и систему фильтрации 15 и поступает в бак низкого давления 19. пневмоклапан 11 закрывается, поршень движется в низ создавая разряжение и таким образом создает дополнительное тормозное усилие. выпускной клапан 8 открывается. затягиваются отработанные газы, которые при движении поршня вверх выталкиваются обратно в систему выпуска 6. выпускной клапан 8 закрывается, открывается впускной клапан 12 и в цилиндр затягивается новая порция воздуха. таким образом, производится рекуперативное торможение. энергия движущегося транспортного средства не переходит в тепло, которое образуется при трении тормозных колодок, а переходит в энергию сжатого воздуха, который может использоваться для вращения коленчатого вала.

з.пневмо двигатель. может использоваться при запуске упдвс или при кратковременном движении, например в пробках. для определения направления вращения (если поршни находятся в мертвых точках) может использоваться пневмостартер 20. подача топлива не производиться. путем изменения положения воздушной заслонки или, для двигателей с изменяемыми фазами газораспределения - продолжительностью открытия клапана и высотой его подъема ограничивают поступление воздуха через впускные клапана 12. минимальное количество воздуха попадает в цилиндр, где после закрытия впускных клапанов 12 производится сжатие. воздух нагревается и в верхней мертвой точке производится впрыск через пневмофорсунку 17 сжатого воздуха который, смешиваясь с нагретым воздухом забирает тепло от рабочей поверхности камеры сгорания, и расширяясь, совершает работу. выпускные клапана открываются 8, и

13

заменяющий лист (правило 26)

воздух выталкивается в систему выпуска 6.

4.двc-пнeвмoдвигaтeль. это комбинированный цикл, упдвс работает как две но при этом в цилиндр после воспламенения смеси топлива с воздухом, порционно подается сжатый воздух, который, расширяясь под действием раскаленных газов, создает дополнительную работу увеличивая коэффициент полезного действия упдвс. также возможен вариант, что после обычного цикла две в горячую камеру сгорания впрыскивается сжатый воздух, который, нагреваясь, расширяется и совершает работу за 8 тактов, также повышая кпд.

5.двc-кoмпpeccop. этот комбинированный цикл может использоваться для работы с минимальной нагрузкой или ее отсутствием, например при холостых оборотах и на завершении прогрева упдвс. определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора а остальные как две. тепло которое выделяется при сжатии воздуха будет отводится системой охлаждения. б.двс пневмодвигатель-компрессор. этот комбинированный цикл также может использоваться для работы с минимальной нагрузкой или ее отсутствием.

во время работы по циклу две в момент воспламенения рабочей смеси в цилиндр будет порционно подаваться сжатый воздух, который, расширяясь, будет совершать дополнительную работу, но при этом определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора.

циклы работы универсального инжекторного поршневого двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

1.обычный цикл работы две. при прогреве и на режимах максимальной мощности. вращение коленчатого вала за счет сгорания и

14

заменяющий лист (правило 26)

последующего расширения в цилиндрах смеси топлива и воздуха за два такта.

2.Koмпpeccopный цикл может использоваться при торможении или при контролируемом спуске по наклонному дорожному покрытию. экстренное или аварийное торможение рассматривается как самое эффективное и служит для максимально быстрой остановки автомобиля. если имеется возможность снижать скорость транспортного средства, не влияя на безопасность движения то, при нажатии на педаль тормоза, которая имеет датчик положения связанный с электронным блоком управления, прекращается подача топлива. при вращении коленчатого вала 2. воздух проходит воздушный фильтр 22 и через впускной клапан 12 попадает в цилиндр, где после закрытия впускного клапана 12 происходит сжатие. тепло, которое выделяется в момент сжатия, отводится системой охлаждения 5. пневмоклапан 11 открывается по команде (эбy)23 и сжатый воздух по пневмомагистрали 13 проходит систему нейтрализации 14 и фильтрации 15, поступая в бак низкого давления 19, пневмоклапан 11 закрывается. открывается впускной клапан 12 и в цилиндр затягивается новая порция воздуха. таким образом, производится рекуперативное торможение. энергия движущегося транспортного средства не переходит в тепло, которое образуется при трении тормозных колодок, а переходит в энергию сжатого воздуха, который может использоваться для вращения коленчатого вала.

з.пневмодвигатель. может использоваться при запуске упдвс или при кратковременном движении, например в пробках. подача топлива не производиться. после закрытия впускных клапанов производится впрыск через пневмофорсунку сжатого воздуха, который совершает работу. выпускные клапана открываются, и воздух выталкивается в

15

заменяющий лист (правило 26)

систему выпуска. для прогретого двигателя. через пневмофорсунку впрыскивается сжатый воздух, который, забирает тепло от рабочей поверхности камеры сгорания, расширяясь, совершает работу. 4.двc-пнeвмoдвигaтeль. это комбинированный цикл. упдвс работает как две, но при этом в цилиндр после воспламенения смеси топлива с воздухом, порционно подается сжатый воздух, который, расширяясь под действием раскаленных газов, создает дополнительную работу, увеличивая коэффициент полезного действия упдвс. также возможен вариант, что после обычного цикла две в горячую камеру сгорания впрыскивается сжатый воздух, который, нагреваясь, расширяется и совершает работу, повышая кпд.

5.двc-кoмпpeccop. это комбинированный цикл может использоваться для работы с минимальной нагрузкой или ее отсутствием, например при холостых оборотах и на завершении прогрева упдвс. определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора а остальные как две. тепло которое выделяется при сжатии воздуха будет отводится системой охлаждения. б.двс пневмодвигатель-компрессор. этот комбинированный цикл также может использоваться для работы с минимальной нагрузкой или ее отсутствием. во время работы по циклу две в момент воспламенения рабочей смеси в цилиндр будет порционно подаваться сжатый воздух, который, расширяясь, будет совершать дополнительную работу, но при этом определенное количество цилиндров будет работать по циклу компрессора.

16

заменяющий лист (правило 26)