Двс, работающий в дизельном или смешанном режиме с оптимальным соотношением топливо/воздух на всем диапазоне нагрузок

ДВС работает в дизельном или смешанном, в том числе детонационном режиме с оптимальным соотношением топливо-воздух при регулировании во всем диапазоне нагрузок, с впрыскиванием водной смеси-эмульсии с заданными свойствами, содержащий блок управления, рабочий цилиндр с одним или двумя камерами сжатия (К.С) с каталическим покрытием разлагающий воду на кислород и водород при высокой температуре и на нем малый цилиндр с подпружиненным поршеньком на валу с резьбой и гайкой укрепленной на крышке малого цилиндра связанный через управляемый редуктор, причем компенсация неточности изготовления осуществляет вал-ролик с переменным сечением, опирающийся на кулачок с натягом, а компенсация ударных нагрузок при детонации осуществляет поршневой палец с переменным сечением и направляющие удерживающий толкатель размещены в отсеке (блок) укреплен между корпусом цилиндра и картера, а смешанный режим задает блок управления путем изменение количества впрыскиваемого в рабочий цилиндр водной смеси и (или) изменением положения подпружиненного поршенька при смене вида топлива, при пуске и т.п.

Технический результат: увеличена скорость вращения вала, увеличена литровая мощность, облегчается сборка и наладка двигателя связанного с центровкой толкателя, облегчается пуск двигателя при низких температурах и достигается всетопливность при соблюдения оптимального соотношения топливо/воздух на всем диапазоне регулирования мощности.

Известен ДВС бесшатунный, двухтактный который описан патенте 2338912 от 13.02.07 который принят за прототип работающий в Дизельном или смешанном режиме с оптимальным соотношением топлива/воздух на всем диапазоне нагрузок содержащий блок управления с датчиками, рабочий цилиндр с поршнем и одним или двумя камерами сжатия (КС) с каталическим покрытием одна из которых малого объема, на рабочем цилиндре расположен малый цилиндр с подпружиненным поршеньком внутри, стянутый шпилькой к фасонной шайбе на валу связанный с управляемым редуктором, оппозитно расположенные поршни на концах толкателя удерживаемого и скользящего по направляющим укрепленных на стенках картера, закрепленный на трубчатом валу многолепестковый кулачок, кратный трем, с заданным профилем обеспечивающий остановку поршней на часть периода колебания в В.М.Т и Н.М.Т. взаимодействующий с толкателем через вал-ролик с нелинейной жесткостью образованный с переменным сечением вала по длине и несколькими канавками, поясами(ребрами жесткости), канавки смыкаются при заданных усилиях компенсирующий неточность изготовления и ударных нагрузок при детонации.

Недостаток этого двигателя связан с большой инерционной массой колебательной системы образованный упругостью вала-ролика, массами поршней и толкателя создающий высокочастотные свободные колебания при детонации, причем частота этих колебаний должна быть выше чем максимальная частота колебании поршня при максимальных оборотах вала. Второй недостаток - не предусмотрено устройство для точной фиксации и центровки толкатели в требуемом положение, а расположение направляющих внутри картера вызывает затруднение при наладки (сборке) двигателя, а в смешанном режиме работы поддержание вспышки в основной полоти КС и достижении заданной скорости вала при переходе на детонационный режим обеспечивается перемещением подпружиненного поршенька а это связано со значительной инерционностью управления. В прототипе в качестве катализатора используется только углерод входящий в состав водной смеси - эмульсии и в состав покрытия поверхности КС.

Каталическими свойствами разлагающий воду на кислород и водород обладают также такие материалы как карбид алюминия, кальций, лантан, радии и др. которые могут входить в состав сплавов на поверхности КС.

Цель предполагаемого изобретения: увеличить скорость вращения вала, усовершенствовать устройство для точной центровки толкателя, увеличить гибкость и уменьшить инерционность управления смешанным режимом, а также упростить переход на другой вид топлива или сортность, облегчить пуск двигателя при низких температурах.

Указанная цель достигается путем компенсации ударных нагрузок поршневым пальцем с переменным сечением и с нелинейной жесткостью, установленный на конце толкателя соединяющий с ним рабочий поршень, а компенсация неточности изготовления и износа осуществляет вал-ролик с переменным сечением опирающийся на кулачек с натягом, причем направляющие удерживающий толкатель размещены в отсеке (блок направляющих) укрепленный между корпусами цилиндров и картера и выполнены в виде подшипников с осями размещенные в корпусе отсека, снабжены регулировочным устройством в виде болтов перемещающих ось с подшипниками в пазах корпуса отсека и центрирующий толкатель точно по линии проходящий через центры осей вала-ролика и вращающегося кулачка, а управление смешанным режимом и детонации достигается путем изменения количества впрыскиваемого водной смеси в зависимости от частоты колебания поршня, а положения фасонной шайбы и поршенька фиксируется (устанавливается) в зависимости вида топлива, сортности, температуры причем подпружиненный поршенек стянут с заданным усилием к фасонной шайбе укрепленный на конце вала с резьбой с возможностью вращения в гайке укрепленный на крышке малого цилиндра, причем вал соединяется с органами управления через редуктор, электропривод и (или) непосредственно, например с помощью тросовой тяги.

Изобретение поясняется чертежами на двух листах где на первом листе, Фиг.1 изображен блок направляющих с частичными разрезами, на втором листе Фиг.2 изображен поршень в разрезах закрепленный на конце толкателя с помощью поршневого пальца с нелинейной жесткостью. На Фиг.3 изображен подпружиненный поршенек с тросовым управлением. На Фиг 1. в корпусе 1 блока направляющих толкателя 2 удерживается и катится по направляющим выполненный в виде подшипников с осями 3 которые могут перемещаться в позах 4 корпуса блока (отсека) с помощью болтов 5 и фиксировать толкатель 2 в требуемом положении. Блок располагается между корпусами цилиндров 6 и картера 7 на трубчатом валу 8 закреплен трехлепестковый кулачок 9 в корпусе которого выполнены каналы 10 образующий центробежный насос создающий давление воздуха в картере которое может поступать по каналам выполненных в корпусах картера, блока 11 к окнам цилиндров.

На Фиг.2 показан поршневой палец 12 с нелинейной жесткостью образованный канавками 13 и крепящий поршень 14 к концу толкателя 15 две половинки которых стянуты болтом 16. Поршневой палец образует подвижное соединение с поршнем через сухарики 17 позволяющий поршню вращаться вокруг поршневого пальца, а также перемещаться (качаться) вдоль толкателя при упругих деформациях поршневого пальца за счет канавок 13. Конец поршневого пальца 18 выполнен полукруглым. Сухарики 17 удерживаются в круглом отверстии поршня в канавках 19 стопорными кольцами.

На Фиг3 показан малый цилиндр 20 расположенный на крышке рабочего цилиндра 21 с подпружиненным поршеньком 22 стянутый шпилькой 23 к фасонной шайбе 24 который закреплен с валом 25 с резьбой (винт) и с гайкой 26 закрепленной на крышке малого цилиндра. Здесь показан один из вариантов управления валом для перемещения подпружиненного поршенька с помощью тросовой системы 27 связанный с редуктором 28.

Работает ДВС следующим образом: в дизельном режиме заданное количество воздуха определяемый положением педали газа, через продувочное окно поступает в цилиндр где сжимается поршнем и в области ВМТ впрыскивается топливо, также определяемый положением педали газа, с оптимальным соотношением топлива/воздух. Под действием высокой температуры топливо сгорает при постоянном объеме КС. Для увеличении мощности увеличивают поступление топлива и воздуха что увеличивает степень сжатия и начиная с определенного предела подпружиненный поршенек, преодолевает сопротивления пружины, смещается вверх и увеличивает объем КС поддерживая давление в КС не превышающий критического уровня тем самым предотвращается перегрев поршня. При смене вида топлива и при низких температурах, при пуске, положение подпружиненного поршенька изменяется в ту или другую сторону с помощью, например тросовой системы 27 связанный с редуктором 28 который вращает вал 25 в гайке 26 и таким образом изменяется положение поршенька 22 применительно к конкретным условиям.

В смешанном режиме в момент закрытия выхлопного окна в рабочий цилиндр впрыскивается водная смесь и вслед за ним топливо при оптимальном соотношении топливо/воздух, количество которых определяется положением педали газа и регулируется блоком управления с соответствующими датчиками. В положении поршня в области ВМТ через форсунку, расположенного в малой полости КС впрыскивается топливо которое вспыхивает под действием температуры меньше температуры в основной полости КС (аналогично дизельного режима) в силу ряда причин, например из-за состава или вида топлива, и (или) из-за процентного малого количества водяных паров в специальной малой полости КС., После вспышки топлива в малой полости КС вспыхивает топливо в большой полости КС где процентное содержание водяных паров больше (до определенного предела). При достижения определенной частоты колебания поршней горючая смесь не успевает сгореть при постоянном объеме большой полости КС. В этом случае блок управления выдает команду на уменьшение подачи водяной смеси и тогда горючая смесь в большой полости КС детонирует после вспышки топлива в малой полости КС. Компенсация удара на подшипники осуществляет упругий поршневой палец 12 который прогибается в канавках 13 края которых смыкаются при усилии не более чем максимальное усилие возникающее в КС в момент детонации и жесткость скачком увеличивается до значения при котором частота собственных свободных колебаний системы вызванные упругостью поршневого пальца и массой одного рабочего поршня превосходит частоту колебании поршней при максимальных оборотах вала, однако края канавки не должны смыкаться при максимальных давлениях в КС возникающий перед моментом детонации. Максимальная скорость вала ограничивается временем сгорания топлива в малой полости при постоянном объеме КС. Скорость можно повысить, если позволяют другие факторы, эл. искровой свечой установленной в специальной полости малого объема. Здесь также, коррекция положения подпружиненного поршенька может осуществляется с помощью тросовой системы 27 при смене вида топлива, температуры или во время пуска, причем эта коррекция может осуществляется, в том числе, и полуавтоматически блоком управления чрез электропривод и редуктор 28 установленных на крышке малого цилиндра 20.

Центровка толкателя в плоскости вращения кулачка осуществляется после сборки и закрепления между собой крышек картера, блока направляющих, половина толкателя путем вращения болтов 5 в блоке направляющих 1 таким образом, чтоб толкатель оставался в устойчивом положении при любом положении многолепесткового кулачка. После этого, с помощью поршневого пальца соединяются между собой толкатель и поршни и затем они вставляются в цилиндры которые крепятся к картеру с блоком направляющих.

Натяг вала-ролика к кулачку и жесткость должны быть таким чтоб, при всех допустимых разбросах размеров при изготовлении, контакт между ними сохранялся при максимальных оборотах вала. В любом случае максимальная скорость ограничивается только прочностью материалов при динамических нагрузках.

Технический результат: облегчается наладка, регулировка двигателя для работы с оптимальным соотношением топлива\воздух на всем диапазоне нагрузок

1. ДВС, работающий в дизельном или смешанном режиме с оптимальным соотношением топливо-воздух на всем диапазоне нагрузок, содержащий блок управления с датчиками, рабочий цилиндр с поршнем и одной или двумя камерами сжатия (КС) с каталитическим покрытием, одна из которых малого объема, на рабочем цилиндре расположен малый цилиндр с подпружиненным поршеньком внутри, стянутый шпилькой к фасонной шайбе на валу, связанном с управляемым редуктором, оппозитно расположенные поршни на концах толкателя, удерживаемого и скользящего по направляющим, укрепленным на стенках картера, закрепленный на трубчатом валу многолепестковый кулачок, кратный трем, с заданным профилем, обеспечивающий остановку поршней на часть периода колебания в В.М.Т. и в Н.М.Т. и взаимодействующий с толкателем через вал-ролик с нелинейной жесткостью, образованный переменным сечением вала по длине и несколькими канавками, поясами (ребрами) жесткости, канавки смыкаются при заданных усилиях, отличающийся тем, что поршневой палец выполнен с переменным сечением и нелинейной жесткостью, установлен на конце толкателя, причем направляющие, удерживающие толкатель, размещены в отсеке (блок направляющих), укрепленном между корпусами цилиндров и картера.

2. ДВС по п.1, отличающийся тем, что направляющие выполнены в виде подшипников с осями, размещенными в корпусе отсека, и снабжены регулировочным устройством, перемещающим ось с подшипниками и центрирующим толкатель.

3. ДВС по п.1, отличающийся тем, что фасонная шайба прикреплена к валу с резьбой и гайкой, укрепленной на крышке малого цилиндра, и в зависимости от вида топлива и других условий фиксируется в нужном положении с возможностью дистанционной коррекции.