Двигатель внутреннего сгорания

1 Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности, к устройствам контроля выхлопных газов в таких двигателях. При обычном режиме работы возвратнопоступательного поршневого двигателя внутреннего сгорания выхлопные газы удаляются после каждого рабочего хода за счет хода поршня через цилиндр и вытеснения сгоревших газов в выхлопной коллектор и по направлению к выхлопной трубе. А-1 586 788 (США) раскрывает четырехтактный возвратно-поступательный поршневой двигатель внутреннего сгорания (7), имеющий несколько цилиндров с впускными и выхлопными клапанами, каждый из которых размещен в верхней части соответствующего цилиндра, и выхлопную камеру (6) для накапливания выхлопных газов, образующихся при работе двигателя. Названный двигатель содержит вакуумный насос (В) для выхлопной камеры, предназначенный для создания разрежения в каждом цилиндре, когда его выхлопной клапан открыт для выброса наружу выхлопных газов. Для отсасывания выхлопных газов из цилиндра к выхлопной камере прикладывают вакуум, при этом поршень также возвращается наверх цилиндра, таким образом, каждый выхлопной такт является также рабочим тактом. Для гарантии эффективного продува в верхней части цилиндра необходимы значительные перекрывания между открыванием и закрыванием впускного и выхлопного клапанов. Кроме того, продувочный такт расходует определенное количество механической энергии для преодоления сил, давящих на поршень, что приводит как минимум к разбалансировке двигателя. Предметом настоящего изобретения явилась задача устранения или уменьшения этих проблем. В соответствии с изобретением предлагается возвратно-поступательный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий один или более цилиндров с впускными и выхлопными клапанами, расположенными в торцах соответствующих цилиндров, и выхлопную камеру для накапливания выхлопных газов,образуемых при использовании двигателя,включающий вакуумный насос для выхлопной камеры и компрессор для подачи в каждый цилиндр топливно-воздушной смеси; вакуумный насос предназначен для создания разрежения в каждом цилиндре, когда соответствующий выхлопной клапан открыт для выбрасывания выхлопных газов из цилиндра наружу и всасывания поршня к торцу этого цилиндра таким образом, что каждый выхлопной ход двигателя является также рабочим ходом; компрессор предназначен для создания достаточного давления топливно-воздушной смеси при подаче этой смеси в каждый цилиндр, когда его впускной клапан открыт так, что каждый такт впуска является 2 также рабочим тактом, причем клапаны открываются и закрываются без перекрывания. Для вакуумного насоса предпочтительно механическое соединение с валом двигателя для приведения от двигателя. Целесообразно вакуумный насос и компрессор монтировать в одном и том же корпусе. Целесообразно, чтобы компрессор приводился в движение со скоростью, автоматически изменяющейся в зависимости от скорости работающего двигателя. В соответствии с изобретением предложен также вакуумный насос выхлопного коллектора для двигателя внутреннего сгорания, который приводится от двигателя и создает разрежение в каждом цилиндре двигателя всякий раз, когда открывается соответствующий выхлопной клапан при давлении, достаточном для всасывания поршня этого цилиндра кверху так, что каждый выхлопной ход двигателя является также рабочим ходом. При соединении двигателя с насосом может быть также предусмотрена механическая передача, чтобы обеспечивать действие насоса с интенсивностью, соответствующей скорости двигателя. Далее двигатель внутреннего сгорания и конструкция выхлопной системы в соответствии с изобретением описаны на примере и проиллюстрированы чертежом. В соответствии с чертежом, четырехцилиндровый возвратно-поступательный двигатель внутреннего сгорания содержит четыре поршня 10, 11, 12 и 13, механически соединенные традиционным способом с коленвалом 14. Каждый цилиндр двигателя имеет впускной клапан А и выпускной клапан В. Впускные клапаны подсоединены для получения топливновоздушной смеси от топливного инжектора (не показан) через впускной патрубок 15, а каждый выпускной клапан сообщается с выхлопным коллектором 16. В целом такой двигатель является традиционным и хорошо известен. В соответствии с изобретением двигатель включает вакуумный насос 17 выхлопного коллектора, установленный для создания разрежения в выхлопном коллекторе. Насос 17 подсоединен и приводится зубчатым приводным ремнем (не показан), сцепленным с коленвалом 14. Для привода насоса могут применяться и другие приспособления, в том числе электродвигатель. Компрессор 18 установлен для повышения давления внутри впускного патрубка 15 так,чтобы топливно-воздушная смесь нагнеталась в каждый из цилиндров всякий раз, когда открыт соответствующий впускной клапан А. Это подобно так называемому "турбонаддуву", однако давления, применяемые в заявляемом двигателе,в целом выше, как будет показано далее. Компрессор 18 может приводиться от коленвала 14 с помощью зубчатого приводного ремня или других подходящих средств. 3 В любом случае, в заявляемом двигателе выхлопные газы высасываются из каждого цилиндра, производя продувание в процессе выхлопных тактов намного эффективнее, причем для достижения такого результата нет необходимости в традиционном или сколько-нибудь значительном перекрывании действия клапанов,как в обычных двигателях. Собственно всасывание с помощью насоса 17 привносит свою долю или становится отчасти источником энергии для двигателя. Обычно в двигателе выхлопной такт не является энергетическим тактом,поскольку является действием, на которое расходуется или требуется некоторая часть энергии двигателя, чтобы заставить отработавший газ выйти из цилиндра. Более того, это усилие создает давление на поршень в направлении, обратном обычным силам, действующим во время предыдущего рабочего такта. Таким образом,указанные силы действуют в двигателе во встречном направлении, приводя к появлению некоторых сверхвибраций или разбалансировке двигателя. Иными словами, насос 17, осуществляя более эффективное удаление отработанных газов, обеспечивает двигатель тем, что является как бы "экстра энергетическим" тактом и улучшает механический баланс двигателя. В отсутствие перекрывания клапанов двигатель может быть настроен на более эффективное использование своего топлива. Двигатель также включает компрессор 18,который в свою очередь улучшает рабочие характеристики двигателя. Во время тактов впуска обычного двигателя топливно-воздушная смесь втягивается в каждый цилиндр, когда его впускной клапан открыт, за счет разрежения, создаваемого поршнями. При создании нужной степени разрежения поршни находятся под воздействием сил, стремящихся затормозить движение поршней, поэтому впускные такты являются также тактами, расходующими энергию. В случае использования обычного нагнетателя, внутрь цилиндров впрыскивается какоето количество топливной смеси. В заявляемом оборудовании давление, создаваемое компрессором 18, таково, что поршни по существу вгоняются вниз при введении топливно-воздушной смеси и за счет ее вхождения попеременно в каждый цилиндр. Это значит, что впускные такты в результате становятся также экстра энергетическими тактами. Как следствие, двигатель имеет основной энергетический такт и два экстра энергетических такта, которые согласованы,соответственно, с выхлопным тактом и впускными тактами. Единственные такты, которые не генерируют энергии или хотя бы какого-нибудь положительного крутящего момента и, таким образом, энергии, - это такты сжатия. Может быть целесообразной установка простых однонаправленных клапанов, по крайней мере, во впускной камере, расположенной в головной части каждого цилиндра, - для пре 000398 4 дотвращения возможности обратного потока газов. Для любого двигателя, снабженного насосами 17 и компрессором 18, требуется внесение конкретных соответствующих видоизменений. Синхронизация клапанов должна быть изменена, чтобы воспользоваться преимуществами улучшенных газовых потоков и перепадов давления. В самом деле, нет нужды в перекрывании действия клапанов, если топливо впрыскивается, а выхлопные газы отсасываются по мере того, как это требуется, исходя из реального положения поршней. В существующих двигателях требуется перекрывание, так как и для заполнения цилиндра топливом, и для удаления отработанных газов должно быть выделено время, даже при том, что поршень сдвинут с его мертвой точки для следующих соответственных тактов в цикле двигателя. Заметим, что поскольку нет необходимости открывать клапаны, когда газы расширяются в цилиндрах, двигатель имеет тенденцию производить намного меньше шума. Кроме того, обычно поршневые уплотнительные кольца конструируются так, чтобы противостоять прохождению газов по сторонам поршня, например, в картер двигателя. В заявляемом двигателе есть моменты времени, когда давление над поршнями может упасть ниже атмосферного. Следовательно, требуется, чтобы поршневые кольца были устроены так, чтобы предотвращать просачивание газов из картера внутрь цилиндров в пространство над поршнями. Насос 17 и компрессор 18 могут быть смонтированы на одной станине и приводиться одним и тем же приводным ремнем, хотя может потребоваться приводить насос 17 и компрессор в действие на фактически разных скоростях, и поэтому использовать, например, подходящий редуктор. В любом случае совместное размещение насоса 17 и компрессора обеспечивает естественную вентиляцию и улучшает тепловые характеристики. Предусматривается, что заявляемый двигатель будет иметь в целом более низкий коэффициент сжатия, чем известные двигатели,и будет работать или на топливе с низким октановым числом, включая топливные газы и спирты, или в ряде случаев, - на дизельном топливе. Заявляемый узел двигателя может быть отлит в единой заготовке, которая включает головную часть цилиндра,целиком сформированную с опорой узла двигателя. Предусмотрено также, что клапаны будут более износостойкими и менее подверженными сгоранию,поскольку действующие впрыскиваемые потоки газов, образующиеся под воздействием насоса 17 и компрессора 18,сами будут приводить к более удовлетворительному охлаждению клапанов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Возвратно-поступательный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий один или более цилиндров с впускными и выпускными клапанами, расположенными в торцах соответствующих цилиндров, и выхлопную камеру для накапливания выхлопных газов, образуемых при использовании двигателя, вакуумный насос для выхлопной камеры и компрессор для подачи в каждый цилиндр топливно-воздушной смеси; вакуумный насос,предназначенный для образования разрежения в соответствующем цилиндре, когда его выхлопной клапан открыт для выбрасывания наружу выхлопных газов и всасывания поршня к торцу этого цилиндра так, что каждый выхлопной ход двигателя является также рабочим ходом; компрессор, предназначенный для создания при подаче топливно-воздушной смеси в соответствующий цилиндр, когда впускной клапан этого цилиндра открыт, давления, достаточного для того, чтобы каждый такт впуска являлся также рабочим тактом, отличающийся тем, что впускной и выпускной клапаны установлены так, что они открываются и закрываются без перекрывания. 6 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем,что вакуумный насос имеет механический привод от двигателя. 3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что вакуумный насос и компрессор расположены на одном картере. 4. Двигатель по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что компрессор соединен с валом двигателя для автоматического приведения в движение по скорости работающего двигателя.