История и причины появления поршневых двигателей внутреннего сгорания

Первые поршневые двигатели внутреннего сгорания, получившие довольно широкое распространение в шестидесятых годах XIX века, работали на светильном газе. Их конструктором был Э.Ленуар, двигатели работали без предварительного сжатия рабочей смеси. Появившиеся вслед за ними двигатели, построенные немецким изобретателем Н. Отто в 1867-1872 гг., также работали на светильном газе, были четырехтактными, имели предварительное сжатие рабочей смеси и искровое зажигание. Теоретические основы рабочих процессов этих двигателей были разработаны значительно раньше появления реальных машин французскими учеными С. Карно (1721 г.) и Бо-де Роша (1854 г.).

 С появлением дизельных двигателей (кстати, впервые электростанции Energo (Франция) стали использовать данный тип оборудования), экономично работающих на тяжелом нефтяном топливе, и бензиновых двигателей, газ как топливо был практически полностью вытеснен жидкими нефтяными продуктами.

Своим успехом последние обязаны высокой концентрации энергии в единице объема, простоте перевозки и хранения. Газовые двигатели продолжали применять только на крупных металлургических предприятиях, где они работали на местном доменном, коксовом или угольном газах.

 Однако по основным техническим показателям, характеризующим эффективность использования топлива в двигателе, жидкие нефтяные топлива уступают газам. Так, при применении газового топлива в 1,5–2 раза уменьшается износ основных деталей цилиндро-поршневой группы, существенно снижается токсичность выпускных газов, увеличивается срок службы и уменьшается расход смазки, а также снижаются расходы на топливо. Поэтому, как только добыча и производство природного газа и сжиженных бутано-пропановых смесей достигли большого объема, применение газовых двигателей, выполненных к тому же на новом, более высоком техническом уровне, стало технически и экономически оправданным.

 Основные факторы, которые обусловили возрождение газовых двигателей, сводятся к следующему:

• бурное развитие газовой промышленности;
• технико-экономическое и экологическое преимущества газа как топлива;
• технический прогресс газовых двигателей, обеспечивающий полное использование выгодных свойств газа как топлива для двигателей.

Коэффициент полезного действия (КПД) газовых двигателей практически равен КПД дизелей такого же класса (обратите внимание, что этими показателями не могут похвастаться дизельные генераторы). Как правило, газовые двигатели строят на базе дизелей, с которыми они конструктивно и технологически хорошо унифицируются. Именно этим объясняется то, что большинство фирм, выпускающих дизели, предлагают потребителю их газовые модификации.

Двигатели, работающие на природном газе, широко используют для привода электрогенераторов, насосов, компрессоров. Их единичная мощность достигает десятков мегаватт, а электростанций с газовыми двигателями — сотен мегаватт.

 Сжиженные газы применяют для двигателей малой и средней мощности, предназначенных, главным образом, для установки на тракторы, бурильные установки, автобусы и легковые автомобили. Кроме того, сжиженные газы применяют для отопления жилых домов, теплиц и бытовых установок.

Основными требованиями, предъявляемыми к газовым двигателям и агрегатам на их базе, являются надежность, оптимальный режим работы, ориентированный на получение максимального технического эффекта (в частности, высокого КПД), оптимальный объем автоматизации, простота обслуживания, ремонтопригодность и, возможно, низкая стоимость.

Особенности двигателей внутреннего сгорания

Категория:

   Устройство и работа двигателя

Публикация:

   Особенности двигателей внутреннего сгорания

Читать далее:

   Из истории развития двигателестроения

Особенности двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания принадлежат к наиболее распространенному типу тепловых двигателей, т. е. таких двигателей, в которых теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию. Тепловые двигатели могут быть разделены на две основные группы:

двигатели внешнего сгорания — паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и т. п. Из двигателей этой группы в учебнике рассмотрены только двигатели Стирлинга, так как их конструкции близки конструкциям двигателей внутреннего сгорания;

двигатели внутреннего сгорания. В двигателях внутреннего сгорания процессы сжигания топлива, выделения теплоты и преобразования части ее в механическую работу происходят непосредственно внутри двигателя.

К таким двигателям относятся поршневые и комбинированные двигатели, газовые турбины и реактивные двигатели.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Принципиальные схемы двигателей внутреннего сгорания показаны на рис. 1.

У поршневого двигателя (рис. 1,а) основными деталями являются: цилиндр крышка (головка) цилиндра; картер поршень; шатун; коленчатый вал впускные и выпускные клапаны. Топливо и необходимый для его сгорания воздух вводятся в объем цилиндра двигателя, ограниченный днищем крышки, стенками цилиндра и днищем поршня. Образующиеся при сгорании газы высокой температуры и давления давят на поршень и перемещают его в цилиндре. Поступательное движение поршня через шатун преобразуется во вращательное коленчатым валом, расположенным в картере. В связи с возвратно-поступательным движением поршня сгорание топлива в поршневых двигателях возможно лишь периодически последовательными порциями, причем сгоранию каждой порции должен предшествовать ряд подготовительных процессов.

В газовых турбинах (рис. 1, б) сжигание топлива происходит в специальной камере сгорания. Топливо в нее подается насосом через форсунку. Воздух, необходимый для горения, нагнетается в камеру сгорания компрессором, установленным на одном валу с рабочим колесом газовой турбины. Продукты сгорания через направляющий аппарат поступают в газовую турбину.

Газовая турбина, имеющая рабочие органы в виде лопаток специального профиля, расположенных на диске и образующих вместе с последним вращающееся рабочее колесо, может работать с высокой частотой вращения. Применение в турбине нескольких последовательно расположенных рядов лопаток (многоступенчатые турбины) позволяет более полно использовать энергию горячих газов. Однако газовые турбины пока уступают по экономичности поршневым двигателям внутреннего сгорания, особенно при работе с неполной нагрузкой, и, кроме того, отличаются большой теплонапряженностью лопаток рабочего колеса, обусловленной их непрерывной работой в среде газов с высокой температурой.

При снижении температуры газов, поступающих в турбину, для повышения надежности лопаток уменьшается мощность и ухудшается экономичность турбины. Газовые турбины широко используются в качестве вспомогательных агрегатов в поршневых и реактивных двигателях, а также как самостоятельные силовые установки. Применение жаростойких материалов и охлаждения лопаток, усовершенствование термодинамических схем газовых турбин позволяют улучшить их показатели и расширить область использования.

Рис. 1. Схемы двигателей внутреннего сгорания

В жидкостных реактивных двигателях (рис. 1, в) жидкое топливо и окислитель тем или иным способом (например, насосами) подаются под давлением из баков в камеру сгорания. Продукты сгорания расширяются в сопле и вытекают в окружающую среду с большой скоростью. Истечение газов из сопла является причиной возникновения реактивной тяги двигателя.

Положительным свойством реактивных двигателей следует считать то, что реактивная тяга их почти не зависит от скорости движения установки, а мощность ее возрастает с увеличением скорости поступления в двигатель воздуха, т. е. с повышением скорости движения. Это свойство используют при применении турбореактивных двигателей в авиации. Основные недостатки реактивных двигателей — относительно низкая экономичность и сравнительно небольшой срок службы.

Комбинированными двигателями внутреннего сгорания называются двигатели, состоящие из поршневой части и нескольких компрессионных и расширительных машин (или устройств), а также устройств для подвода и отвода теплоты, объединенных между собой общим рабочим телом. В качестве поршневой части комбинированного двигателя используется поршневой двигатель внутреннего сгорания.

Энергия в такой установке передается потребителю валом поршневой части, или валом другой расширительной машины, или обоими валами одновременно. Число компрессионных и расширительных машин, их типы и конструкции, связь их с поршневой частью и между собой определяются назначением комбинированного двигателя, его схемой и условиями эксплуатации. Наиболее компактны и экономичны комбинированные двигатели, в которых продолжение расширения выпускных газов поршневой части осуществляется в газовой турбине, а предварительное сжатие свежего заряда производится в центробежном или осевом компрессоре (последний пока не получил распространения), причем мощность потребителю обычно передается через коленчатый вал поршневой части.

Поршневой двигатель и газовая турбина в составе комбинированного двигателя удачно дополняют друг друга: в первом наиболее эффективно в механическую работу преобразуется теплота малых объемов газа при высоком давлении, а во второй наилучшим образом используется теплота больших объемов газа при низком давлении.

Комбинированный двигатель, одна из широко распространенных схем которого показана на рис. 2, состоит из поршневой части, в качестве которой используется поршневой двигатель внутреннего сгорания, газовой турбины и компрессора. Выпускные газы после поршневого двигателя, имеющие еще высокие температуру и давление, приводят во вращение лопатки рабочего колеса газовой турбины, которая передает крутящий момент компрессору. Компрессор засасывает воздух из атмосферы и под определенным давлением нагнетает его в цилиндры поршневого двигателя. Увеличение наполнения цилиндров двигателя воздухом путем повышения давления на впуске называют наддувом. При наддуве плотность воздуха повышается и, следовательно, увеличивается свежий заряд, заполняющий цилиндр при впуске, по сравнению с зарядом воздуха в том же двигателе без наддува.

Для сгорания топлива, вводимого в цилиндр, требуется определенная масса воздуха (для полного сгорания 1 кг жидкого топлива теоретически необходимо около 15 кг воздуха). Поэтому чем больше воздуха поступит в цилиндр, тем больше топлива можно сжечь в нем, т. е. получить большую мощность.

Основные преимущества комбинированного двигателя — малые объем и масса, приходящаяся на 1 кВт, а также высокая экономичность, часто превосходящая экономичность обычного поршневого двигателя.

Наиболее экономичными являются поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания, получившие широкое применение в транспортной и стационарной энергетике. Они имеют достаточно большой срок службы, сравнительно небольшие габаритные размеры и массу, высокую экономичность, их характеристики хорошо согласуются с характеристиками потребителя. Основным недостатком двигателей следует считать возвратно-поступательное движение поршня, связанное с наличием кривошипно-шатунного механизма, усложняющего конструкцию и ограничивающего возможность повышения частоты вращения, особенно при значительных размерах двигателя.

Рис. 2. Схема комбинированного двигателя

В учебнике рассматриваются поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания, получившие широкое распространение.

5 Альтернативные архитектуры двигателей — чем заменить двигатель внутреннего сгорания

Группа разработчиков мультимедийных платформ

С самых первых дней автомобилестроения в конце 19 века доминирующей силовой установкой был поршневой двигатель с искровым зажиганием, за которым последовал цикл Отто. дизельным двигателем с воспламенением от сжатия. Эти двигатели все еще находятся в стадии разработки, и в ближайшие несколько лет их топливная экономичность значительно улучшится благодаря прямому впрыску, турбонаддуву и, в дальнейшем, воспламенению от сжатия с однородным зарядом (HCCI). Однако все эти двигатели имеют одинаковую архитектуру поршень-шатун-коленвал. По мере того, как инженеры стремятся к еще большей эффективности, исследуются новые архитектуры и пересматриваются старые менее успешные типы.

Группа разработчиков медиаплатформ

1 из 5

Stirling

Каждая из обсуждаемых здесь альтернативных архитектур двигателя имеет одну важную общую черту со стандартными поршневыми двигателями, которые доминировали в автомобилестроении более века: топливо сгорает внутри. камера для преобразования химической энергии в механическую для движения. Однако для этого необходимо подавать воздух и топливо в камеру сгорания, а выхлопные газы выводить из нее, что усложняет работу и снижает эффективность.

В 1816 году шотландский изобретатель Роберт Стирлинг задумал двигатель замкнутого цикла, в котором рабочая жидкость (в данном случае воздух) остается внутри устройства. Источником тепла, которым может быть что угодно, включая горение, является внешний по отношению к двигателю. Подобно Ecomotors OPOC и Scuderi, пары поршней работают вместе, чтобы обеспечить полный цикл. Воздух в одной камере нагревается за счет теплопередачи через стенку цилиндра, отталкивающего поршень вытеснителя, который связан со вторым силовым поршнем в расширительной камере. Поскольку нагретый воздух продолжает расширяться, он смещает силовой поршень, который приводит в движение коленчатый вал, создающий крутящий момент. По мере охлаждения воздуха оба поршня возвращаются в исходное положение, и процесс повторяется.

До недавнего времени двигатели Стирлинга в основном использовались для стационарных применений — отчасти потому, что они не подходили для типичных переходных режимов, когда отдаваемая мощность значительно менялась с течением времени. Тем не менее, новые конфигурации и возможность использовать альтернативные виды топлива возродили интерес, особенно для приложений, увеличивающих запас хода, где выгодны работа с постоянной скоростью и низкий уровень шума (из-за непрерывного внешнего сгорания).

Группа разработчиков медиаплатформ

2 из 5

alt_engines_02

Архитектура с оппозитными цилиндрами (OPOC) недавно привлекла значительное внимание с появлением новой компании под названием Ecomotors. В состав Ecomotors входят многочисленные ветераны автомобильной промышленности и инженеры, в том числе Дон Ранкл из General Motors и Питер Хофбауэр, ранее работавший в Volkswagen.

Основным заявленным преимуществом архитектуры OPOC является высокая удельная мощность и повышение эффективности использования топлива на 50 процентов по сравнению с существующими двигателями с искровым зажиганием. Компания «Экомоторс» разработала модульную конфигурацию, в которой каждый модуль состоит из двух цилиндров. Внутри каждого цилиндра находятся два поршня, которые связаны с общим коленчатым валом. Пары поршней колеблются вперед и назад с общей камерой сгорания между ними. Двигатель OPOC работает по двухтактному циклу, при этом каждый поршень открывает только впускные или выпускные каналы, что позволяет лучше управлять тем, какие порты открыты, путем синхронизации каждого поршня.

Хофбауэр объясняет, что использование двух поршней на цилиндр позволяет поршням перемещаться только на половину расстояния при одинаковой степени сжатия, так что двигатель может работать в два раза быстрее. Как и многие из этих альтернативных архитектур, двигатель OPOC может работать на различных видах топлива, включая бензин, дизельное топливо и биотопливо. Модули из двух цилиндров каждый могут быть соединены вместе, обеспечивая столько мощности, сколько необходимо для данного применения, а муфты с электронным управлением позволяют отключать отдельные модули для снижения расхода топлива при небольших нагрузках.

Команда разработчиков медиаплатформ

3 из 5

Scuderi

Уже более века практически все двигатели, которые мы использовали, работали либо на двух-, либо на четырехтактном дизельном цикле или цикле Отто с полным сгоранием. цикл, происходящий в пределах любого количества одиночных цилиндров. Каждый цилиндр будет иметь впуск, сжатие, мощность и выхлоп. Идея разделенного цикла, в котором один цилиндр отвечает за впуск и сжатие, а второй отвечает за мощность и выпуск, восходит как минимум к концу 19 века.века, но еще никому не удавалось добиться в этом большого успеха.

Группа Scuderi надеется изменить это с помощью конструкции с разделенным циклом, которую она разрабатывала в течение последних нескольких лет. Каждый модуль двигателя состоит из двух цилиндров и поршней, соединенных между собой коленчатым валом и перепускным каналом высокого давления. Поскольку в первый цилиндр нагнетается только воздух, он имеет степень сжатия 75:1. Выпускной клапан первого цилиндра выпускает воздух под высоким давлением в перепускной канал, где происходит некоторое охлаждение.

Когда впускное отверстие второго цилиндра открывается, когда этот поршень приближается к верхней точке своего хода, воздух под высоким давлением устремляется из кроссовера. После закрытия клапана впрыскивается топливо и воспламеняется примерно на 15 градусов после верхней мертвой точки. Это время гарантирует, что воздух не подвергается повторному сжатию, что повышает общую термодинамическую эффективность. Scuderi утверждает, что безнаддувная версия ее двигателя может развивать мощность до 135 л. с. на литр, что обеспечивает гораздо лучшую удельную мощность и меньший расход топлива, чем у обычных двигателей. Воздушно-гибридная версия с аккумулятором высокого давления, который заряжается во время движения автомобиля накатом, может повысить эффективность еще на 50 процентов. Концепция Scuderi совместима с искровым зажиганием на бензине и других видах топлива или с воспламенением от сжатия на дизельном топливе. Первый работающий двигатель Scuderi начал испытываться на динамометрическом стенде в середине 2009 года., и компания надеется заключить производственную сделку с автопроизводителем в течение пяти лет.

Команда разработчиков медиаплатформ

4 из 5

Свободнопоршневой

Свободнопоршневой двигатель имеет некоторое сходство с OPOC, но обычно использует только два поршня на модуль. Поршни прикреплены к каждому концу твердого шатуна и колеблются взад и вперед в цилиндре, поочередно запуская каждый поршень в двухтактном цикле. Свободнопоршневые двигатели имеют меньшее трение, чем традиционные поршневые двигатели с коленчатым валом, в результате меньшего вращательного движения. Свободнопоршневой двигатель может достигать термодинамического КПД до 50 процентов, что примерно вдвое превышает КПД обычного бензинового двигателя. Однако то же самое отсутствие вращательного движения делает эту конструкцию проблематичной для использования в качестве двигательной установки.

Одной из архитектурных конфигураций свободнопоршневого двигателя, которая может оказаться полезной в будущем, является использование его в качестве генератора для электромобиля с увеличенным запасом хода. Медные обмотки вокруг центральной секции цилиндра можно было комбинировать с магнитами на шатуне для выработки электроэнергии, которая использовалась бы для зарядки аккумулятора. Компактный размер двигателя и почти полное отсутствие вибраций делают его жизнеспособной альтернативой для этих автомобилей с электрическим приводом.

Группа разработчиков медиаплатформ

5 из 5

Ванкеля

Роторная конструкция двигателя Феликса Ванкеля не совсем новая архитектура двигателя, она использовалась в различных серийных автомобилях с тех пор, как в 1957 году он создал первый работающий прототип. Как и некоторые другие архитектуры, обсуждаемые здесь, Преимущество Ванкеля в очень высокой удельной мощности. Нынешний 1,3-литровый безнаддувный двухроторный двигатель, используемый Mazda в спортивном автомобиле RX-8, выдает 238 л.с. К сожалению, у Ванкелей были проблемы с высоким расходом топлива и масла, что ограничивало их использование в последние десятилетия.

Однако некоторые современные разработки сделали возрождение Ванкеля вполне возможным. Новые процессы механической обработки могут значительно улучшить качество поверхности стенок камеры, а новые материалы уплотнений могут снизить расход масла и повысить срок службы. Добавление непосредственного впрыска топлива будет способствовать снижению расхода топлива и выбросов за счет предотвращения вытекания несгоревшего топлива через отверстия при проносе ротора.

Появление электромобилей с увеличенным запасом хода (ER-EV), таких как Chevrolet Volt, внезапно стало, казалось бы, идеальным приложением для Ванкельса. Поскольку двигатель в этих транспортных средствах используется только для привода генератора, его можно оптимизировать для работы на определенных фиксированных скоростях, а не для работы в переходном режиме. Компактные размеры также упрощают установку в транспортном средстве этого типа, а работа без вибраций обеспечивает бесперебойную работу без подзарядки. На Женевском автосалоне 2010 года Audi продемонстрировала концепцию ER-EV, основанную на ее новом малолитражном автомобиле A1, в котором используется расширитель диапазона Ванкеля, а консультанты по разработке силовых агрегатов AVL и FEV в последние месяцы продемонстрировали аналогичные демонстрационные автомобили. Даже General Motors признала, что исследует использование Ванкеля для будущих поколений Volt.

Патент США на поршневой двигатель внутреннего сгорания (Патент № 10 024 233, выдан 17 июля 2018 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

28 апреля 2014 г. , который претендует на приоритет в соответствии с 35 U.S.C. § 119 из заявки на патент Германии № 10 2013 210 471.5, поданной 5 июня 2013 г., полное описание которой прямо включено в настоящий документ посредством ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к поршневому двигателю внутреннего сгорания.

Что касается технической подоплеки, то упоминаются, например, всемирно известные двигатели внутреннего сгорания Harley-Davidson V-twin с их типичным для мотоциклов Harley-Davidson «двухцилиндровым звуком».

Дальнейшее развитие всемирно известного двигателя внутреннего сгорания V-twin с возвратно-поступательным движением поршня произошло в рамках так называемого «проекта W3» Джима Фойлинга. В этом проекте, в котором, как и в V-образном двигателе внутреннего сгорания, два цилиндра расположены друг за другом V-образно, а шатуны воздействуют на общую шатунную шейку коленчатого вала, конструкция Фейлинга имеет три цилиндра. , однако, которые вызывают «W»; отсюда и обозначение «W3». Feuling сконструировал новый картер, на котором третий цилиндр, включая головку цилиндров, установлен в V-образном смещении на 45°. Три цилиндра вместе образуют единую плоскость. Это стало возможным благодаря использованию основного шатуна и двух вспомогательных шатунов, которые имеют общую шатунную шейку коленчатого вала. Эта конструкция до сих пор используется в авиационных поршневых двигателях внутреннего сгорания с радиальным расположением цилиндров (радиальные двигатели). Всемирно известный исключительный дизайн Feuling в первую очередь защищен патентом США на дизайн. Д449,620 S и, во-вторых, по патенту США. Дес. 417 674.

Недостатком конструкции Feuling W3 является большой угол наклона цилиндра, который требует относительно большого места для установки.

Другой способ реализации трехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня описан в выложенной немецкой спецификации DE 10 2008 020 423 A1. Это выложенное описание раскрывает двигатель внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня с тремя цилиндрами в V-образном расположении, в частности, для использования в мотоцикле. Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает в себя коленчатый вал и первый внешний цилиндр, второй внешний цилиндр и средний цилиндр. Каждому цилиндру соответствует поршень и шатун. Внешние цилиндры лежат в общей плоскости, проходящей через ось коленчатого вала, а средний цилиндр лежит во второй плоскости, наклонной к указанной плоскости и также проходящей через ось коленчатого вала. Трехцилиндровый поршневой двигатель внутреннего сгорания отличается тем, что коленчатый вал имеет две шатунные шейки, а шатуны первого внешнего цилиндра и среднего цилиндра воздействуют совместно на первую шатунную шейку и шатун второй наружной шейки. цилиндр воздействует на вторую шейку шатуна.

Недостатком трехцилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания, известного из DE 102008020423 A1, является относительно большая габаритная ширина, что имеет неблагоприятный эффект, в частности, при использовании для мотоцикла.

Еще одна возможность реализации трехцилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания была показана еще в 1909 году Анзани с его поршневым двигателем внутреннего сгорания вентиляторного типа для самолета. Используя этот поршневой двигатель внутреннего сгорания вентиляторного типа, француз Блерио на своем Blériot IX первым перелетел через Ла-Манш из Франции в Англию еще в 1909. Поршневой двигатель внутреннего сгорания имел впечатляющие по тем временам 25 л.с. и скорость вращения почти 1200 об/мин. Самолет внес существенный вклад в развитие более поздней общепринятой конструкции самолета — моноплана, в котором двигатель, крылья и хвостовое оперение следовали друг за другом в направлении полета спереди назад. Ножной руль направления и дополнительная ручка управления рулем высоты уже тогда соответствовали обычным в настоящее время органам управления самолетами. Около 800 самолетов этого типа сделали его самым массовым самолетом до 19 века.14. В конструкции Анзани все три цилиндра лежат в одной плоскости, как и в конструкции Фейлинга, причем внешние цилиндры образуют угол >90°.

Недостатком этой конструкции также является относительно большой угол наклона цилиндра, который требует много места для установки.

Еще одна возможность реализации вентиляторной машины описана в интернет-словаре «Википедия», свободной энциклопедии. Там указано, что веерная машина является поршневой машиной, в которой силовые агрегаты (силовой агрегат: поршень, шатун, ход коленчатого вала) распределены равномерно по половине окружности, аналогично радиальной машине, где они распределены по всей окружности. Обычны небольшие компрессоры до пяти цилиндров, в которых шатуны расположены рядом друг с другом на одной шейке коленчатого вала. Здесь речь идет о машинах, а не о двигателях, поскольку в этом устройстве могут быть двигатели (сгорания), компрессоры, насосы и паровые машины. Однако поршни или цилиндры, как и в конструкции Фейлинга, в этих вариантах также определяют одну плоскость.

Недостатком этого известного варианта осуществления является относительно широкая общая конструкция, которая не подходит, в частности, для одноколейных транспортных средств, таких как мотоциклы.

Целью настоящего изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня W3, углы наклона цилиндров которого можно выбирать в значительной степени произвольно, чтобы получить максимально компактную общую конструкцию.

Эта и другие задачи достигаются с помощью поршневого двигателя внутреннего сгорания, имеющего по меньшей мере первый, второй и третий цилиндры и имеющего кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом, установленным с возможностью вращения в картере. Предусмотрены первая, вторая и третья шатунные шейки. Первой шатунной шейке соответствует первый шатун с первым поршнем для первого цилиндра. Второй шатунной шейке соответствует второй шатун со вторым поршнем для второго цилиндра. Третьей шатунной шейке соответствует третий шатун с третьим поршнем для третьего цилиндра. Шатунные шейки расположены друг за другом в осевой ориентации коленчатого вала, при этом цилиндры расположены веерообразно.

Еще не известный двигатель внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня типа W3, углы цилиндров которого можно выбирать в значительной степени свободно, реализуется посредством выполнения согласно изобретению двигателя внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня. «Веерообразный» означает, что каждый цилиндр лежит в плоскости, параллельной другим плоскостям, образованным другими цилиндрами. Таким образом, по сравнению с другими радиальными двигателями изобретение делает возможным меньший угол наклона цилиндров в случае существующего смещения цилиндров. Минимальный угол цилиндра зависит от смещения цилиндра, расстояния между шейками коленчатого вала. Кроме того, благодаря возможным углам расположения цилиндров изобретение позволяет вживить двигатель W3 практически в пространство для установки V-образного двигателя; общая ширина увеличивается в некритическом диапазоне. Соответственно, для четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания угол наклона цилиндров W4 лишь незначительно больше, чем в случае V4. Звук V-образного двигателя внутреннего сгорания можно также воспроизвести с помощью двигателя внутреннего сгорания этого типа согласно изобретению; звук можно даже сделать несколько «свежее».

Особенно удовлетворительная жесткость коленчатого вала достигается за счет обеспечения в каждом случае одной опорной точки между шейками шатуна.

Угол α цилиндра от 20° до 90° между соседними цилиндрами является особенно предпочтительным конструктивным диапазоном.

По меньшей мере два уголка α цилиндра имеют неравные угловые размеры в дальнейшем развитии изобретения. В результате стало возможным еще больше вариантов дизайна.

Вариант осуществления, в котором уравновешивающий массы вал, который может приводиться в движение коленчатым валом и ориентирован параллельно коленчатому валу, благотворно влияет на рабочие характеристики или плавность хода (NVH = шум, вибрация, резкость) поршневого двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению.

Двигатель внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня согласно изобретению особенно предпочтительно используется для одноколейного транспортного средства и предпочтительно может быть установлен поперек направления движения одноколейного транспортного средства.

Другие цели, преимущества и новые признаки настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания одного или нескольких предпочтительных вариантов осуществления, рассматриваемых вместе с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой вид спереди двигателя внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

РИС. 2 представляет собой вид сверху поршневого двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления изобретения;

РИС. 3 — двигатель внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня в соответствии с вариантом осуществления изобретения, вид сбоку; и

РИС. 4 представляет собой вид спереди одногусеничной машины с поршневым двигателем внутреннего сгорания в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В последующем тексте для идентичных компонентов на фиг. с 1 по 4.

РИС. 1 показан вид спереди поршневого двигателя внутреннего сгорания, имеющего по меньшей мере первый, второй и третий цилиндры 1 , 2 , 3 . Кривошипный механизм 4 показан без картера, в результате чего кривошипно-шатунный механизм хорошо виден. Кривошипный механизм 4 состоит из коленчатого вала 5 , установленного с возможностью вращения в картере (не показан), с первой, второй и третьей шатунной шейкой 6 , 7 , 8 . Здесь первой шатунной шейке 6 соответствует первый шатун 9 с первым поршнем для первого цилиндра 1 , второй шатунной шейке 7 соответствует второй шатун 11 со вторым поршнем. для второго цилиндра 2 , а третьей шатунной шейке 8 соответствует третий шатун 13 с третьим поршнем для третьего цилиндра 3 . Поскольку поршни установлены с возможностью возвратно-поступательного движения в соответствующих цилиндрах, они скрыты цилиндрами 1 , 2 , 3 . Три головки цилиндров и крышки цилиндров, соответствующие цилиндрам 1 , 2 , 3 , под которыми в каждом случае расположен видимый клапанный механизм, на чертежах не обозначены.

Как ясно видно на фиг. 1, шатунные шейки 6 , 7 , 8 расположены друг за другом или рядом друг с другом в осевой ориентации коленчатого вала 5 . За счет осевой ориентации шатунных шеек 6 , 7 , 8 цилиндры 1 , 2 , 3 расположены согласно изобретению веерообразно, как в результате чего различные углы цилиндра α (показанные на фиг. 3) могут быть реализованы конструктивно. Кроме того, выход 14 , состоящий, среди прочего, из зубчатого механизма (который не показан более подробно) расположен на коленчатом валу 5 для вывода мощности, генерируемой поршневым двигателем внутреннего сгорания. «Веерообразный» означает, что каждый цилиндр лежит в плоскости, параллельной другим плоскостям, образованным другими цилиндрами. Одним из примеров этого являются, например, японские ручные веера.

Кроме того, в каждом случае одна точка опоры 12 устанавливается на коленчатый вал 5 между шейками коленчатого вала 6 , 7 , 8 для оптимальной жесткости коленчатого вала и картера. Только одна опорная точка 12 обозначена на фиг. 1. Точки опоры также могут быть предусмотрены для коленчатого вала перед и за шатунными шейками 6 , 8 .

РИС. 2 показан вид сверху поршневого двигателя внутреннего сгорания по фиг. 1. Веерное расположение цилиндров 1 , 2 , 3 также хорошо видны на фиг. 2.

РИС. 3 показан вид сбоку поршневого двигателя внутреннего сгорания. Два угла α цилиндра показаны на фиг. 3, между соседними цилиндрами 1 , 2 и 2 , 3 . Кроме того, приводы распределительных валов, не имеющие обозначения, также можно увидеть на фиг. 3. Соседние цилиндры 1 , 2 и 2 , 3 образуют угол α цилиндра, который предпочтительно находится между 20 и 90° угла поворота коленчатого вала. В еще одном примерном варианте осуществления между цилиндрами 1 , 2 и 2 , 3 также могут быть реализованы углы α цилиндров разного размера. Указанный вариант конструкции может оказать положительное влияние на последовательность зажигания, в результате чего может воспроизводиться другой звук.

В другом предпочтительном примерном варианте осуществления вал балансировки масс (не показан на фиг. 1-4) может приводиться в движение коленчатым валом 5 и ориентирован параллельно коленчатому валу 5 . С помощью уравновешивающего вала, например, первого порядка, можно положительно повлиять на плавность хода поршневого двигателя внутреннего сгорания, то есть можно значительно улучшить характеристики NVH.

РИС. 4 показан вид спереди одногусеничной машины 13 , в которой установлен поршневой двигатель внутреннего сгорания согласно изобретению. Как показано на фиг. 4, коленчатый вал 5 предпочтительно может быть установлен поперек направления движения одноколейного транспортного средства 13 . Одноколейным транспортным средством предпочтительно является мотоцикл или мопед.

Таким образом, по сравнению с другими двигателями внутреннего сгорания с радиальным возвратно-поступательным движением поршня изобретение делает возможным более узкий угол α цилиндра в случае существующего смещения цилиндра. Минимальный угол цилиндра α зависит от смещения цилиндра и расстояния между шатунными шейками 6 , 7 , 8 на коленчатый вал 5 .

Кроме того, с учетом возможных углов α цилиндра изобретение позволяет вживить поршневой двигатель внутреннего сгорания W3 практически в пространство для установки поршневого двигателя внутреннего сгорания V-twin. Общая ширина увеличивается только в некритическом диапазоне.

Соответственно, угол наклона цилиндра α поршневого двигателя внутреннего сгорания W4 лишь незначительно больше, чем в случае поршневого двигателя внутреннего сгорания V4.

Звук V-образного двигателя внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня можно также воспроизвести с помощью двигателя внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня этого типа; звук можно даже сделать несколько «свежее».

Список обозначений

• 1 Первый цилиндр
• 2 Второй цилиндр
• 3 Третий цилиндр
90397 9007 4 3
• 9007 4 3
90397 9007 4 3 4 3 .