Robots: high-speed engine
Универсальный русско-английский словарь. Академик.ру. 2011.
Высокоскоростной наземный транспорт — Привод … Википедия
Двигатель Вальтера — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия
Линейный двигатель — Лабораторный синхронный линейный двигатель. На заднем плане статор ряд индукционных катушек, на переднем плане подвижный вторичный элемент, содержащий постоянный магнит … Википедия
РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, двигатель, который обеспечивает продвижение вперед, быстро выпуская струю жидкости или газа в направлении, противоположном направлению движения. Чтобы создать высокоскоростной поток газов, в реактивном двигателе горючее… … Научно-технический энциклопедический словарь
Пылесборник — Напольный пылесос Пылесос устройство, которое создаёт разрежение воздуха с помощью воздушного компрессора, что позволяет ему всасывать пыль и грязь; пыль собирается фильтрующей системой внутри пылесоса. Пылесос обычно используется для очистки… … Википедия
ДАЙМЛЕР Готлиб — ДАЙМЛЕР (Daimler) Готлиб Вильгельм (17 марта 1834, Шорндорф, королевство Вюртемберг, ныне Германия 6 марта 1900, Канштатт, близ Штутгарта), немецкий изобретатель, пионер автомобилестроения, основатель фирмы Daimler Motoren Gesellschaft. Получил… … Энциклопедический словарь
Даймлер — марка автомобиля, выпускаемого британской фирмой Jaguar. Название – по имени Г. Даймлера. Готтлиб Вильгельм Даймлер Gottlieb Wilhelm Daimler (1834–1900) немецкий инженер, конструктор и промышленник. Совместно с Вильгельмом Майбахом разработал… … Судьба эпонимов. Словарь-справочник
Поезд — Привод Локомо … Википедия
Хронология изобретений человечества — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия
ГОСТ Р 55057-2012: Транспорт железнодорожный. Состав подвижной. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 55057 2012: Транспорт железнодорожный. Состав подвижной. Термины и определения оригинал документа: 22 аварийная крэш система: Устройство железнодорожного подвижного состава, предназначенное для предотвращения или снижения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
устройство — 2.5 устройство: Элемент или блок элементов, который выполняет одну или более функцию. Источник: ГОСТ Р 52388 2005: Мототранспортны … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
universal_ru_en.academic.ru
Русско-китайский судоремонтный и рыболовный словарь. - МО КНР. 1986.
Высокоскоростной наземный транспорт — Привод … Википедия
Двигатель Вальтера — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия
Линейный двигатель — Лабораторный синхронный линейный двигатель. На заднем плане статор ряд индукционных катушек, на переднем плане подвижный вторичный элемент, содержащий постоянный магнит … Википедия
РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, двигатель, который обеспечивает продвижение вперед, быстро выпуская струю жидкости или газа в направлении, противоположном направлению движения. Чтобы создать высокоскоростной поток газов, в реактивном двигателе горючее… … Научно-технический энциклопедический словарь
Поезд — Привод Локомо … Википедия
Хронология изобретений человечества — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия
ГОСТ Р 55057-2012: Транспорт железнодорожный. Состав подвижной. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 55057 2012: Транспорт железнодорожный. Состав подвижной. Термины и определения оригинал документа: 22 аварийная крэш система: Устройство железнодорожного подвижного состава, предназначенное для предотвращения или снижения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
устройство — 2.5 устройство: Элемент или блок элементов, который выполняет одну или более функцию. Источник: ГОСТ Р 52388 2005: Мототранспортны … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Messerschmitt Me.262 — Мессершмитт Me.262 … Википедия
АВТОМОБИЛЬ ЛЕГКОВОЙ — самодвижущееся четырехколесное транспортное средство с двигателем, предназначенное для перевозок небольших групп людей по автодорогам. Легковой автомобиль, обычно вмещающий от одного до шести пассажиров, именно этим, в первую очередь, отличается… … Энциклопедия Кольера
Оппортьюнити — Mars Exploration Rover B … Википедия
Режим работы ДВС характеризуется частотой вращения коленчатого вала и развиваемой мощностью. Частота вращения пможет изменяться отnminдо nmax. Минимальная частота вращенияnminопределяется условием устойчивой работы двигателя под нагрузкой. Максимально допустимая частотаnmaxограничивается условием качественного протекания рабочего цикла, механическими нагрузками на элементы кривошипно-шатунного механизма двигателя от воздействия сил инерции и т. п. При любой частоте вращения эффективная мощность двигателя и соответствующий данному режиму крутящий момент могут изменяться от нулевого значения (режим холостого хода) до максимального.
Оценка работы двигателя на переменных режимах осуществляется с помощью характеристик, которые обычно графически выражают зависимость основных показателей двигателя от параметра, характеризующего режим работы двигателя (нагрузка, частота вращения коленчатого вала), или от какого-либо регулировочного параметра (угол опережения зажигания, коэффициент избытка воздуха и т. п.).
Характеристики двигателя позволяют судить о возможности его использования для работы с данным потребителем. Специфические условия работы двигателя с различными потребителями определяют различные типы характеристик. Для анализа работы автотракторных двигателей внутреннего сгорания используются следующие характеристики: скоростная, нагрузочная, регуляторная и регулировочная.
Помимо этих основных характеристик для двигателей другого назначения могут использоваться специальные характеристики: тепловозная, винтовая и др.
Режимы работы автомобильного двигателя определяются условиями движения автотранспортного средства и характеризуются широким диапазоном изменения нагрузки и частоты вращения. Изменение скоростного режима работы двигателя обеспечивает необходимое изменение скорости движения автомобиля на данной передаче. На каждой скорости движения, при любой частоте вращения коленчатого вала двигателя, его нагрузка может изменяться от нуля до максимального значения.
Н
а) б)
Рис.14.1
Возможные режимы работы двигателя, работающего в транспортных условиях, характеризуются точками, расположенными внутри контура, ограниченного кривой изменения мощности в зависимости от частоты вращения и линиями граничных частот вращения.
При проектировании двигателей некоторые характеристики могут быть получены в результате расчета (скоростные и нагрузочные), хотя и в этом случае многие параметры определяются по эмпирическим зависимостям, полученным на основании обработки большого числа опытных данных.
Скоростная характеристика - зависимость мощности N, крутящего момента Mкр, расхода топлива Gти удельного расхода топлива geот частоты вращения коленчатого вала двигателя. Различают внешнюю и частичные скоростные характеристики.
Скоростную внешнюю характеристику получают при полном открытии дроссельной заслонки карбюратора или при положении рейки топливного насоса дизеля, соответствующем номинальной мощности (линии aна рис.14.1). Любая характеристика, полученная при неполном открытии регулирующего органа двигателя, называется частичной скоростной характеристикой (линииbна рис.14.1).
Внешняя скоростная характеристика позволяет определить максимальные мощностные показатели двигателя и оценить его экономичность при полных нагрузках. Характеристику получают в диапазоне от минимальной устойчивой частоты вращения до ~1.2nном, где nном- частота вращения, указанная заводом-изготовителем для номинальной мощности.
Для оценки устойчивости режима двигателя при работе по внешней характеристике используют коэффициент приспособляемости К, который равен отношению максимального крутящего момента (или среднего эффективного давления) при работе двигателя по внешней характеристике к крутящему моменту (или среднему эффективному давлению), соответствующему номинальной частоте вращения вала двигателя.
Для транспортных карбюраторных двигателей коэффициент приспособляемости равен 1.25 – 1.35, для транспортных дизелей 1.05-1.15, причем меньшие значения коэффициента приспособляемости имеют двигатели с наддувом.
Скоростной диапазон устойчивой работы двигателя оценивается скоростным коэффициентом Kc, равным отношению частоты вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту при работе двигателя по внешней характеристике, к частоте вращения на номинальном режиме. Скоростной коэффициент у карбюраторных двигателей составляет 0.45 – 0.55, а у дизелей 0,55 – 0,70 (при наддуве до 0.8).
С достаточной степенью точности внешние скоростные характеристики можно построить по результатам теплового расчета для режима максимальной мощности двигателя. Диапазон возможных изменений скорости вращения лежит в интервале от 600 об/мин до 1.2nномдля карбюраторных двигателей и от ~350 об/мин до nном для дизелей.
Зависимость мощности двигателя от скорости его вращения можно выразить следующим обобщенным выражением
Для карбюраторных двигателей приведенное выражение упрощается и приобретает вид
Для дизелей с неразделенной камерой сгорания рекомендуется зависимость
для предкамерных дизелей
и вихрекамерных
Удельный эффективный расход топлива определяется по следующим уравнениям:
для карбюраторных двигателей
для дизелей с неразделенными камерами
На рис.14.2 в качестве примера представлены расчетные внешние скоростные характеристики одного из карбюраторных двигателей.
Двигатели внутреннего сгорания часто работают при переменной частоте вращения коленчатого вала, но при постоянном положении органа управления, соответствующем меньшей подаче топлива или смеси, чем при работе по внешней характеристике. Зависимость эффективной мощности двигателя от частоты вращения его вала при различных положениях органа управления подачей топлива или смеси называют частичными скоростными характеристиками.
При работе по частичной скоростной характеристике с цикловой подачей топлива, близкой к номинальной и соответствующей наиболее
э
кономичной работе дизеля, эффективный КПД может быть даже выше, чем при работе по внешней скоростной характеристике.
Рис.14.2
В карбюраторных двигателях с экономайзером в карбюраторе при работе по частичным характеристикам, соответствующим прикрытию дроссельной заслонки на 20-30%, эффективный КПД выше, чем при работе двигателя по внешней характеристике.
Расчеты частичных скоростных характеристик являются приближенными, поэтому определяют эти характеристики путем эксперимента.
studfiles.net
Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к высокоскоростным прямоточным и ракетно-прямоточным двигателям, и может быть использовано в космической и оборонной отрасли.
Эксплуатационные показатели двигателя (тяга, экономичность) прямо и непосредственно зависят от эффективности процесса горения топливной смеси в камере сгорания двигателя. Эффективность этого процесса в свою очередь определяется тем, насколько рационально организовано воспламенение и сжигание топливовоздушной смеси.
Известен гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), содержащий топливную форсунку, размещенную в носовой части двигателя перед воздухозаборником и расположенные за ним камеру сгорания и сопло [1]. Для организации воспламенения и горения топливовоздушной смеси двигатель содержит лазерный излучатель, настроенный на определенную частоту излучения. Недостатком двигателя является наличие достаточно сложных устройств организации цепного механизма реакции, связанного с возбуждением энергетических квантовых уровней атомов среды, предшествующим воспламенению на молекулярном уровне. Функции указанных устройств сводятся в конечном итоге к воспламенению топливовоздушной смеси и повышению полноты сгорания топлива. Лазерный излучатель требует тонкой настройки, которую крайне трудно поддерживать в условиях эксплуатации двигателя. Все это существенно снижает надежность работы двигателя, что недопустимо при использовании, например, на военных объектах.
Наиболее близким к предлагаемому двигателю является экспериментальный гиперзвуковой ПВРД [2]. Двигатель содержит воздухозаборник, изолятор, камеру сгорания, сопло, топливную систему с воспламенителем, инжекторами и топливными каналами. Топливная система содержит центральный топливный пилон и боковые топливные пилоны, расположенные эшелонированно под определенным углом к продольной оси двигателя.
Недостатком этого двигателя является наличие тормозящих поток элементов - стоек пилонов, которые усложняют конструкцию. Стойки пилонов создают сопротивление набегающему потоку, что влечет потери полного давления, неравномерную турбулизацию потока и неравномерность воспламенения по объему камеры сгорания, а следовательно, уменьшает полноту сгорания топлива. Кроме того, из-за высокой температуры нагрева передних кромок стоек пилонов сокращается их ресурс и, как следствие, может происходить их разрушение. К недостаткам двигателя также нужно отнести наличие воспламенителя, который в свою очередь является устройством сложной конструкции. Кроме того, воспламенитель снижает надежность работы двигателя.
Задача изобретения заключается в упрощении конструкции двигателя и снижении его массы.
Технический результат заключается в повышении надежности и эффективности воспламенения, увеличении полноты и стабильности сгорания топлива, а также увеличении тяги и экономичности двигателя, надежности его запуска и снижении стоимости изготовления двигателя за счет кардинального упрощения конструкции и технологии изготовления.
Поставленная задача решается тем, что высокоскоростной прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит последовательно расположенные воздухозаборное устройство, камеру сгорания и выходное сопло. В камере сгорания размещены форсунки подачи горючего, обеспечивающие образование топливовоздушной смеси. Согласно изобретению площадь входного сечения камеры сгорания двигателя выполнена больше площади ее выходного сечения. Площадь выходного сечения камеры сгорания определяется с учетом температуры воспламенения топливовоздушной смеси из соотношений:
где
Lкс - длина камеры сгорания,
λкс - приведенная скорость потока в камере сгорания,
Tкс * - полная температура топливовоздушной смеси в камере сгорания,
k - показатель адиабаты,
R - газовая постоянная,
Fкр - площадь выходного сечения камеры сгорания двигателя,
Fкс - площадь входного сечения камеры сгорания двигателя,
q(λ) - газодинамическая (табличная) функция.
В частных случаях осуществления изобретения площадь средней части камеры сгорания может быть равна площади ее входного сечения, а превышение площади входного сечения камеры сгорания над площадью ее выходного сечения может быть обеспечено образованием местного сужения в зоне последнего.
Кроме того, камера сгорания может быть выполнена сужающейся по потоку. Более того, сужение камеры сгорания по потоку может быть выполнено равномерным.
В других частных случаях осуществления изобретения воздухозаборное устройство может быть выполнено в виде сужающе-расширяющегося сопла или в виде сужающегося сопла.
Совокупность признаков заявленного двигателя обеспечивает получение заявленного технического результата, поскольку:
- выполнение площади выходного сечения камеры сгорания меньшим площади входного сечения обеспечивает торможение потока до дозвуковых скоростей, увеличение статических температуры, давления в потоке, времени пребывания в камере сгорания и повышение полноты сгорания топлива, а следовательно, тяги двигателя и его экономичности;
- бесконтактное торможение (без применения специальных устройств, вносящих гидравлическое сопротивление и подвергающихся высоким тепловым нагрузкам) высокоскоростного потока, обеспечивающее эффективность нагревания топливовоздушной смеси в расчетном сечении камеры сгорания до температуры воспламенения топливовоздушной смеси упрощает конструкцию и технологию изготовления двигателя, а также уменьшает его массу;
- наличие в камере сгорания расчетного сечения, в котором происходит воспламенение топливовоздушной смеси без применения устройств стабилизации пламени существенно повышает надежность запуска и работы двигателя;
- конструкция двигателя с самовоспламеняющимся потоком топливовоздушной смеси, исключающая применение каких-либо дополнительных элементов (факельных устройств, свечей зажигания и т.п.) и автоматически обеспечивающая воспламенение смеси только за счет природных свойств рабочего тела в сочетании с рационально выбранной (рассчитанной) геометрией проточной части, обеспечивает предельную простоту конструкции и технологии изготовления, а также уменьшает производственные затраты.
Таким образом, поставленная задача с учетом перечисленных признаков является полностью решенной.
Приведенные соотношения для определения геометрических размеров заявленного двигателя основаны на следующих положениях.
Время пребывания τкс, топливовоздушной смеси в камере сгорания, должно определяться временем индукции в реакции окисления топлива. Время пребывания τкс должно быть не меньше времени индукции, которое является функцией f(Tкс) статической температуры топливовоздушной смеси в камере сгорания. Указанное время для камеры сгорания заданной длины Lкс определяется из соотношения:
где
Lкс - длина камеры сгорания (заданная),
wкс - скорость потока в камере сгорания,
λкс - приведенная скорость потока в камере сгорания,
Ткс - статическая температура топливовоздушной смеси в камере сгорания,
Ткс * - полная температура топливовоздушной смеси в камере сгорания,
k - показатель адиабаты.
Из этого выражения, используя равенство:
где
R - газовая постоянная,
получаем нелинейное уравнение относительно λкс:
которое решается для заданных Ткс * и Lкс, известных из условий полета и габаритных ограничений.
После решения уравнения (1) из уравнения:
где
Fкр - площадь выходного сечения камеры сгорания двигателя,
Fкс - площадь входного сечения камеры сгорания двигателя,
q(λ) - газодинамическая (табличная) функция,
находится потребное отношение площадей выходного и входного сечений камеры сгорания.
Функция, дающая характерную оценку для времени индукции, имеет вид [3]:
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема высокоскоростного ПВРД, а на фиг.2 - схема одного из вариантов возможного выполнения двигателя.
Двигатель содержит воздухозаборное устройство 1 с подводящим участком с входным сечением I-I, камеру сгорания 2 заданной длины с входным сечением II-II и выходным сечением III-III. Выходное сечение III-III может быть выполнено в виде местного сужения 3. В другом частном случае осуществления изобретения камера сгорания 2 может быть выполнена сужающейся по потоку, причем сужение камеры сгорания 2 может быть выполнено равномерным (см. фиг.2) или неравномерным, например, по параболе или другим известным образом.
За выходным сечением III-III камеры сгорания (по потоку) расположено выходное сопло 4. Камера сгорания 2 снабжена форсунками 5, которые связаны с линией 6 подвода топлива.
Площади входного и выходного сечений камеры сгорания 2 определяются согласно расчетным данным, получаемым из соотношений (1)-(3) с учетом заданной длины Lкс камеры сгорания 2, условий полета и габаритных ограничений. Этими же расчетными данными определяется положение расчетного входного сечения II-II по длине двигателя и соответственно зона размещения форсунок 5.
Двигатель работает следующим образом. Из воздухозаборного устройства 1 через сечение I-I подводящего участка высокоскоростной поток воздуха поступает в камеру сгорания 2. Под действием тормозящего эффекта, создаваемого выходным сечением III-III камеры сгорания 2, поток воздуха бесконтактно тормозится. Под термином «бесконтактно» в данном случае понимается торможение потока, не обусловленное наличием местных сопротивлений в объеме камеры сгорания. В камере сгорания 2, на пути высокоскоростного потока отсутствуют топливоподающие пилоны и другие конструкции, создающие аэродинамические (гидравлические) сопротивления. В результате бесконтактного торможения поток затормаживается в камере сгорания 2 до дозвуковой скорости с увеличением его статической температуры Ткс до температуры воспламенения топливовоздушной смеси.
Топливовоздушная смесь образуется в камере сгорания 2 при подаче горючего по линии 6 через форсунки 5.
В результате нагрева и достаточного времени пребывания в камере сгорания 2 топливовоздушная смесь воспламеняется. Расчетное сечение воспламенения топливовоздушной смеси - это сечение II-II. Поток, приобретая дозвуковую скорость и повышенное давление, обеспечивает создание необходимых условий для протекания предпламенных реакций. Достаточное время пребывания топливовоздушной смеси в камере сгорания заданной длины обеспечивает воспламенение и существенно повышает полноту сгорания топлива. Продукты сгорания выходят через сопло 4.
Как показывает экспериментальный опыт ЦИАМ, для достижения желаемого эффекта отношение площади критического выходного сечения III-III к площади входного сечения II-II камеры сгорания должно составлять ~0,6…0,95, при этом число Маха (приведенная скорость) в камере сгорания составляет ~0,4…0,8.
С учетом выражений (1)-(3) проведем расчет для чисел Маха полета Mn=5,5 и Mn=6.
Для Mn=5,5 (Tкс *=1450 К) и длины камеры сгорания Lкс=1 м из уравнения (1) получаем λкс=0,42. Соответственно отношение площадей 
. Статическая температура потока топливовоздушной смеси будет равна 0,97 от полной температуры потока.
Для Mn=6 (Tкс *=1650 К) и длины камеры сгорания Lкс=1 м из уравнения (1) получаем λкс=0,74. Соответственно отношение площадей 
. Статическая температура потока топливовоздушной смеси будет равна 0,9 от полной температуры потока.
Данные расчеты находятся в хорошем соответствии с проведенными в ЦИАМ экспериментальными исследованиями.
Таким образом, в отличие от известных двигателей, которые нуждаются в системе принудительного воспламенения топлива, в данном случае устройством воспламенения является сама камера сгорания, а воспламенение есть начальная стадия основного процесса горения в камере, так как никаких дополнительных элементов (факельных, электрических, волновых и т.п.) для воспламенения не требуется.
Список источников
1. Патент РФ №2481484, опубл. 10.05.2013.
2. Патент РФ №2238420, опубл. 20.10.2004.
3. В. Franzelli, Е. Riber, М. Sanjos, Т. Poinsot. A two-step chemical scheme for keroseneair premixed flames // Combustion and Flame. 2010. V157, pp.1364-1373.
edrid.ru
1. Двигатель (1), отличающийся тем, что топливо используется с высокой эффективностью, а потери на трение минимальны, при этом двигатель содержит по меньшей мере цилиндр (2), по меньшей мере поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2) и который содержит по меньшей мере выступ (6) и/или выемку (7), которые устраняют трение боковой поверхности поршня во время перемещения, по меньшей мере соединительную тягу (4), которая смещена от оси цилиндра на некоторое расстояние (х) и, в то же время, соединена с поршнем (3) под некоторым углом (α), по меньшей мере кривошип (5), который эффективен в регулировании скорости поршня (3) при его ходах благодаря γ° углу двух концов соединительной тяги (4) относительно оси цилиндра (2).
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая расположена между поршнем (3) и кривошипом (5) и которая соединяет поршень (3) с кривошипом (5), которая смещена от оси цилиндра (2) на некоторое расстояние (х) и которая установлена на поршне (3) под углом (α), при этом часть между верхним концом (А), который расположен под углом (α) градусов относительно поршня, и нижним концом (В), который установлен на валу кривошипа (5), может быть прямой, а также может быть других геометрических форм, в частности, криволинейной, волнистой и т.д.
3. Двигатель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что обеспечивает регулирование циклов всасывания, сжатия, сгорания и откачки для увеличения эффективности, при этом поршень (3) образует γ° угол относительно оси цилиндра (2), когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещает ось поворота кривошипа (5) от оси цилиндра (2) на расстояние е.
4. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что эффективное плечо момента эффективно образовано на кривошипе (5), поскольку центр поворота смещен от оси цилиндра (2) на расстояние е, и содержит по меньшей мере один кривошип (5), который образует θ° угол с осью цилиндра (2), когда поршень (3) достигает верхней мертвой точки (ВМТ).
5. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая обеспечивает регулирование скорости поршня (3) при необходимости под действием силы, образуемой по центру поворота кривошипа (5) во время сгорания, когда угол кривошипа (5) равен 0°.
6. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая обеспечивает уменьшение скорости поршня (3) и, таким образом, полное сгорание топлива, когда угол кривошипа (5) относительно оси цилиндра (2) находится между θ°-90°.
7. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере кривошип (5), который заставляет поршень (3) достигать нижней мертвой точки, когда угол относительно цилиндра (2) равен 180°+λ°.
8. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая обеспечивает регулирование времени открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов, так что скорость, мощность и крутящий момент двигателя (1) будут увеличиваться, и которая заставляет поршень (3) проходить менее половины своего хода при перемещении кривошипа (5) между 180°-270°.
9. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая заставляет поршень (3) проходить более половины своего хода при перемещении кривошипа (5) между 270°-360° и, таким образом, которая обеспечивает регулирование времени открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов для увеличения мощности и крутящего момента двигателя (1) согласно скорости двигателя (1).
10. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещена от центра цилиндра (2) на величину х для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
11. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), на которой содержится по меньшей мере выступ (6) и/или выемка (7) для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
12. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один поршень (3), на котором содержится по меньшей мере один короткий и/или длинный выступ (6) и/или по меньшей мере прямая или криволинейная выемка (7) на другой стороне для уравновешивания силы трения, образуемой на боковой поверхности поршня (3) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
13. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один поршень (3), на котором содержится по меньшей мере одно углубление (8) и/или выпуклость (9) для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
www.findpatent.ru
Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель (1) содержит цилиндр (2) и поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2). Поршень (3) содержит по меньшей мере выступ (6) и/или выемку, которые устраняют трение боковой поверхности поршня во время перемещения. Имеются соединительная тяга (4), которая смещена от оси цилиндра и, в то же время, соединена с поршнем (3) под углом и, кривошип (5), который регулирует скорость поршня (3) при его ходах благодаря углу двух концов соединительной тяги (4) относительно оси цилиндра (2). Технический результат заключается в повышении величины крутящего момента и снижении потерь на трение. 12 з.п. ф-лы, 15 ил. 
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к экологически безвредному, высокоскоростному двигателю внутреннего сгорания, в котором топливо используется с высокой эффективностью посредством усовершенствования механизма соединительной тяги и изменения устройства поршня и в котором выброс отработанного газа находится на минимальном уровне.
Уровень техники
В уровне техники с тех пор, как двигатели внутреннего сгорания и двигатели взрывного действия были изобретены Отто, проводились исследования, целью которых было уменьшение потребления топлива, уменьшение потерь, вызванных трением, и высокая мощность двигателя посредством выполнения нескольких усовершенствований в механизмах кривошипа, соединительной тяги и поршня.
В патенте США № 702270B1 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, в котором перемещение соединительной тяги максимально вдоль хода поршня в результате закрученной соединительной тяги и, таким образом, в котором целью является достижение высокой эффективности и высокого крутящего момента посредством достижения максимального давления после того, как кривошип проходит верхнюю мертвую точку, при этом двигатель содержит кривошипный вал, который смещен от вертикальной оси цилиндра.
В патенте Канады № 1170927 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, который обеспечивает увеличение мощности двигателя в лошадиных силах и меньшее трение и который содержит веерообразный поршень, соединенный с поршнем штифтом.
В заявке на патент США № 2005051128 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, который содержит канавки, которые принимают расширяющийся газ на поршне, и, таким образом, который предотвращает потери, вызванные трением.
Однако в предшествующем уровне техники главной проблемой в выпускаемых двигателях Отто и других классических двигателях является очень низкая эффективность двигателя и очень высокая потеря эффективности, так как давление, создаваемое сгораемым и взрываемым топливом в цилиндре, передается на кривошипный вал способом, не пригодным для задачи. Когда поршень находится в верхней мертвой точке в указанных двигателях, давление максимальное, но плечо момента, которое должно повернуть кривошип, равно нулю. Тогда как кривошип продолжает поворачиваться и поршень проходит от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки, объем цилиндра увеличивается между 0°-90°, плечо момента начинает принимать форму, но в то же самое время давление газа быстро падает в результате уравновешенности P·V=P1·V 1. В результате, время горения, которое обеспечивает эффективное давление и которое является фактором, который определяет падения эффективности, короткое. Согласно отношению давление газа × плечо момента, подходящий крутящий момент и требуемая эффективность сгорания не могут быть достигнуты, так как давление снижается, хотя плечо момента увеличивается. Кроме того, на всем протяжении хода поршня в цилиндре контакт поршня с поверхностью блока продолжает увеличивать изменения давления и, таким образом, увеличивает потери на трение, эффективность же двигателя снижается, и срок службы двигателя уменьшается.
В патенте Канады 1170927 и заявке на патент США 2005051128 и в известном уровне техники целью является уменьшение трения созданием других конструкций в верхней части поршня, однако которые не раскрывают или содержат корпус, в котором механизмы кривошипа-соединительной тяги смещены от оси, так как механизмы кривошипа-соединительной тяги находятся на оси.
В патенте США № 702270B1, в двигателе, который содержит кривошип, смещенный от оси, требуемый крутящий момент, который должен быть образован на кривошипе, стремится к увеличению только посредством придания формы соединительной тяге.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение высокого крутящего момента, высокой мощности и высокой скорости двигателя, который имеет большое плечо момента при высоком давлении, при этом полное и эффективное сгорание получается осуществлением изменения, которое обеспечивает изменение направления силы, действующей на кривошипный вал соединительной тягой, изготовленной и соединенной с поршнем под некоторым углом (
).
Другой задачей изобретения является создание двигателя с большим ресурсом, в котором потери на трение уменьшаются смещением соединительной тяги от центра цилиндра на некоторое расстояние (х) и осуществлением изменений в верхней части поршня, и, таким образом, обеспечением возможности поршню оставаться в равновесии во время хода в цилиндре.
Еще одной задачей изобретения является создание экологически безвредного двигателя, в котором топливо полностью сгорает с учетом времени горения и, таким образом, в котором при газовых выбросах выхлопные газы находятся на минимальном уровне.
Другой задачей изобретения является обеспечение более дешевого и более экономичного двигателя получением повышенной мощности в меньшем объеме цилиндра.
Еще одной задачей является обеспечение высокой скорости, высокого крутящего момента и высокой мощности двигателя, которая позволяет регулировать скорость поршня в цилиндре в других положениях во время производства двигателя, и, таким образом, где время горения и время сжатия и выбор момента времени открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов можно предпочтительно регулировать.
Краткое описание чертежей
Двигатель, воплощенный для достижения задач настоящего изобретения, изображен на прилагаемых чертежах, на которых:
Фиг.1 представляет собой схематичный вид цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.2 представляет собой схематичный вид, который изображает взаимное расположение соединительной тяги и кривошипа в системе цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке, и который изображает углы соединительной тяги относительно цилиндра и кривошипа в системе цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.4 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке в системе цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.5 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке в системе цилиндра двигателя изобретения, в котором центр оси поворота смещен от центра цилиндра и в котором поршень находится в равновесии.
Фиг.6 представляет собой схематичный вид положения кривошипа и ход поршня вдоль хода поршня в цилиндре в двигателе известного уровня техники.
Фиг.7 представляет собой схематичный вид положения кривошипа и ход поршня вдоль хода поршня в цилиндре в двигателе изобретения.
Фиг.8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 представляют собой схематичные виды устройства поршня в предпочтительном варианте осуществления двигателя изобретения.
Элементам на чертежах присвоены отдельные ссылочные позиции, относящиеся к:
1. Двигателю
2. Цилиндру
3. Поршню
4. Соединительной тяге
5. Кривошипу
6. Выступу
7. Выемке
8. Углублению
9. Выпуклости.
Подробное описание изобретения
Двигатель (1) по изобретению содержит по меньшей мере цилиндр (2), по меньшей мере поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2) и который содержит по меньшей мере выступ (6) и/или выемку (7), которая устраняет трение поверхности поршня (3) во время перемещения, по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещена от центра цилиндра (2) на некоторое расстояние (х) и которая расположена под углом ( ) относительно поршня (3), и по меньшей мере один кривошип (5), который эффективен в регулировании скорости поршня (3) при его ходах благодаря углу 
° двух концов относительно оси цилиндра (2).
В двигателе (1) по изобретению соединительная тяга (4), которая находится между поршнем (3) и кривошипом (5) и которая соединяет поршень (3) с кривошипом (5), устанавливается на поршне с некоторым смещением (х) от центра цилиндра (2) и под углом ( ). Часть между верхним концом (А) соединительной тяги (4), которая опирается на поршень (3) под углом , и нижним концом (В), который закрепляется на валу кривошипа (5), может быть прямой, а также может быть других геометрических форм, например, криволинейной, волнистой, угловой и т.д. (фиг.2).
В классических двигателях, когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, плечо момента, действующее на кривошип (5), равно нулю, и кривошип находится в верхней мертвой точке. Так как угол кривошипа увеличивается к 90°, объем в поршне (3) быстро увеличивается, и, таким образом, давление в цилиндре (2) быстро падает. Наряду с перемещением, плечо момента, действующее на кривошип (5), увеличивается, однако эффективный крутящий момент не может получаться на кривошипе (5) вследствие того, что крутящий момент = плечо момента × равновесное давление в цилиндре.
В двигателе (1) по изобретению два конца соединительной тяги образуют ° угол относительно оси цилиндра (2), центр кривошипа (5) смещен от центра цилиндра на некоторое расстояние (е), и, таким образом, несмотря на то, что ° угол меняется, сначала медленное и затем быстрое перемещение получается вдоль хода, и скорость поршня (3) может регулироваться для увеличения эффективности двигателя (1) во время всасывания, сжатия, сгорания и откачки.
В двигателе (1) по изобретению, благодаря ° углу соединительной тяги (4) с цилиндром (2) и под действием силы, эффективно полученной на кривошипе (5), образован выступ на поршне (3) для уравновешивания силы трения, образуемой на боковой поверхности поршня (3) вдоль хода поршня (3) в цилиндре (2), и соединительная тяга (4) смещена от центра цилиндра (2) на х. Силы, полученные изменением и смещением выступа (6) на поршне (3) и отверстия поршня, где соединительная тяга (4) соединяется с поршнем (3) по х и y направлениям, уравновешивают силы, действующие на поверхность цилиндра (2) под действием давления, действующего на поршень, и поршень (3) поддерживается в равновесии в цилиндре (2) (фиг.5). Таким образом, трение, которое возникает на поверхности цилиндра по ходу поршня в цилиндре, предотвращается, предотвращается потеря мощности, и эффективность и срок службы двигателя увеличиваются.
В предпочтительном варианте осуществления двигателя (1) по изобретению для предотвращения силы трения, образуемой поршнем (3) на поверхности цилиндра (2), по меньшей мере короткий и/или длинный выступ (6) и/или по меньшей мере прямая или криволинейная выемка (7) на другой стороне выступа (6) образована на поршне (3) в дополнение к силе, получаемой смещением соединительной тяги (4) от центра цилиндра (2) на величину х (фиг.8, фиг.9, фиг.11, фиг.12, фиг.13, фиг.15).
В предпочтительном варианте осуществления изобретения двигателя (1) поршню (3) придана форма посредством образования по меньшей мере углубления (8) и/или выпуклости (9) на поршне (3) в дополнение к силе, получаемой смещением соединительной тяги (4) от центра цилиндра (2) на величину х для уравновешивания силы трения, образуемой поршнем (3) на поверхности цилиндра (2) (фиг.10, фиг.14).
В классических двигателях (1) известного уровня техники, во время цикла всасывания, когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, угол кривошипа (5) равен 0°. В двигателе (1) по изобретению эффективное плечо момента получено на кривошипе (5), так как соединительная тяга (4) образует угол градусов относительно оси цилиндра (2), и когда кривошип (5) достигает верхней мертвой точки, он продолжает поворачиваться, а когда образует 
° угол, поршень (3) достигает верхней мертвой точки. В противоположность известному уровню техники, цикл всасывания начинается, когда угол кривошипа (5) равен °, не 0°. Во время цикла всасывания, когда кривошип (5) поворачивается так, что образует 
° угол, поршень (3) перемещается медленно в цилиндре (2) и проходит расстояние z, когда угол кривошипа (5) достигает 90°, поршень (3) перемещается менее чем на половину своего хода и достигает точки z2. Во время поворотного движения кривошипа (5) между 90°-180° поршень (3) перемещается быстро и проходит большее расстояние (z2). Таким образом, в результате вакуума, образуемого медленным перемещением поршня (3) во время первого 0°-90° перемещения кривошипа (5), топливо полностью всасывается в поршень (3). Во время перемещения между 90°-180° обеспечивается образование идеальной смеси, так как больше воздуха засасывается в поршень (3) под действием силы инерции, образуемой скоростью поршня (3) и разностью давлений. Когда угол кривошипа (5) достигает 180°, кривошип (5) продолжает поворачиваться посредством крутящего момента, действующего на кривошип (5), и цикл всасывания заканчивается, когда угол кривошипа достигает 180°+
° и когда поршень (3) находится в нижней мертвой точке (фиг.7).
В двигателе (1) по изобретению, тогда как угол кривошипа (5) находится между (180°+ °)-270° в цикле сжатия, поршень (3) проходит менее половины длины хода, и пройденное расстояние намного короче, чем в классическом двигателе (1) с одним и тем же угловым интервалом. Между 270°-360° поршень (3) проходит более половины своего хода, и когда кривошип (5) достигает °, цикл сжатия заканчивается.
В двигателе (1) по изобретению во время рабочего цикла, при перемещении кривошипа (5) между °-90° поршень (3) перемещается очень медленно в цилиндре (2) благодаря углу соединительной тяги (4) относительно цилиндра (2), и, таким образом, давление на поршне (3) поддерживается на высоком уровне в течение длительного времени. В этом процессе расстояние, которое поршень (3) проходит, составляет менее половины хода, и, таким образом, получается полное и эффективное сгорание обеспечением достаточного времени (фиг.7).
В то время как угол кривошипа меняется между 90°-180°, поршень (3) проходит более половины длины хода, так что он проходит большее расстояние, чем когда угол кривошипа (5) находится между 0°-90°, и когда угол кривошипа (5) достигает 180°+ °, поршень (3) достигает нижней мертвой точки. Таким образом, термодинамический коэффициент полезного действия увеличивается, так как топливо сжигается более эффективно выполнением перемещения поршня (3) на меньшее расстояние относительно перемещения вала кривошипа (5) между °-90°, и получается намного выше мощность, крутящий момент и скорость по сравнению с классическими двигателями (фиг.7).
Когда угол кривошипа (5) находится между (180°+ °)-270°, поршень (3) проходит менее половины своего хода, и пройденное расстояние намного меньше по сравнению с классическим двигателем с одним и тем же угловым интервалом. Между 270°-360° поршень (3) проходит более половины своего хода, поворачивается на более градусов под действием крутящего момента, действующего на него, и цикл откачки заканчивается. Таким образом, во время производства двигателя (1) время открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов относительно положения кривошипа (5) можно регулировать, так что скорость двигателя (1), мощность и крутящий момент будут увеличиваться относительно скорости поршня (3). Таким образом, выхлопной газ приближается к атмосферному давлению, так как выпускной клапан открывается до того, как угол кривошипа (5) достигает 180°, и так как поршень (3) перемещается медленно, когда угол кривошипа (5) находится между (180°+ °)-270°. Следовательно, давление падает быстро и двигатель (1) потребляет меньше энергии, так как при низком давлении газ может легче выпускаться наружу.
Возможна разработка различных вариантов осуществления на основе фундаментальных принципов, раскрытых здесь. Двигатель (1) изобретения может не ограничиваться примерами, изложенными выше при описании изобретения. Изобретение по существу описано в формуле изобретения.
1. Двигатель (1), отличающийся тем, что содержит по меньшей мере цилиндр (2), по меньшей мере поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2) и который содержит по меньшей мере выступ (б) и/или выемку (7), которые устраняют трение боковой поверхности поршня во время перемещения, по меньшей мере соединительную тягу (4), которая смещена от оси цилиндра на расстояние (x) и, в то же время, соединена с поршнем (3) под углом ( ), по меньшей мере кривошип (5), который регулирует скорость поршня (3) при его ходах благодаря ° углу двух концов соединительной тяги (4) относительно оси цилиндра (2).
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая расположена между поршнем (3) и кривошипом (5) и которая соединяет поршень (3) с кривошипом (5), которая смещена от оси цилиндра (2) на расстояние (x) и которая установлена на поршне (3) под углом ( ), при этом часть между верхним концом (A), который расположен под углом ( ) градусов относительно поршня, и нижним концом (B), который установлен на валу кривошипа (5), может быть прямой, а также может быть криволинейной, волнистой.
3. Двигатель (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что обеспечивает регулирование циклов всасывания, сжатия, сгорания и откачки для увеличения эффективности, при этом соединительная тяга (4) образует ° угол относительно оси цилиндра (2), когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещает ось поворота кривошипа (5) от оси цилиндра (2) на расстояние e.
4. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что плечо момента образовано на кривошипе (5), поскольку центр поворота смещен от оси цилиндра (2) на расстояние e, и содержит по меньшей мере один кривошип (5), который образует ° угол с осью цилиндра (2), когда поршень (3) достигает верхней мертвой точки (ВМТ).
5. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая обеспечивает регулирование скорости поршня (3) при необходимости под действием силы, образуемой по центру поворота кривошипа (5) во время сгорания, когда угол кривошипа (5) равен 0°.
6. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая обеспечивает уменьшение скорости поршня (3) и, таким образом, полное сгорание топлива, когда угол кривошипа (5) относительно оси цилиндра (2) находится между -90°.
7. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере кривошип (5), который заставляет поршень (3) достигать нижней мертвой точки, когда угол относительно цилиндра (2) равен 180° + °.
8. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая заставляет поршень (3) проходить менее половины своего хода при перемещении кривошипа (5) между (180° + °)-270°, а время открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов предварительно определены при производстве двигателя (1) согласно перемещению так, что скорость, мощность и крутящий момент двигателя (1) будут увеличиваться.
9. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере соединительную тягу (4), которая заставляет поршень (3) проходить более половины своего хода при перемещении кривошипа (5) между 270° -360°, а время открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов предварительно определены при производстве двигателя (1) согласно перемещению так, что скорость, мощность и крутящий момент двигателя (1) будут увеличиваться.
10. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещена от центра цилиндра (2) на величину x для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
11. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну соединительную тягу (4), на которой содержится по меньшей мере выступ (6) и/или выемка (7) для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
12. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один поршень (3), на котором содержится по меньшей мере один выступ (6) и/или по меньшей мере прямая или криволинейная выемка (7) на другой стороне для уравновешивания силы трения, образуемой на боковой поверхности поршня (3) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
13. Двигатель (1) по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один поршень (3), на котором содержится по меньшей мере одна выпуклость (8) и/или углубление (9) для уравновешивания силы трения, образуемой на поверхности цилиндра (2) во время перемещения поршня (3) в цилиндре (2) под действием полезной силы, образуемой на кривошипе (5).
www.freepatent.ru
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к экологически безвредному, высокоскоростному двигателю внутреннего сгорания, в котором топливо используется с высокой эффективностью посредством усовершенствования механизма соединительной тяги и изменения устройства поршня и в котором выброс отработанного газа находится на минимальном уровне.
Уровень техники
В уровне техники с тех пор, как двигатели внутреннего сгорания и двигатели взрывного действия были изобретены Отто, проводились исследования, целью которых было уменьшение потребления топлива, уменьшение потерь, вызванных трением, и высокая мощность двигателя посредством выполнения нескольких усовершенствований в механизмах кривошипа, соединительной тяги и поршня.
В патенте США № 702270B1 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, в котором перемещение соединительной тяги максимально вдоль хода поршня в результате закрученной соединительной тяги и, таким образом, в котором целью является достижение высокой эффективности и высокого крутящего момента посредством достижения максимального давления после того, как кривошип проходит верхнюю мертвую точку, при этом двигатель содержит кривошипный вал, который смещен от вертикальной оси цилиндра.
В патенте Канады № 1170927 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, который обеспечивает увеличение мощности двигателя в лошадиных силах и меньшее трение и который содержит веерообразный поршень, соединенный с поршнем штифтом.
В заявке на патент США № 2005051128 раскрыт двигатель внутреннего сгорания, который содержит канавки, которые принимают расширяющийся газ на поршне, и, таким образом, который предотвращает потери, вызванные трением.
Однако в предшествующем уровне техники главной проблемой в выпускаемых двигателях Отто и других классических двигателях является очень низкая эффективность двигателя и очень высокая потеря эффективности, так как давление, создаваемое сгораемым и взрываемым топливом в цилиндре, передается на кривошипный вал способом, не пригодным для задачи. Когда поршень находится в верхней мертвой точке в указанных двигателях, давление максимальное, но плечо момента, которое должно повернуть кривошип, равно нулю. Тогда как кривошип продолжает поворачиваться и поршень проходит от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки, объем цилиндра увеличивается между 0°-90°, плечо момента начинает принимать форму, но в то же самое время давление газа быстро падает в результате уравновешенности P·V=P1·V1. В результате, время горения, которое обеспечивает эффективное давление и которое является фактором, который определяет падения эффективности, короткое. Согласно отношению давление газа × плечо момента, подходящий крутящий момент и требуемая эффективность сгорания не могут быть достигнуты, так как давление снижается, хотя плечо момента увеличивается. Кроме того, на всем протяжении хода поршня в цилиндре контакт поршня с поверхностью блока продолжает увеличивать изменения давления и, таким образом, увеличивает потери на трение, эффективность же двигателя снижается, и срок службы двигателя уменьшается.
В патенте Канады 1170927 и заявке на патент США 2005051128 и в известном уровне техники целью является уменьшение трения созданием других конструкций в верхней части поршня, однако которые не раскрывают или содержат корпус, в котором механизмы кривошипа-соединительной тяги смещены от оси, так как механизмы кривошипа-соединительной тяги находятся на оси.
В патенте США № 702270B1, в двигателе, который содержит кривошип, смещенный от оси, требуемый крутящий момент, который должен быть образован на кривошипе, стремится к увеличению только посредством придания формы соединительной тяге.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение высокого крутящего момента, высокой мощности и высокой скорости двигателя, который имеет большое плечо момента при высоком давлении, при этом полное и эффективное сгорание получается осуществлением изменения, которое обеспечивает изменение направления силы, действующей на кривошипный вал соединительной тягой, изготовленной и соединенной с поршнем под некоторым углом (α).
Другой задачей изобретения является создание двигателя с большим ресурсом, в котором потери на трение уменьшаются смещением соединительной тяги от центра цилиндра на некоторое расстояние (х) и осуществлением изменений в верхней части поршня, и, таким образом, обеспечением возможности поршню оставаться в равновесии во время хода в цилиндре.
Еще одной задачей изобретения является создание экологически безвредного двигателя, в котором топливо полностью сгорает с учетом времени горения и, таким образом, в котором при газовых выбросах выхлопные газы находятся на минимальном уровне.
Другой задачей изобретения является обеспечение более дешевого и более экономичного двигателя получением повышенной мощности в меньшем объеме цилиндра.
Еще одной задачей является обеспечение высокой скорости, высокого крутящего момента и высокой мощности двигателя, которая позволяет регулировать скорость поршня в цилиндре в других положениях во время производства двигателя, и, таким образом, где время горения и время сжатия и выбор момента времени открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов можно предпочтительно регулировать.
Краткое описание чертежей
Двигатель, воплощенный для достижения задач настоящего изобретения, изображен на прилагаемых чертежах, на которых:
Фиг.1 представляет собой схематичный вид цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.2 представляет собой схематичный вид, который изображает взаимное расположение соединительной тяги и кривошипа в системе цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке, и который изображает углы соединительной тяги относительно цилиндра и кривошипа в системе цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.4 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке в системе цилиндра двигателя изобретения.
Фиг.5 представляет собой схематичный вид, который изображает распределение сил, когда поршень находится в верхней мертвой точке в системе цилиндра двигателя изобретения, в котором центр оси поворота смещен от центра цилиндра и в котором поршень находится в равновесии.
Фиг.6 представляет собой схематичный вид положения кривошипа и ход поршня вдоль хода поршня в цилиндре в двигателе известного уровня техники.
Фиг.7 представляет собой схематичный вид положения кривошипа и ход поршня вдоль хода поршня в цилиндре в двигателе изобретения.
Фиг.8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 представляют собой схематичные виды устройства поршня в предпочтительном варианте осуществления двигателя изобретения.
Элементам на чертежах присвоены отдельные ссылочные позиции, относящиеся к:
1. Двигателю
2. Цилиндру
3. Поршню
4. Соединительной тяге
5. Кривошипу
6. Выступу
7. Выемке
8. Углублению
9. Выпуклости.
Подробное описание изобретения
Двигатель (1) по изобретению содержит по меньшей мере цилиндр (2), по меньшей мере поршень (3), который перемещается внутри цилиндра (2) и который содержит по меньшей мере выступ (6) и/или выемку (7), которая устраняет трение поверхности поршня (3) во время перемещения, по меньшей мере одну соединительную тягу (4), которая смещена от центра цилиндра (2) на некоторое расстояние (х) и которая расположена под углом (α) относительно поршня (3), и по меньшей мере один кривошип (5), который эффективен в регулировании скорости поршня (3) при его ходах благодаря углу γ° двух концов относительно оси цилиндра (2).
В двигателе (1) по изобретению соединительная тяга (4), которая находится между поршнем (3) и кривошипом (5) и которая соединяет поршень (3) с кривошипом (5), устанавливается на поршне с некоторым смещением (х) от центра цилиндра (2) и под углом (α). Часть между верхним концом (А) соединительной тяги (4), которая опирается на поршень (3) под углом α, и нижним концом (В), который закрепляется на валу кривошипа (5), может быть прямой, а также может быть других геометрических форм, например, криволинейной, волнистой, угловой и т.д. (фиг.2).
В классических двигателях, когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, плечо момента, действующее на кривошип (5), равно нулю, и кривошип находится в верхней мертвой точке. Так как угол кривошипа увеличивается к 90°, объем в поршне (3) быстро увеличивается, и, таким образом, давление в цилиндре (2) быстро падает. Наряду с перемещением, плечо момента, действующее на кривошип (5), увеличивается, однако эффективный крутящий момент не может получаться на кривошипе (5) вследствие того, что крутящий момент = плечо момента × равновесное давление в цилиндре.
В двигателе (1) по изобретению два конца соединительной тяги образуют γ° угол относительно оси цилиндра (2), центр кривошипа (5) смещен от центра цилиндра на некоторое расстояние (е), и, таким образом, несмотря на то, что γ° угол меняется, сначала медленное и затем быстрое перемещение получается вдоль хода, и скорость поршня (3) может регулироваться для увеличения эффективности двигателя (1) во время всасывания, сжатия, сгорания и откачки.
В двигателе (1) по изобретению, благодаря α° углу соединительной тяги (4) с цилиндром (2) и под действием силы, эффективно полученной на кривошипе (5), образован выступ на поршне (3) для уравновешивания силы трения, образуемой на боковой поверхности поршня (3) вдоль хода поршня (3) в цилиндре (2), и соединительная тяга (4) смещена от центра цилиндра (2) на х. Силы, полученные изменением и смещением выступа (6) на поршне (3) и отверстия поршня, где соединительная тяга (4) соединяется с поршнем (3) по х и y направлениям, уравновешивают силы, действующие на поверхность цилиндра (2) под действием давления, действующего на поршень, и поршень (3) поддерживается в равновесии в цилиндре (2) (фиг.5). Таким образом, трение, которое возникает на поверхности цилиндра по ходу поршня в цилиндре, предотвращается, предотвращается потеря мощности, и эффективность и срок службы двигателя увеличиваются.
В предпочтительном варианте осуществления двигателя (1) по изобретению для предотвращения силы трения, образуемой поршнем (3) на поверхности цилиндра (2), по меньшей мере короткий и/или длинный выступ (6) и/или по меньшей мере прямая или криволинейная выемка (7) на другой стороне выступа (6) образована на поршне (3) в дополнение к силе, получаемой смещением соединительной тяги (4) от центра цилиндра (2) на величину х (фиг.8, фиг.9, фиг.11, фиг.12, фиг.13, фиг.15).
В предпочтительном варианте осуществления изобретения двигателя (1) поршню (3) придана форма посредством образования по меньшей мере углубления (8) и/или выпуклости (9) на поршне (3) в дополнение к силе, получаемой смещением соединительной тяги (4) от центра цилиндра (2) на величину х для уравновешивания силы трения, образуемой поршнем (3) на поверхности цилиндра (2) (фиг.10, фиг.14).
В классических двигателях (1) известного уровня техники, во время цикла всасывания, когда поршень (3) находится в верхней мертвой точке, угол кривошипа (5) равен 0°. В двигателе (1) по изобретению эффективное плечо момента получено на кривошипе (5), так как соединительная тяга (4) образует угол α градусов относительно оси цилиндра (2), и когда кривошип (5) достигает верхней мертвой точки, он продолжает поворачиваться, а когда образует θ° угол, поршень (3) достигает верхней мертвой точки. В противоположность известному уровню техники, цикл всасывания начинается, когда угол кривошипа (5) равен θ°, не 0°. Во время цикла всасывания, когда кривошип (5) поворачивается так, что образует β° угол, поршень (3) перемещается медленно в цилиндре (2) и проходит расстояние z, когда угол кривошипа (5) достигает 90°, поршень (3) перемещается менее чем на половину своего хода и достигает точки z2. Во время поворотного движения кривошипа (5) между 90°-180° поршень (3) перемещается быстро и проходит большее расстояние (z2). Таким образом, в результате вакуума, образуемого медленным перемещением поршня (3) во время первого 0°-90° перемещения кривошипа (5), топливо полностью всасывается в поршень (3). Во время перемещения между 90°-180° обеспечивается образование идеальной смеси, так как больше воздуха засасывается в поршень (3) под действием силы инерции, образуемой скоростью поршня (3) и разностью давлений. Когда угол кривошипа (5) достигает 180°, кривошип (5) продолжает поворачиваться посредством крутящего момента, действующего на кривошип (5), и цикл всасывания заканчивается, когда угол кривошипа достигает 180°+λ° и когда поршень (3) находится в нижней мертвой точке (фиг.7).
В двигателе (1) по изобретению, тогда как угол кривошипа (5) находится между (180°+λ°)-270° в цикле сжатия, поршень (3) проходит менее половины длины хода, и пройденное расстояние намного короче, чем в классическом двигателе (1) с одним и тем же угловым интервалом. Между 270°-360° поршень (3) проходит более половины своего хода, и когда кривошип (5) достигает θ°, цикл сжатия заканчивается.
В двигателе (1) по изобретению во время рабочего цикла, при перемещении кривошипа (5) между θ°-90° поршень (3) перемещается очень медленно в цилиндре (2) благодаря углу соединительной тяги (4) относительно цилиндра (2), и, таким образом, давление на поршне (3) поддерживается на высоком уровне в течение длительного времени. В этом процессе расстояние, которое поршень (3) проходит, составляет менее половины хода, и, таким образом, получается полное и эффективное сгорание обеспечением достаточного времени (фиг.7).
В то время как угол кривошипа меняется между 90°-180°, поршень (3) проходит более половины длины хода, так что он проходит большее расстояние, чем когда угол кривошипа (5) находится между 0°-90°, и когда угол кривошипа (5) достигает 180°+λ°, поршень (3) достигает нижней мертвой точки. Таким образом, термодинамический коэффициент полезного действия увеличивается, так как топливо сжигается более эффективно выполнением перемещения поршня (3) на меньшее расстояние относительно перемещения вала кривошипа (5) между θ°-90°, и получается намного выше мощность, крутящий момент и скорость по сравнению с классическими двигателями (фиг.7).
Когда угол кривошипа (5) находится между (180°+λ°)-270°, поршень (3) проходит менее половины своего хода, и пройденное расстояние намного меньше по сравнению с классическим двигателем с одним и тем же угловым интервалом. Между 270°-360° поршень (3) проходит более половины своего хода, поворачивается на более θ градусов под действием крутящего момента, действующего на него, и цикл откачки заканчивается. Таким образом, во время производства двигателя (1) время открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов относительно положения кривошипа (5) можно регулировать, так что скорость двигателя (1), мощность и крутящий момент будут увеличиваться относительно скорости поршня (3). Таким образом, выхлопной газ приближается к атмосферному давлению, так как выпускной клапан открывается до того, как угол кривошипа (5) достигает 180°, и так как поршень (3) перемещается медленно, когда угол кривошипа (5) находится между (180°+λ°)-270°. Следовательно, давление падает быстро и двигатель (1) потребляет меньше энергии, так как при низком давлении газ может легче выпускаться наружу.
Возможна разработка различных вариантов осуществления на основе фундаментальных принципов, раскрытых здесь. Двигатель (1) изобретения может не ограничиваться примерами, изложенными выше при описании изобретения. Изобретение по существу описано в формуле изобретения.
edrid.ru
