Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации силовых агрегатов машин и механизмов различного назначения, например автомобильного транспорта. Цель изобретения - повышение КПД рабочего кода поршневых и роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания. Достигается это тем, что в двигателях внутреннего сгорания уменьшают и ограничивают максимальные количества атмосферного воздуха и топлива, которые могут быть поданы в цикле, регулируют величины максимального возможного наполнения и объема камеры сгорания. В процессе работы двигателя совместно регулируют наполнение в цикле и величину объема камеры сгорания, и (или) для заданного режима работы максимально допустимо уменьшают количество подаваемого в цикле атмосферного воздуха, топлива и максимально допустимо уменьшают объем камеры сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит систему подачи воздуха, уменьшающую и ограничивающую максимальное количество подаваемого воздуха в камеру сгорания так, что коэффициент наполнения двигателя на всех режимах работы меньше своего максимального возможного значения для данного рабочего объема или имеет значение менее 0,7. Применение изобретения позволит создавать на его базе поршневые и роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания с более высоким КПД в сравнении с известными.

 

(57) Реферат / Формула:
относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации силовых агрегатов машин и механизмов различного назначения, например автомобильного транспорта. Цель изобретения - повышение КПД рабочего кода поршневых и роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания. Достигается это тем, что в двигателях внутреннего сгорания уменьшают и ограничивают максимальные количества атмосферного воздуха и топлива, которые могут быть поданы в цикле, регулируют величины максимального возможного наполнения и объема камеры сгорания. В процессе работы двигателя совместно регулируют наполнение в цикле и величину объема камеры сгорания, и (или) для заданного режима работы максимально допустимо уменьшают количество подаваемого в цикле атмосферного воздуха, топлива и максимально допустимо уменьшают объем камеры сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит систему подачи воздуха, уменьшающую и ограничивающую максимальное количество подаваемого воздуха в камеру сгорания так, что коэффициент наполнения двигателя на всех режимах работы меньше своего максимального возможного значения для данного рабочего объема или имеет значение менее 0,7. Применение изобретения позволит создавать на его базе поршневые и роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания с более высоким КПД в сравнении с известными.

 

---

(12) МЕЖДУНАРОДНАЯ ЗАЯВКА, ОПУБЛИКОВАННАЯ В СООТВЕТСТВИИ С ДОГОВОРОМ О ПАТЕНТНОЙ КООПЕРАЦИИ (РСТ)
РСТ
(10) Номер международной публикации:
WO 2006/009491А1 А1
(19) ВСЕМИРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
Международное бюро
(43) Дата международной публикации: 26 января 2006 (26.01.2006)
(51) Международная патентная классификация 1: F02B 75/04, F02D 15/04
(21) Номер международной заявки: PCT/RU2005/000361
(22) Дата международной подачи:
27 июня 2005 (27.06.2005)
(25) Язык подачи: русский
(26) Язык публикации: русский
(30) Данные о приоритете:
2004121520 13 июля 2004 (13.07.2004) RU
(71) Заявитель и
(72) Изобретатель: КУТЯЕВ Андрей Алексеевич
[RU/RU]; ул. Сыромолотова, 20, кв. 111, Екатеринбург, 620092 (RU) [KUTYAYEV, Andrey Aleksee-vich, Ekaterinburg (RU)].
(72) Изобретатель; и ^= (75) Изобретатель/Заявитель (только для (US): КУТЯЕВ
Георгий Андреевич, ул. Сыромолотова, 20, кв. == 111, Екатеринбург, 620092 (RU) [KUTYAYEV,
Georgiy Andreevich, Ekaterinburg (RU)].
=== (81) Указанные государства (если не указано иначе, для ==s каждого вида национальной охраны): АЕ, AG, AL,
AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BW, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KM, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, N1, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW.
(84) Указанные государства (если не указано иначе, для каждого вида региональной охраны): ARIPO патент (BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW), евразийский патент (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), европейский патент (AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR), патент OAPI (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG).
Опубликована
С отчётом о международном поиске.
В отношении двухбуквенных кодов, кодов языков и других сокращений см. "Пояснения к кодам и сокращениям", публикуемые в начале каждого очередного выпуска Бюллетеня РСТ.
д (54) Title: METHOD FOR PRODUCING TORQUE ON THE WORKING SHAFT OF PISTON AND ROTARY INTERNAL = COMBUSTION ENGINES (VARIANTS). PISTON AND ROTARY ENGINE FOR CARRYING OUT SAID METHOD (VARIANTS)
""" (54) Название изобретения: СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА НА РАБОЧЕМ ВАЛУ ПОРШНЕВЫХ И РОТОРНО-ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ). ^ ПОРШНЕВОЙ, РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА (ВАРИАНТЫ)
(57) Abstract: The invention relates to mechanical engineering and can be used for producing and using power units of
WO 2006/009491 Al I 111 III 111 111 Hill III III III llllllllllllllllllllllllllllllllllllll
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
Способ создания вращающего момента на рабочем валу поршневых и роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания (варианты). Поршневой, роторно-поршневой двигатель для осуществления способа (варианты). "
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации силовых агрегатов машин и механизмов различного назначения, например, автомобильного транспорта.
Известен способ создания вращающего момента на рабочем валу поршневых и роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания, включающий подачу атмосферного воздуха и топлива в камеру сгорания, сжигание топлива, удаление отработанных газов сгоревшего топлива, заключающийся в том, что преобразуют движение рабочего поршня или поршня - ротора под действием давления газов сгоревшего топлива в цикле во вращение рабочего вала. (Прототип 1).
Известный способ реализован в известных поршневых и роторно-поршневых двигателях внутреннего сгорания, конструктивно содержащих по меньшей мере одну камеру сгорания, образуемую деталями двигателя или их частями и по меньшей мере одним кинематически связанным с рабочим валом рабочим поршнем или поршнем-ротором, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, например, описанных в книгах И.М.Ленин, А.В.Костров, О.М.Малашкин и др. "Автомобильные и тракторные двигатели", ч. 1, издание второе, дополненное и переработанное под редакцией проф. И.М.Ленина, изд. Высшая Школа, 1976г., стр. 1-24, стр. 197 -205, С.В.Бальян "Техническая термодинамика и тепловые двигатели", изд. второе дополненное и переработанное Л., Машиностроение, 1973г., стр. 227- 254, или описанных в патенте ФРГ DE 3526478, в патенте США 4,363,299, или патенте России № 2146011 С1. (Прототипы 2).
Недостатком известных двигателей и способа является то, что, в номинальном режиме и, особенно, в режимах работы с мощностями, близкими к максимальной для конструктивно заложенного рабочего объема двигателя, к моменту открытия каналов для удаления отработанных газов, избыточное давление газов сгоревшего топлива еще достаточно высоко, из-за чего часть неиспользованной энергии газов сгоревшего топлива вынужденно стравливаются в выхлопную трубу, что снижает коэффициент полезного действия (далее, к.п.д.). Также причиной снижения к.п.д. в известных двигателях является невысокое числовое значение параметра "степень сжатия" (далее, степень сжатия).
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
Известно, что с увеличением степени сжатия (что достигается уменьшением объема камеры сгорания) возрастает к.п.д, известных двигателей внутреннего сгорания, однако, на практике в известных двигателях степень сжатия не превышает значения "12" при воспламенении топлива от постороннего источника или не превышает значения "25" - при самовоспламенении топлива, поскольку величина степени сжатия известных двигателей в известной мере определена максимальным количеством атмосферного воздуха (или его смеси с топливом), который может быть подан в цикле, сжат в камере сгорания и использован при сжигании топлива, и ограничена температурой атмосферного воздуха (или его смеси с топливом) в камере сгорания к концу такта сжатия в цикле достаточной для самовоспламенения топлива или не приводящей к самовоспламенению топлива в смеси с атмосферным воздухом - при воспламенении топлива от постороннего источника. Говоря другими словами, известный способ предполагает получение максимальной мощности для конструктивно заложенного рабочего объема двигателя и, в связи с этим, обеспечение как можно более высокого значения коэффициента наполнения двигателя, что не позволяет увеличить степень сжатия (уменьшить объем камеры сгорания) и снижает к.п.д. двигателя в целом.
Известный способ реализован в известных поршневых двигателях внутреннего сгорания, конструктивно содержащих по меньшей мере одну камеру сгорания, образуемую деталями двигателя или их частями и по меньшей мере одним кинематически связанным с рабочим валом рабочим поршнем, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, в том числе, содержащих по меньшей мере один рабочий цилиндр, размещенный в нем рабочий поршень, кинематически связанный с рабочим валом, дополнительно размещенный в рабочем цилиндре или вне его по меньшей мере один вспомогательный поршень, участвующий в образовании камеры сгорания, задействованный или не задействованный в газораспределении, механизм перемещения вспомогательного поршня, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, например, описанных в патенте России № 2 035 599 С1, патенте США № 4,708,096, патенте США № 5,193,493. (Прототипы 3).
Такие известные поршневые двигатели внутреннего сгорания более эффективно преобразуют давление газов сгоревшего топлива во вращающий момент на рабочем валу в начале рабочего хода в цикле, что увеличивает вращающий момент на рабочем валу (см. описание прототипов 3).
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
Однако, эти известные двигатели, как и двигатели - прототип 2, для примерно того же номинала отбора мощности с рабочего вала имеют тот же рабочий объем и степень сжатия, вследствие чего, также, из-за высоких значений избыточного давления газов сгоревшего топлива к моменту открытия каналов для их удаления из рабочего цилиндра, часть неиспользованной энергии газов сгоревшего топлива вьгнужденно стравливаются в выхлопную трубу, что снижает к.п.д. двигателей.
Задачей изобретения является разработка и реализация способов создания вращающего момента на рабочем валу поршневых и роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания и создание поршневого и роторно-поршневого двигателей для осуществления способа, его вариантов с более высоким к.п.д.
Способ 1. Для решения этой задачи в известном способе создания вращающего момента на рабочем валу поршневых и роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания, включающем подачу атмосферного воздуха и топлива в камеру сгорания, сжигание топлива, удаление отработанных газов сгоревшего топлива, заключающемся в том, что преобразуют движение рабочего поршня или поршня - ротора под действием давления газов сгоревшего топлива в цикле во вращение рабочего вала, (1) уменьшают и ограничивают максимальные количества атмосферного воздуха и топлива, которые могут быть поданы в цикле, (уменьшают и ограничивают максимальное возможное наполнение в цикле), и уменьшают объем камеры сгорания (увеличивают степень сжатия); (2) регулируют величины максимального возможного наполнения и объема камеры сгорания.
А поршневой или роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания для реализации Способа 1, конструктивно содержащий по меньшей мере одну камеру сгорания, образуемую деталями двигателя или их частями и по меньшей мере одним кинематически связанным с рабочим валом рабочим поршнем или поршнем-ротором, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, (1) содержит систему подачи атмосферного воздуха, уменьшающую и ограничивающую максимальное количество подаваемого в цикле в камеру сгорания атмосферного воздуха так, что коэффициент наполнения двигателя во всех режимах работы меньше своего максимального возможного значения для данного рабочего объема или имеет значение менее "0,7"; (2) содержит систему подачи атмосферного воздуха, уменьшающую и ограничивающую максимальное количество подаваемого в цикле в камеру сгорания атмосферного воздуха так, что коэффициент наполнения двигателя во всех режимах работы меньше своего
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
максимального возможного значения для данного рабочего объема или имеет значение менее "0,7", и величина объема камеры сгорания подобрана так, что степень сжатия в цикле превышает значение "12" при воспламенении топлива от постороннего источника или превышает значение "25" при самовоспламенении топлива.
Рассмотрим преимущества предлагаемого Способа 1 и его реализацию в поршневом двигателе внутреннего сгорания, конструктивно содержащем по меньшей мере одну камеру сгорания, образуемую деталями двигателя или их частями и по меньшей мере одним кинематически связанным с рабочим валом рабочим поршнем или поршнем-ротором, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, в частности, содержащем один рабочий цилиндр с рабочим объемом V, размещенный в нем, например, один рабочий поршень, кинематически связанный с рабочим валом, например, коленчатым. Двигатель предназначен для четырехтактного режима работы и также содержит системы подачи атмосферного воздуха в смеси с топливом (известные: карбюратор, клапанный газораспределительный механизм), систему удаления отработанных газов (известный клапанный газораспределительный механизм), внешний источник воспламенения топлива (свечу зажигания, катушку зажигания, прерыватель и т.д.).
Для реализации в данном двигателе предлагаемого Способа 1 ограничим (уменьшим) максимальное количество атмосферного воздуха (его смеси с топливом, в данном примере), который (в данном примере без наддува) может быть подан в цикле и сжат в камере сгорания, например, изменением фаз газораспределения. Для этого при изготовлении двигателя подберем геометрические размеры нажимного кулачка впускного клапана рабочего цилиндра механизма газораспределения так, что закрытие впускного клапана в цикле во время такта всасывания будет происходить до прихода рабочего поршня в нижнюю "мертвую" точку, что в результате позволит уменьшить максимальный возможный для данного рабочего объема коэффициент наполнения в цикле, например, в два раза.
Таким образом, двигатель данного примера содержит систему подачи атмосферного воздуха, уменьшающую и ограничивающую максимальное количество подаваемого в цикле в камеру сгорания атмосферного воздуха так, что коэффициент наполнения двигателя во всех режимах работы меньше своего максимального возможного значения для данного рабочего объема, или имеет значение менее "0,7". Увеличим степень сжатия в
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
рабочем цилиндре двигателя, например, в два раза, для чего конструктивно заложим соответствующий данному значению степени сжатия объем камеры сгорания (уменьшим объем камеры сгорания).
Очевидно, что все возможные режимы работы данного двигателя при реализации предлагаемого Способа 1 из-за возросшей степени сжатия будут иметь больший к.п.д. в сравнении с адекватными им режимами работы данного двигателя при реализации известного способа. К.п.д. данного двигателя при реализации предлагаемого Способа 1 выше и в сравнении с адекватными режимами работы двигателя, реализующего известный способ, с вдвое меньшим рабочим объемом (V/2), в котором объем камеры сгорания при реализации известного способа может быть таким же, что и в двигателе с рабочим объемом (V), реализующем предлагаемый Способ 1 в данном примере, поскольку для сравнимых режимов работы избыточное давление в рабочем цилиндре к моменту открытия каналов для удаления отработанных газов сгоревшего топлива в двигателе, реализующем предлагаемый Способ 1 в данном примере, будет ниже, чем в двигателе, реализующем известный способ- прототип 1, что обусловлено в два раза большим объемом для расширения газов сгоревшего топлива во время рабочего хода в цикле двигателя, реализующего предлагаемый Способ 1.
Аналогичным образом конструктивно заложив меньший объем камеры сгорания (увеличив степень сжатия) и ограничив (уменьшив) наполнение в роторно-поршневом двигателе, равно как и в поршневых двигателях внутреннего сгорания прочих известных конструкций, возможно увеличить к.п.д. рабочего хода в цикле и у этих двигателей, а регулируя величины максимального возможного наполнения в цикле и объема камеры сгорания, возможно подобрать требуемые (оптимальные) соотношения к.п.д., величины рабочего объема и мощности двигателей внутреннего сгорания.
Следует также отметить, что исходя из экономической целесообразности, в известных двигателях внутреннего сгорания, предназначенных для работы на жидком высокооктановом топливе, возможно осуществить предлагаемый Способ 1, уменьшив и ограничив максимальное количество атмосферного воздуха (в том числе, в смеси с топливом), который может быть подан в цикле и сжат в камере сгорания ( уменьшив и ограничив максимальное возможное наполнение в цикле), что позволит данным поршневым и роторно-поршневым двигателям, коэффициент наполнения которых будет уменьшен и не будет превышать заданного значения во всех режимах работы, эффективно
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
работать на топливе, как правило, более дешевом с более низким октановым числом без изменения степени сжатия, что отражено в формуле изобретения.
Способ 2. Увеличить к.п.д. рабочего хода в цикле поршневых двигателей при различных режимах работы с над дувом или без него, возможно реализуя предлагаемый Способ 2, при котором в известном способе создания вращающего момента на рабочем валу поршневых двигателей внутреннего сгорания, включающем подачу атмосферного воздуха и топлива в камеру сгорания, сжигание топлива, удаление отработанных газов сгоревшего топлива, заключающемся в том, что преобразуют движение рабочего поршня под действием давления газов сгоревшего топлива в цикле во вращение рабочего вала, в процессе работы двигателя регулируют величину объема камеры сгорания (величину степени сжатия), например, с учетом имеющего место при заданном режиме работы наполнения, и (или) совместно регулируют наполнение в цикле и величину объема камеры сгорания (величину степени сжатия), и (или) для заданного режима работы максимально допустимо уменьшают количество подаваемого в цикле атмосферного воздуха, топлива, и максимально допустимо уменьшают объем камеры сгорания, то есть осуществление требуемого режима работы двигателя производят при минимальном достаточном для данного режима работы коэффициенте наполнения двигателя в цикле и минимальном допустимом объеме камеры сгорания (максимально допустимой степени сжатия).
А поршневой двигатель внутреннего сгорания для осуществления Способа 2 (также, Способа 1, или совместного осуществления Способа 1 и Способа 2), конструктивно содержащий по меньшей мере одну камеру сгорания, образуемую деталями двигателя или их частями и по меньшей мере одним кинематически связанным с рабочим валом рабочим поршнем, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, в том числе, поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один рабочий цилиндр, размещенный в нем рабочий поршень, кинематически связанный с рабочим валом, дополнительно размещенный в рабочем цилиндре или вне его по меньшей мере один вспомогательный поршень, участвующий в образовании камеры сгорания, задействованный или не задействованный в газораспределении, механизм перемещения вспомогательного поршня, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, (1)
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
содержит по меньшей мере одну камеру сгорания с регулируемым объемом таким образом, что в процессе работы двигателя степень сжатия превышает значение "12" для всех режимов работы или их части при воспламенении топлива от постороннего источника или превышает значение "25" для всех режимов работы или их части при самовоспламенении топлива; (2) содержит по меньшей мере один вспомогательный поршень, задающий и (или) регулирующий величину объема камеры сгорания (регулирующий значение степени сжатия); (3) выполнен так, что механизм перемещения вспомогательного поршня содержит управляемый позиционный привод, в том числе, электропривод, задающий и (или) регулирующий значение степени сжатия в цикле изменением положения деталей или частей механизма перемещения вспомогательного поршня и (или) самого вспомогательного поршня; (4) содержит механизм перемещения вспомогательного поршня с позиционированием "мертвых" точек вспомогательного поршня.
На Фиг. 1 представлен пример варианта двигателя для осуществления предлагаемого Способа 2 (также, Способа 1, или совместного осуществления Способа 1 и Способа 2).
. Поршневой двигатель внутреннего сгорания Фиг. 1 конструктивно содержит по меньшей мере одну камеру сгорания 1, образуемую деталями двигателя или их частями (стенками рабочего цилиндра 2, вспомогательным поршнем 3) и по меньшей мере одним кинематически связанным с рабочим валом рабочим поршнем 4, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, а именно: (в данном частном случае конструктивного исполнения) содержит по меньшей мере один рабочий цилиндр 2, размещенный в нем рабочий поршень 4, кинематически связанный с рабочим валом (на Фиг. 1 не показано), дополнительно размещенный в рабочем цилиндре или вне его по меньшей мере один вспомогательный поршень 3, участвующий в образовании камеры сгорания, не задействованный в газораспределении, механизм перемещения вспомогательного поршня, внешний источник воспламенения топлива или без него, систему подачи атмосферного воздуха и топлива (на Фиг. 1 не показано), систему удаления отработанных газов (на Фиг. 1 не показано). Двигатель Фиг.1 содержит механизм перемещения вспомогательного поршня, состоящий из связанного с вспомогательным поршнем 3 поршневого штока 5, который имеет резьбу, сопряженную с резьбой гайки 6, неподвижной относительно рабочего цилиндра 2. Одним из концов поршневой шток 5 кинематически связан через подвижное шлицевое соединение 7 с рабочим валом электродвигателя 8, который является
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
составной частью известного управляемого позиционного электропривода, например, известного позиционного электропривода постоянного тока, содержащего известные: систему управления, источник питания, задающий орган - задатчик ( на Фиг. 1 не показано) и исполнительный орган - электродвигатель 8. Отработка требуемого угла поворота вала электродвигателя 8 в такой системе определена заданием (сигналом задатчика), например, связанным с пространственным положением задатчика. После отработки заданного угла поворота вращение вала электродвигателя позиционного электропривода 8 прекращается, вспомогательный поршень 3 останавливается, задавая требуемое значение степени сжатия в рабочем цилиндре 2 (задавая требуемый объем камеры сгорания), например, во время подачи в цикле в рабочий цилиндр 2 атмосферного воздуха.
При осуществлении варианта предлагаемого Способа 2 в двигателе Фиг.1, когда регулируют величину объема камеры сгорания (степень сжатия) в зависимости от режима работы, например, с учетом имеющего место наполнения, следует связать положение задатчика, например, с положением педали акселератора. Если использовать в двигателе Фиг.1 известные системы подачи атмосферного воздуха и топлива, такие как, карбюратор или инжектор, а сам двигатель Фиг.1 в качестве силового агрегата транспортного средства, очевидно, что положение педали акселератора будет определять для различных режимов работы двигателя в известной мере, характерной для карбюратора или инжектора, значение коэффициента наполнения двигателя, что в данном примере позволит изменением положения педали акселератора, а вместе с ним, изменением положения задатчика, задавать (регулировать) степень сжатия в цикле с учетом имеющего место значения коэффициента наполнения, характерного для выбранного положения педали акселератора(выбранного режима работы двигателя). При меньших значениях коэффициента наполнения возможно увеличение степени сжатия в цикле и уменьшение -при больших. Очевидно, что такое регулирование, в целом, обеспечивает больший к.п.д. рабочего хода двигателя Фиг.1 в сравнении с известными.
Аналогичным образом, используя известные технические средства, а именно: системы дозирования и контроля подачи топлива и атмосферного воздуха, их привязку к известным органам управления и известным средствам автоматизации процессов управления заданными параметрами, устройствам расчета и обеспечения требуемых законов управления, например, известному компьютеру, известным датчикам физических величин, известным устройствам сопряжения выходных и входных сигналов задающих и исполнительных устройств, подбором совокупности и количества контролируемых
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
параметров и физических величин, характеризующих и определяющих режимы работы двигателя в рамках предложенного технического решения, возможно осуществление контроля указанных в описании и формуле изобретения параметров, соответствующих отличительным признакам изобретения, приведенным в описании и формуле изобретения. Поскольку данные устройства и технические средства известны и не являются предметом изобретения, из-за очевидности их работоспособности и многообразия вариантов автором в данной заявке не приводится дополнительных примеров, поясняющих их работу.
Для поршневых двигателей, уже содержащих размещенный в рабочем цилиндре для известных целей по меньшей мере один вспомогательный поршень, в случае реализации в них предлагаемого Способа 2 (или совместной реализации Способа 1 и Способа 2), наряду с размещением в рабочем цилиндре или вне его дополнительного вспомогательного поршня, регулирующего степень сжатия в цикле, например, целесообразно без размещения в рабочем цилиндре или вне его такого вспомогательного поршня, регулировать степень сжатия в цикле (регулировать величину объема камеры сгорания), используя имеющийся вспомогательный поршень.
На Фиг.2 представлена схема поршневого двигателя внутреннего сгорания для осуществления предлагаемого Способа 2 (или совместного осуществления Способа 1 и Способа 2), механизм перемещения вспомогательного поршня которого наряду с выполнением известных функций, определенных для него конструкцией двигателя, например, функций газораспределения и (или) смещения фазы начала рабочего хода в цикле, предусматривает возможность позиционирования "мертвых" точек вспомогательного поршня в цикле и регулирования значения степени сжатия в процессе работы двигателя.
Поршневой двигатель Фиг.2 конструктивно содержит по меньшей мере одну камеру сгорания 1, образуемую деталями двигателя или их частями и по меньшей мере одним кинематически связанным с рабочим валом рабочим поршнем 4, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, а именно: (в данном частном случае конструктивного исполнения) содержит по меньшей мере один рабочий цилиндр 2, размещенный в нем рабочий поршень 4, кинематически связанный с рабочим валом (на Фиг.2 не показано), дополнительно размещенный в рабочем цилиндре или вне его по меньшей мере один вспомогательный поршень 3, участвующий в образовании камеры сгорания, задействованный или не задействованный в газораспределении, механизм перемещения
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
вспомогательного поршня, внешний источник воспламенения топлива или без него, систему подачи атмосферного воздуха и топлива (на Фиг.2 не показано), систему удаления отработанных газов (на Фиг.2 не показано). Механизм перемещения вспомогательного поршня 3 состоит из вспомогательного вала с нажимным кулачком 9, пружины 11, вала с резьбой 12, резьба которого сопряжена с резьбой резьбового отверстия в теле опоры 10. Вал с резьбой 12 соединен с валом электродвигателя 8. Электродвигатель 8 является исполнительным органом системы управляемого позиционного электропривода, например, аналогичного приведенному на Фиг.1. Корпус электродвигателя 8 неподвижно закреплен относительно рабочего цилиндра 2. Вспомогательный вал с нажимным кулачком 9 кинематически связан с рабочим валом поршневого двигателя (на Фиг.2 не показано), например, цепной передачей, а сам вспомогательный вал с нажимным кулачком 9, например, содержит участок, связанный шарнирами равных угловых скоростей (на Фиг.2 не показано), что позволяет в процессе работы поршневого двигателя при вращении вспомогательного вала с нажимным кулачком 9 перемещать опору 10 по направляющей 13.
Из приведенной на Фиг.2 схемы поршневого двигателя очевидно, что перемещение опоры 10 по направляющей 13 задает (регулирует) положение "мертвых" точек вспомогательного поршня 3 в рабочем цилиндре 2, и тем самым определяет значение степени сжатия в цикле. В свою очередь, положение опоры 10 задается (регулируется) отработкой заданного угла поворота вала электродвигателя 8. Также очевидно, что при реализации предлагаемого Способа 2 к.п.д. рабочего хода двигателя Фиг.2 выше чем у известного (прототип 3).
В заключение следует отметить, что возможно увеличить к.п.д. рабочего хода поршневых двигателей внутреннего сгорания в большей степени, совместно реализуя предлагаемые в данной заявке Способ 1 и (или) Способ 2 и "Способ создания вращающего момента..."по заявке №2000107495, патент РФ №2184862.
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ создания вращающего момента на рабочем валу поршневых и роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания, включающий подачу атмосферного воздуха и топлива в камеру сгорания, сжигание топлива, удаление отработанных газов сгоревшего топлива, заключающийся в том, что преобразуют движение рабочего поршня или поршня - ротора под действием давления газов сгоревшего топлива в цикле во вращение рабочего вала, отличающийся тем, что уменьшают и ограничивают максимальные количества атмосферного воздуха и топлива, которые могут быть поданы в цикле, (уменьшают и ограничивают максимальное возможное наполнение в цикле), и уменьшают объем камеры сгорания (увеличивают степень сжатия).
2. Способ создания вращающего момента по п.1, отличающийся тем, что регулируют величины максимального возможного наполнения и объема камеры сгорания.
3. Способ создания вращающего момента на рабочем валу поршневых двигателей внутреннего сгорания, включающий подачу атмосферного воздуха и топлива в камеру сгорания, сжигание топлива, удаление отработанных газов сгоревшего топлива, заключающийся в том, что преобразуют движение рабочего поршня под действием давления газов сгоревшего топлива в цикле во вращение рабочего вала, отличающийся тем, что в процессе работы двигателя регулируют величину объема камеры сгорания, и (или) совместно регулируют наполнение в цикле и величину объема камеры сгорания, и (или) для заданного режима работы максимально допустимо уменьшают количество подаваемого в цикле атмосферного воздуха, топлива и максимально допустимо уменьшают объем камеры сгорания.
4. Поршневой или роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, конструктивно содержащий по меньшей мере одну камеру сгорания, образуемую деталями двигателя или их частями и по меньшей мере одним кинематически связанным с рабочим валом рабочим поршнем или поршнем-ротором, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, в том числе, поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один рабочий цилиндр, размещенный в нем рабочий поршень, кинематически связанный с рабочим валом, дополнительно размещенный в рабочем цилиндре или вне его по меньшей мере один вспомогательный поршень, участвующий в образовании камеры сгорания,
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
задействованный или не задействованный в газораспределении, механизм перемещения вспомогательного поршня, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, отличающийся тем, что содержит систему подачи атмосферного воздуха, уменьшающую и ограничивающую максимальное количество подаваемого в цикле в камеру сгорания атмосферного воздуха так, что коэффициент наполнения двигателя во всех режимах работы меньше своего максимального возможного значения для данного рабочего объема или имеет значение менее "0,7".
5. Поршневой или роторно-порпшевой двигатель внутреннего сгорания по п.4, отличающийся тем, что величина объема камеры сгорания подобрана так, что степень сжатия в цикле превышает значение "12" при воспламенении топлива от постороннего источника или превышает значение "25" при самовоспламенении топлива.
6. Поршневой двигатель внутреннего сгорания, конструктивно содержащий по меньшей мере одну камеру сгорания, образуемую деталями двигателя или их частями и по меньшей мере одним кинематически связанным с рабочим валом рабочим поршнем, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, в том числе, поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один рабочий цилиндр, размещенный в нем рабочий поршень, кинематически связанный с рабочим валом, дополнительно размещенный в рабочем цилиндре или вне его по меньшей мере один вспомогательный поршень, участвующий в образовании камеры сгорания, задействованный или не задействованный в газораспределении, механизм перемещения вспомогательного поршня, внешний источник воспламенения топлива или без него, системы подачи атмосферного воздуха, топлива и удаления отработанных газов, или по п.4, или по п.5, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну камеру сгорания с регулируемым объемом таким образом, что в процессе работы двигателя степень сжатия превышает значение "12" для всех режимов работы или их части при воспламенении топлива от постороннего источника или превышает значение "25" для всех режимов работы или их части при самовоспламенении топлива.
7. Поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.6, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один вспомогательный поршень, задающий и (или) регулирующий величину объема камеры сгорания (регулирующий значение степени сжатия).
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
8. Поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.7, отличающийся тем, что механизм перемещения вспомогательного поршня содержит управляемый позиционный привод, в том числе, электропривод, задающий и (или) регулирующий значение степени сжатия в цикле изменением положения деталей или частей механизма перемещения вспомогательного поршня и (или) самого вспомогательного поршня.
9. Поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.7 или по п.8, отличающийся тем, что содержит механизм перемещения вспомогательного поршня с позиционированием "мертвых" точек вспомогательного поршня.
10. Поршневой или роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.4, или по п.5 отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один клапан в системе подачи атмосферного воздуха или его смеси с топливом, закрывающийся во время такта всасывания в цикле до прихода рабочего поршня в нижнюю "мертвую" точку.
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
Фиг. 1
WO 2006/009491
PCT/RU2005/000361
2/2
Фиг,2
INTERNATIONAL SEARCH REPORT
International application No.
PCT/RU2005/000361
A. CLASSIFICATION OF SUBJECT MATTER
F02B 75/04, F02D 15/04 According to International Patent Classification (IPC) or to both national classification and IPC
B. FIELDS SEARCHED__
Minimum documentation searched (classification system followed by classification symbols)
F02B 75/00, 75/04, 75/28, F02D 13/00, 13/02, 15/00-15/04, FOIL 1/00, 1/34
Documentation searched other than minimum documentation to the extent that such documents are included in the fields searched
Electronic data base consulted during the international search (name of data base and, where practicable, search terms used)
C. DOCUMENTS CONSIDERED TO BE RELEVANT
Category*
Citation of document, with indication, where appropriate, of the relevant passages
Relevant to claim No.
X Y
RU 2206775 C1 (IBADULLAEV GADZHIKADIR ALIYAROVICH) 20.06.2003, the claims
1 2
X Y
RU 2206774 C1 (IBADULLAEV GADZHIKADIR ALIYAROVICH) 20.06.2003, the claims
2,4, 5, 8-10
RU 2239074 C2 (IBADULLAEV GADZHIKADIR ALIYAROVICH) 10.04.2004, the claims, page 4 of the description, the last two paragraphs
4, 5, 10
RU 2089739 C1 (CHERNOGOROV ANATOLY DMITRIEVICH) 10.09.1997, the title and page 5 of the description, column 1 paragraph 5
5, 6
Further documents are listed in the continuation of Box C. See patent family annex.
* Special categories of cited documents: "7" iater document published after the international filing date or priority
"A" document defining the general state of the art which is not considered date and not in conflict with the application but cited to understand
to be of particular relevance the principle or theory underlying the invention
"E" earlier application or patent but published on or after the international "X" document of particular relevance; the claimed invention cannot be
filing date considered novel or cannot be considered to involve an inventive
"L" document which may throw doubts on priority claim(s) or which is step when the document is taken alone
cited to establish the publication date of another citation or other "v" document of particular releVance; the claimed invention cannot be
special reason (as specified) considered to involve an inventive step when the document is
"O" document referring to an oral disclosure, use, exhibition or other combined with one or more other such documents, such combination
means being obvious to a person skilled in the art
"P" document published prior to the international filing date but later than .. &.. document member of the same patent family _the priority date claimed__
Date of the actual completion of the international search
24 October 2005 (24.10.05)
Date of mailing of the international search report
27 October 2005 (27.10.05)
Name and mailing address of the ISA/ Facsimile No.
Authorized officer Telephone No.
Form PCT/ISA/210 (second sheet) (July 1998)
INTERNATIONAL SEARCH REPORT
bitemational application No. PCT/RU2005/000361
С (Continuation). DOCUMENTS CONSIDERED TO BE RELEVANT
Category*
Citation of document, with indication, where appropriate, of the relevant passages
Relevant to claim No.
X Y
RU 2179644 C2 (GOVOROV EVGENY VLADIMIROVICH) 20.02.2002, the claims, page 4 of the description, the last two paragraphs
RU 2119077 C1 (KONJUKHOV VITALY ALEXEEVICH et al) 20.09.1998, the claims
RU 2105893 C1 (ZH MUD YAK LEONID MOISEEVICH et al) 27.02.1998, claims 1 and 4
RU 2042846 C1 (MELITOPOLSKY MOTORNY ZAVOD) 27.08.1995, page 4 of the description the last paragraph
6,7 8, 9
6 10 1-10
Form PCT7ISA/210 (continuation of second sheet) (April 2005)
ОТЧЕТ О МЕЖДУНАРОДНОМ ПОИСКЕ
Международная заявка № PCT/RU 2005/000361
А. 1ШАССИФИКАЦИЯ ОТЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
F02B 75/04, F02D 15/04 Согласно Международной патентной классификации (МГПС-7)
В. ОБЛАСТИ ПОИСКА:
Проверенный минимум документации (система классификации и индексы) МПК-7:
F02B 75/00, 75/04, 75/28, F02D 13/00, 13/02, 15/00-15/04, FOIL 1/00, 1/34
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в поисковые подборки:
Электронная база данных, использовавшаяся при поиске (название базы и, если, возможно, поисковые термины):
С. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ:
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
X Y
X Y
RU 2206775 С1 (ИБАДУЛЛАЕВ ГАДЖИКАДИР АЛИЯРОВИЧ) 20.06.2003, формула
RU 2206774 С1 (ИБАДУЛЛАЕВ ГАДЖИКАДИР АЛИЯРОВИЧ) 20.06.2003, формула
RU 2239074 С2 (ИБАДУЛЛАЕВ ГАДЖИКАДИР АЛИЯРОВИЧ) 10.04.2004, формула, описание с. 4, два последних абзаца
2, 4, 5, 8-10 4, 5, 10
X последующие документы указаны в продолжении графы С.
данные о патентах-аналогах указаны в приложении
* Особые категории ссылочных документов:
А документ, определяющий общий уровень техники и не считающийся особо релевантным
более ранняя заявка или патент, но опубликованная на дату международной подачи или после нее
документ, подвергающий сомнению притязание (я) на приоритет, или который приводится с целью установления даты публикации другого ссылочного документа, а также в других целях (как указано)
О документ, относящийся к устному раскрытию, использованию,
экспонированию и т.д. Р документ, опубликованный до даты международной подачи, но после даты испрашиваемого приоритета
Т более поздний документ, опубликованный после даты международной подачи или приоритета, но приведенный для понимания принципа или теории, на которых основывается изобретение
X документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска; заявленное изобретение не обладает новизной или изобретательским уровнем, в сравнении с документом, взятым в отдельности
Y документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска; заявленное изобретение не обладает изобретательским уровнем, когда документ взят в сочетании с одним или несколькими документами той же категории, такая комбинация документов очевидна для специалиста
& документ, являющийся патентом-аналогом
Дата действительного завершения международного поиска: 24 октября 2005 (24.10.2005)
Дата отправки настоящего отчета о международном поиске: 27 октября 2005 (27.10.2005)
Наименование и адрес Международного поискового органа Федеральный институт промышленной собственности РФ, 123995, Москва, Г-59, ГСП-5, Бережковская наб., 30,1 Факс: 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
Уполномоченное лицо:
Ю. Богачев Телефон №240-25-91
Форма PCT/ISA/210 (второй лист)(апрель 2005)
ОТЧЕТ О МЕЖДУНАРОДНОМ ПОИСКЕ
Международная заявка № PCT/RU 2005/000361
С. (продолжение) ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ:
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
X Y
RU 2089739 С1 (ЧЕРНОГОРОВ АНАТОЛИИ ДМИТРИЕВИЧ) 10.09.1997, название и описание с. 5, 1 колонка 5 абзац
RU 2179644 С2 (ГОВОРОВ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ) 20.02.2002, формула, описание с. 4 два последних абзаца
RU 2119077 С1 (КОНЮХОВ ВИТАЛИИ АЛЕКСЕЕВИЧ и др.) 20.09.1998, формула
RU 2105893 С1 (ЖМУДЯК ЛЕОНИД МОИСЕЕВИЧ и др.) 27.02.1998, формула п. п. 1 и 4
RU 2042846 С1 (МЕЖТОПОЛЬСКИЙ МОТОРНЫЙ ЗАВОД ) 27.08.1995, описание с. 4 последний абзац 5,6
6,7 8,9
1-10
Форма PCT/ISA/210 (продолжение второго листа)(апрель 2005)
1machines and mechanisms, for example, road transport means. The aim of said invention is to increase the performance of Q\ combustion strokes of piston and rotary internal combustion engines. The inventive method consists in increasing or limiting
maximum amount of outside air and fuel which are supplied during a cycle and in adjusting the values of the maximum possible ^ admission and volume of a combustion chamber. Said method also consists in simultaneously adjusting the admission for a t-y cycle and the volume of the combustion chamber during the engine operation and (or) in maximum permissibly reducing the ^ amount of the supplied outside air and fuel and the volume of the combustion chamber according to the determined operating ?5 mode of the engine. The internal combustion engine comprises an air-delivery system which reduces and limits the maximum О amount of outside air supplied to the chamber in such a way that the engine degree of admission at all operating modes is less ^ than the maximum possible value thereof or 0.7 for the given working volume. Said invention makes it possible to design piston ф and rotary internal combustion engine which are based thereon and whose performance characteristics are greater than those of
known engines.
[Продолжение на след. странице]
(57) Реферат: Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации силовых агрегатов машин и механизмов различного назначения, например, автомобильного транспорта. Цель изобретения -повышение коэффициента полезного действия рабочего кода поршневых и роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания. Достигается это тем, что в двигателях внутреннего сгорания уменьшают и ограничивают максимальные количества атмосферного воздуха и топлива, которые могут быть поданы в цикле, регулируют величины максимального возможного наполнения и объема камеры сгорания. В процессе работы двигателя совместно регулируют наполнение в цикле и величину объема камеры сгорания, и (или) для заданного режима работы максимально допустимо уменьшают количество подаваемого в цикле атмосферного воздуха, топлива и максимально допустимо уменьшают объем камеры сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит систему подачи воздуха, уменьшающую и ограничивающую максимальное количество подаваемого воздуха в камеру сгорания так, что коэффициент наполнения двигателя на всех режимах работы меньше своего максимального возможного значения для данного рабочего объема или имеет значение менее 0, 7. Применение изобретения позволит создавать на его базе поршневые и роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания с более высоким коэффициентом полезного действия в сравнении с известными.