1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29991
(51) F02B 29/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0517.1
(22) 15.04.2014
(45) 15.06.2015, бюл. №6
(76) Махамбетов Куантай Ахмедьянович;
Махамбетова Алия Куантаевна
(74) Тусупова Меруерт Кырыкбаевна; Дюсенов
Еркебулан Рамазанович
(56) www.carmn.ru/audi/80-b4/, 2008-2013
(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(57) Изобретение относится к области
двигателестроения и может быть применено в
качестве силового агрегата на транспортных
средствах.
Техническим результатом является увеличение
мощности и уменьшение расхода топлива двигателя
внутреннего сгорания без изменения его веса,
благодаря особой конфигурации шатуна и поршня, а
также бокового сдвига коленчатого вала
относительно оси цилиндров.
Это достигается тем, что в четырех цилиндровом
двигателе внутреннего сгорания, включающего
цилиндры с поршнями, соединенными через
шатуны с шатунной шейкой коленчатого вала,
согласно изобретению, коленчатый вал расположен
с боковым сдвигом относительно оси цилиндров и
особой конфигурацией шатуна. Величина бокового
сдвига составляет 70 мм.
(19)KZ(13)A4(11)29991
2. 29991
2
Изобретение относится к области
двигателестроения и может быть применено в
качестве силового агрегата на транспортных
средствах.
Любое увеличение мощности стандартного
двигателя внутреннего сгорания, ведет к
увеличению его веса, а также к увеличению расхода
топлива. Так, например, автомобиль Ауди 100
AVANT с двигателем 55 kW имеет общий вес
1130 кг, а с двигателем 85 kW имеет общий вес
1290 кг. Увеличение мощности ведет к увеличению
веса, а также к увеличению расхода топлива.
Известен четырех цилиндровый двигатель
внутреннего сгорания модели АВТ-2.0, являющийся
наиболее близким к заявленному изобретению
/Руководство по ремонту Audi-80/Avant (В4),
www.carmn.ru/audi/80-b4/, 2008-2013 г./.
Отличие заявленного изобретения - модели Х-
001 от аналоговых двигателей внутреннего сгорания
(модели АВТ-2.0) заключается в изменении
конфигурации шатуна и поршня, смещении
коленчатого вала относительно оси цилиндра.
Смещение коленчатого вала относительно оси
цилиндров на аналоговых двигателях не возможно
поскольку так же смещается шатун, который при
работе разбивается о стенки цилиндров. В модели
Х-001 особая конструкция шатуна дает возможность
сместить коленчатый вал на 70 мм в бок не нарушив
при этом принцип работы двигателя. Изменение
формы шатуна и поршня производятся без
изменения веса и прочности деталей.
Задачей изобретения является создание
двигателя внутреннего сгорания с повышенным
КПД.
Техническим результатом является увеличение
мощности и уменьшение расхода топлива двигателя
внутреннего сгорания без изменения его веса,
благодаря особой конфигурации шатуна и поршня, а
также бокового сдвига коленчатого вала
относительно оси цилиндров на 70 мм.
Это достигается тем, что в четырех цилиндровом
двигателе внутреннего сгорания, включающего
цилиндры с поршнями, соединенными через
шатуны с шатунной шейкой коленчатого вала,
согласно изобретению, коленчатый вал расположен
с боковым сдвигом относительно оси цилиндров и
особой конфигурацией шатуна. Величина бокового
сдвига составляет 70 мм.
Коленчатый вал, назначение которого состоит в
том, чтобы преобразовать прямолинейное движение
ходящих в цилиндре вверх и вниз поршней во
вращательное движение.
Ведущие к поршням соединительные тяги -
шатуны - действуют на коленчатый вал, они
расположены на шатунных шейках коленчатого
вала.
Для предотвращения излишней вибрации
напротив шатунных шеек размещены противовесы.
Чтобы предотвратить прогибание коленчатого
вала в процессе эксплуатации, его располагают у 4-
цилиндрового двигателя на пяти подшипниках -
коренных шейках. Каждое «колено», расположенное
на шатуне, таким образом, справа и слева
поддерживается подшипником.
Сзади по направлению движения на коленчатом
валу расположен диск с зубчатым венцом для
шестерни стартера. Это маховик, на котором
монтируется сцепление и, тем самым,
осуществляется связь с коробкой передач, или
ведомый диск, к которому прикреплен
преобразователь крутящего момента
автоматической коробки передач. На другом конце
коленчатого вала прикреплены ведущая шестерня
зубчатого ремня и шкив.
Смещение коленчатого вала в бок от оси
цилиндра в заявленном изобретении, позволяет
увеличить ход поршня. Увеличенный ход поршня
обеспечивает идеальный эффект турбо в
бензиновых моторах, не нарушая топливно-
воздушный состав, увеличивает объем каждого
цилиндра на 15%, и способствует более полному
сгоранию горючей смеси, снижению давления
выхлопа, что ведет к менее шумному и менее
токсичному выхлопу. Данная конструкция
позволяет открывать выпускной клапан на 20
градусов позже, что ведет к более полному
сгоранию топлива в цилиндрах, и более полному
использованию рабочего давления, что сократит
реальный расход топлива. Поворот коленчатого вала
на 202 градуса позволяет легко преодолеть цикл
сжатия и верхнюю мертвую точку следующему
цилиндру. Следующий цилиндр вступает в работу
через 180 градусов, что позволяет первому
цилиндру легко преодолеть нижнюю мертвую точку
и преодолеть высокую степень сжатия. Это, в свою
очередь, позволяет снизить обороты холостого хода,
что также ведет к снижению токсичных выбросов.
При полном обороте коленчатого вала
увеличивается доля времени рабочего хода (202
градуса) и сокращается доля времени возврата к
верхней мертвой точке (158 градусов), что ведет к
сокращению потерь топливно-воздушной смеси при
цикле сжатия.
На фиг.1 изображены параметры и детали
двигателя внутреннего сгорания модели Х-001.
1 - поршень; 2 - цилиндр; 3 - шатун; 4 - шатунная
шейка коленчатого вала; 5 - верхняя мертвая точка;
6 - нижняя мертвая точка; 7 - коренная шейка
коленчатого вала; 8 - орбита шатунной шейки
коленчатого вала; 8 - орбита шатуна, максимально
удаленная от центра; d - ход поршня; α - угол в 202
градуса; (β - угол в 158 градуса; γ - угол в 22
градуса.
На фиг.2 изображены детали коленчатого вала и
картер блока цилиндров, примененных в двигателе
внутреннего сгорания модели Х-001.
10 - коленчатый вал; 11 - вкладыш коренного
подшипника; 12 - крышки коренных подшипников;
13 - вкладыш с масляным отверстием; 14 - упорное
кольцо; 15 - прокладка; 16 - передняя крышка; 17 -
сальник; 18 - промежуточный вал; 19 - фланец
сальника.
На фиг.3 изображены положения шатунов на
коленчатом вале в момент нахождения поршня в
верхней мертвой точке и нижней мертвой точке по
3. 29991
3
заявленному изобретению (а) и классическому
двигателю (b).
Настоящее изобретение поясняется конкретным
примером, который наглядно демонстрирует
возможность достижения приведенной
совокупностью признаков требуемого технического
результата, однако не является единственно
возможным.
Пример.
Принцип работы четырехтактного двигателя
внутреннего сгорания на примере одного цилиндра:
За полный цикл работы поршень четыре раза
проходит по цилиндру, при этом начиная с верхней
мертвой точки, поршень движется вниз, всасывая в
цилиндр топливовоздушную смесь, и вверх сжимая
смесь. После того, как топливовоздушная смесь
сжимается до объемов камеры сгорания, свеча дает
искру и происходит взрыв, заставляющий поршень
двигаться вниз. Когда поршень достигает нижней
мертвой точки, в двигателе открывается выпускной
клапан, через который поршень, двигаясь вверх,
удаляет отработавшие газы из цилиндра.
Ниже приведены технические различия
двигателя внутреннего сгорания (модель Х-001) по
заявленному изобретению и двигателя внутреннего
сгорания (модель АВТ-2.0) при одинаковых циклах
работы.
Принцип работы двигателя внутреннего
сгорания (модель АВТ-2.0):
- в момент рабочего хода поршень после взрыва
топливовоздушной смеси движется вниз, оказывая
давление на шатун, который в свою очередь
проворачивает коленчатый вал. Шатун
проворачивает коленчатый вал, при этом отклоняясь
от оси цилиндра. У двигателя внутренного сгорания
(модель АВТ-2.0) шатун в момент поворота
коленчатого вала (который расположен
непосредственно по оси цилиндра), отклоняется от
оси цилиндра в среднем на 18 градусов. Во время
отклонения шатуна от оси цилиндров, поршень
прижимается к стенкам цилиндра. Как результат
возникает трение цилиндра и поршня, что
естественно ведет к потере мощности на трение. И
это одна из причин износа цилиндров, поршня;
- в четырехцилиндровых двигателях внутреннего
сгорания в момент нахождения поршней первого и
четвертого цилиндра в нижней мертвой точке,
поршни второго и третьего цилиндра находятся в
верхней мертвой точке. Шатуны на коленчатом вале
находятся на оси цилиндров под углом 180 градусов
друг от друга. При одновременном совпадении
мертвых точек, затрудняется вращение коленчатого
вала.
Принцип работы двигателя внутреннего
сгорания (модель Х-001) по заявленному
изобретению:
- в двигателе внутреннего сгорания по
заявленному изобретению коленчатый вал смещен
от оси цилиндра на 70 мм, и именно это позволяет
шатуну проворачивать коленчатый вал на 202
градуса, не производя при этом значительных
отклонений от оси цилиндра во время рабочего
хода. Так, средний угол отклонения шатуна по
заявленному изобретению составляет 9 градусов.
Меньший угол отклонения от оси цилиндра при
рабочем ходе ведет к снижению потерь на трение,
уменьшению износа цилиндра, повышению
полезной отдачи на больших нагрузках;
- в двигателе внутреннего сгорания по
заявленному изобретению в момент нахождения
поршня первого и четвертого цилиндра в нижней
мертвой точке, поршни второго и третьего цилиндра
уже преодолели верхнюю мертвую точку. Шатуны
на коленчатом вале также расположены 180
градусах друг от друга, но они не находятся на оси
цилиндров. Благодаря смещению коленчатого вала
на 70 мм, шатун первого цилиндра во время
прохождения поршня до нижней мертвой точке,
проворачивает коленчатый вал на 202 градуса,
шатун третьего цилиндра в этот момент уже
преодолел верхнюю мертвую точку и находится в 22
градусах за верхней мертвой точкой. Таким образом
действия двух цилиндров, поршней и шатунов, не
только не противодействуют друг другу, но и
помогают друг другу, значительно увеличив этим
мощность двигателя.
При одинаковых размерах коленчатого вала,
цилиндров и поршней получены следующие
сравнительные параметры:
№ Вид двигателя
Модель
АВТ-2.0
Модель X- 001 Результат
1 Ход поршня 92,8 мм 107 мм Больше на 14 мм
2 Поворот коленчатого вала до
нижней мертвой точки
180 градусов 202 градуса Больше на 22 градуса
3 Средний угол отклонения шатуна
от оси цилиндра
18 градусов 9 градусов Меньше на 9 градусов
Преимущества двигателя внутреннего сгорания
по заявленному изобретению:
- увеличенный ход поршня. При увеличенном
ходе поршня засасывается большее количество
горючей смеси, при этом отпадает надобность
применения дорогого и капризного
турбокомпрессора;
- поворот коленчатого вала до нижней мертвой
точки на на 202 градуса. При увеличенном повороте
коленчатого вала выполняется больший объем
работы;
- средний угол отклонения шатуна от оси
цилиндра. Меньший угол отклонения от оси
цилиндра при рабочем ходе снижает потери
мощности на трение, уменьшает износ цилиндра и
поршня, повышает полезную отдачу на больших
нагрузках;
4. 29991
4
- возможность применения деталей массового
производства, а также упрощение сборки
заявленной модели двигателя внутреннего сгорания.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Четырех цилиндровый двигатель внутреннего
сгорания, включающий цилиндры с поршнями,
соединенными через шатуны с шатунной шейкой
коленчатого вала, отличающийся тем, что
коленчатый вал расположен с боковым сдвигом
относительно оси цилиндров.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что
величина бокового сдвига составляет 70 мм.
