Четырехцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания со свободно движущимся поршнем возвратно-поступательного переменного хода и с воспламенением от сжатия предварительно перемешанной смеси - RU2007135119A

Реферат

1. Четырехтактный четырехцилиндровый свободно-поршневой двигатель внутреннего сгорания с переменным возвратно-поступательным ходом поршня и воспламенением от сжатия предварительно перемешанной смеси, содержащий:

четыре цилиндра, конструкция которых типична для конструкции возвратно-поступательных двигателей и каждый из которых имеет два открытых конца;

по меньшей мере одну головку цилиндра, прикрепленную к указанным цилиндрам и закрывающую один из указанных открытых концов каждого указанного цилиндра;

четыре поршня, каждый из которых связан с одним из указанных цилиндров и выполнен с возможностью свободного перемещения в этом цилиндре;

причем два из указанных поршней соединены при помощи первого механизма с образованием первой поршневой пары с обеспечением возможности совершения совместного возвратно-поступательного перемещения, а два других из указанных поршней соединены при помощи второго механизма с образованием второй поршневой пары с обеспечением возможности совершения совместного возвратно-поступательного перемещения;

средства обеспечения совместного возвратно-поступательного перемещения указанной первой поршневой пары и указанной второй поршневой пары, так что все они не имеют заранее заданной длины хода поршня и обеспечивается переменный ход и переменный коэффициент сжатия; при этом указанное совместное возвратно-поступательное перемещение второй поршневой пары выполняется либо в направлении, противоположном направлению перемещения первой поршневой пары, либо в том же направлении, в котором перемещается первая поршневая пара;

средства образования предварительно перемешанной смеси, состоящей из топлива и реагента, которые содержат средства регулирования количества указанной предварительно перемешанной смеси и средства регулирования состава указанной смеси;

по меньшей мере один впускной клапан, связанный с каждым из указанных цилиндров и выполненный с возможностью регулирования поступления указанной предварительно перемешанной смеси в один из связанных с ним указанных цилиндров;

средства доставки указанной предварительно перемешанной смеси, состоящей из топлива и реагента, к каждому указанному по меньшей мере одному впускному клапану;

причем каждый поршень имеет такую конструкцию и размеры, которые позволяют произвести такт впуска внутри взаимодействующего с ним одного из указанных цилиндров, при этом возвратно-поступательное перемещение указанного поршня в направлении от головки цилиндра обеспечивает перемещение указанной предварительно перемешанной смеси через по меньшей мере один указанный впускной клапан и в указанный один из цилиндров, связанный с ним;

камеру сгорания, выполненную внутри каждого из указанных цилиндров, при этом каждая камера сгорания ограничена указанным поршнем, связанным с ним одним цилиндром и по меньшей мере одной головкой цилиндра, закрывающей указанный цилиндр;

кроме того, каждый из указанных поршней имеет такую конструкцию и размеры, которые позволяют произвести такт сжатия внутри взаимодействующего с ним одного из указанных цилиндров, причем возвратно-поступательное перемещение указанного поршня по направлению к указанной по меньшей мере одной головке цилиндра продолжается до тех пор, пока предварительно перемешанная смесь в указанной камере сгорания не достигнет такого коэффициента сжатия от указанного поршня, который позволит повысить температуру указанной предварительно перемешанной смеси до значения, необходимого для возникновения самовоспламенения указанной смеси и образования газообразных продуктов сгорания;

причем каждый из указанных поршней имеет такую конструкцию и размеры, которые позволяют произвести такт расширения внутри взаимодействующего с ним одного из указанных цилиндров, в котором расположение указанного поршня позволяет ему свободно перемещаться, причем возвратно-поступательное перемещение указанных поршней в направлении от указанной по меньшей мере одной головки цилиндра позволяет указанным газообразным продуктам сгорания расширяться в указанной камере сгорания;

по меньшей мере один выпускной клапан, связанный с каждым из указанных цилиндров и выполненный с возможностью регулирования выпуска указанных газообразных продуктов сгорания из указанного цилиндра;

причем каждый из указанных поршней имеет такую конструкцию и размеры, которые позволяют произвести такт выпуска внутри взаимодействующего с ним одного из указанных цилиндров, в котором расположение указанного поршня позволяет ему свободно перемещаться, причем возвратно-поступательное перемещение указанного поршня по направлению к указанной по меньшей мере одной головке цилиндра позволяет выпустить указанные расширенные газообразные продукты сгорания через по меньшей мере один связанный с ним указанный выпускной клапан;

средства вывода указанных газообразных продуктов сгорания в виде выхлопа из двигателя;

средства управления временем открытия или закрытия указанных впускных и выпускных клапанов, приводящие к открытию и закрытию указанных впускных и выпускных клапанов во время каждого из указанных циклов;

средства обеспечения смазки указанного двигателя;

запирающие средства, предназначенные для достаточного запирания с обеспечением предотвращения утечки смазочных веществ за пределы поршней одного из указанных открытых концов каждого цилиндра, не закрытого указанной по меньшей мере одной головкой цилиндра;

средства запуска двигателя и

средства обеспечения охлаждения двигателя.

2. Двигатель по п.1, дополнительно содержащий средства, совершающие линейные колебания, приводимые в движение указанным возвратно-поступательным перемещением поршней и снимающие мощность с двигателя.

3. Двигатель по п.1, дополнительно содержащий поворотный вал, соединенный с указанными поршнями возвратно-поступательного хода, а также средства, приводимые в движение указанным поворотным валом и снимающие мощность с двигателя.

4. Двигатель по п.1, в котором по меньшей мере один из указанных двигателей работает как газогенератор и дополнительно содержит турбину, приводимую в действие выхлопом из указанного газогенератора и предназначенную для съема мощности с газогенератора.

5. Двигатель по п.1, дополнительно содержащий электронную систему управления двигателем, включающую соединительные элементы для указанных средств управления временем открытия или закрытия указанных впускных и выпускных клапанов, обеспечивающих их открытие и закрытие во время всех указанных циклов, при этом указанные элементы выбираются из группы, состоящей из электрических и электронных схем; кроме того, электронная система управления двигателем содержит элементы, выбранные из группы, состоящей из узла адаптивной электронной системы управления, получающего входные сигналы от датчиков и содержащего исходные данные, и который дополнительно имеет вычислительные возможности; узла адаптивной электронной системы управления, получающего входные сигналы от датчиков и содержащего исходные данные, который дополнительно имеет вычислительные возможности в виде микропроцессора, способного определять фактический коэффициент сжатия данной самовоспламенившейся предварительно перемешанной смеси и, используя указанные вычисления, сравнивать их с указанными исходными данными с целью согласования и изменения момента и длительности открытия указанных впускного и выпускного клапанов; узла адаптивной электронной системы управления с поступающими входными сигналами от датчиков и исходными данными, который дополнительно содержит вычислительные возможности в виде микропроцессора, способного определять фактический коэффициент сжатия данной самовоспламенившейся предварительно перемешанной смеси и, используя указанные вычисления, сравнивать их с указанными исходными данными с целью регулирования свойств топлива и реагента в указанной предварительно перемешанной смеси; узла адаптивной электронной системы управления с поступающими входными сигналами датчиков и информацией от средств ввода данных, который дополнительно содержит вычислительные возможности в виде микропроцессора, способного определять фактический коэффициент сжатия самовоспламенившейся предварительно перемешанной смеси и, используя указанные вычисления, сравнивать их с исходными данными, полученными от указанных средств ввода данных, а также содержит выходные средства управления, предназначенные для получения электрических и/или электронных выходных сигналов, которые поддерживают оптимальные рабочие условия двигателя, при этом указанные входные датчики указанного узла адаптивной электронной системы управления имеют электрическую и/или электронную связь с входными клеммами датчика указанной электронной системы управления двигателем, и, кроме того, указанные входные датчики выбраны из группы, состоящей из: датчиков расхода топлива; датчиков расхода топлива, которые отражают параметры массового расхода топлива; датчиков характеристик топлива и реагента; датчиков характеристик топлива и реагента, которые отражают параметры массового расхода реагента; датчиков температуры смеси, состоящей из топлива и реагента; датчиков температуры двигателя; датчиков дросселирования двигателя; датчиков дросселирования двигателя, которые отображают установленные рабочие параметры двигателя в цифровом формате; датчиков запускающего сигнала двигателя и сигнала останова двигателя; датчиков нагрузки двигателя; датчиков положения, регистрирующих положение указанных поршней; датчиков выхлопа отработавших газов двигателя; датчиков детектирования зажигания в каждом из указанных цилиндров, имеющих признаки, выбранные из следующей группы: пьезоэлектрические датчики давления, ионные датчики, малоинерционные термопары и датчики жесткого ультрафиолетового излучения, указанные средства ввода данных указанного узла адаптивной электронной системы управления, имеющие электрическую и/или электронную связь с указанной электронной системой управления двигателем, причем указанные средства ввода данных выбраны из группы, включающей: компьютерный ввод данных и возможность запоминания информации; компьютерный ввод данных и возможность запоминания информации, включая данные об ожидаемом коэффициенте сжатия, необходимом для возникновения самовоспламенения смеси, состоящей из топлива и реагента, при изменяющихся внешних условиях; компьютерный ввод данных и возможность запоминания информации, включая данные об ожидаемом коэффициенте сжатия, необходимом для возникновения самовоспламенения смеси, состоящей из топлива и реагента, во всем рабочем диапазоне двигателя; компьютерный ввод данных и возможность запоминания информации, включая данные об ограничениях рабочих условий двигателя; компьютерный ввод данных и возможность запоминания информации, включая данные об ограничениях рабочих условий двигателя в виде наглядной таблицы высокоскоростной передачи данных, при этом указанные средства выходного контроля указанного узла адаптивной электронной системы управления имеют электрическую и/или электронную связь с указанной электронной системой управления двигателем, причем указанные средства выходного контроля выбраны из группы, включающей: устройства, запускающие впускные и выпускные клапаны, устройства перемешивания смеси и контроля смеси и реагента, устройства рециркуляции отработанного газа, устройства охлаждения двигателя и устройства для смазки двигателя.

6. Двигатель по п.1, дополнительно содержащий регулируемый механизм приведения в действие клапана, предназначенный для независимого приведения в действие по меньшей мере одного указанного впускного клапана и по меньшей мере одного указанного выпускного клапана, связанных с каждым из указанных цилиндров, при этом указанный регулируемый механизм включает:

по меньшей мере один тарельчатый впускной клапан, пружину возврата, уплотнитель и направляющую клапана, расположенные во впускном отверстии указанной головки цилиндра, причем все перечисленные элементы имеют конструкцию, типичную для двигателей возвратно-поступательного хода, так что приведение в действие по меньшей мере указанного одного тарельчатого впускного клапана приводит к газообмену между указанным отверстием и указанным цилиндром;

по меньшей мере один тарельчатый выпускной клапан, пружину возврата, уплотнитель и направляющую клапана, расположенные в выпускном отверстии указанной головки цилиндра, причем все перечисленные элементы имеют конструкцию, типичную для двигателей возвратно-поступательного хода, так что приведение в действие по меньшей мере одного указанного тарельчатого выпускного клапана приводит к газообмену между указанным отверстием и указанным цилиндром;

по меньшей мере один распределительный вал, расположенный над каждой указанной головкой цилиндра, с присоединенными к нему рабочими выступами кулачка для каждого указанного тарельчатого клапана в указанном цилиндре; при этом рабочие выступы кулачков расположены с обеспечением приведения в действие тарельчатых впускного и выпускного клапанов указанного цилиндра, каждый из которых имеет обычный для поршневых двигателей торец стержня, расположенный над указанной головкой цилиндра;

средства обеспечения установки указанного по меньшей мере одного распределительного вала над указанными впускным и выпускным клапанами цилиндров, при этом указанные рабочие выступы кулачков приводят в движение рабочие выступы указанных тарельчатых впускного и выпускного клапанов путем передачи давления и линейного перемещения указанных торцов стержня клапана, поскольку установленные рабочие выступы указанных распределительных валов вращаются или совершают шаговое перемещение, приводя к открытию и закрытию указанных тарельчатых впускного и выпускного клапанов;

средство механизированного вращения или пошагового перемещения распределительного вала, которое выбрано из группы, содержащей приводные электродвигатели; двунаправленные шаговые двигатели и двунаправленные шаговые двигатели крутящего момента;

средство электронного управления указанным средством механизированного вращения или пошагового перемещения;

средство смазки указанного по меньшей мере одного распределительного вала; и

средство смазки указанных тарельчатых клапанов.

7. Двигатель по п.4, дополнительно содержащий электрогенератор, соединенный с указанной турбиной и предназначенный для съема мощности с указанной турбины.

8. Двигатель по п.7, в котором указанная турбина содержит непосредственно соединенные высокооборотные турбины, а указанный электрогенератор содержит непосредственно соединенные высокочастотные генераторы.