ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B25/04 F01L11/02 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при создании двигателей внутреннего сгорания, использующих различные виды топлива, и может найти применение в стационарных и движущихся силовых установках.

Известны двигатели внутреннего сгорания, конструкции которых включают цилиндры с поршнями, соединенными с кривошипно-шатунным механизмом, клапаны с газораспределительным механизмом (1).

Такой конструкции двигатели, как правило, используют один конкретный вид топлива. Кроме того практика эксплуатации таких двигателей показывает, что неравномерный износ во взаимно перпендикулярных направлениях пары "цилиндр-поршень", так называемый "эллипс", уменьшает срок работы таких двигателей, их долговечность.

Известен двигатель внутреннего сгорания, выбранный в качестве прототипа, содержащий по меньшей мере один цилиндр с выпускными окнами, размещенный в цилиндре поршень и крышку цилиндра с установленными в ней устройством для подачи топлива и впускными клапанами (2).

Работает известный двигатель следующим образом. Когда поршень в нижней мертвой точке, цилиндр заполнен свежим зарядом. При движении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку он перекрывает впускные окна и происходит процесс сжатия. При нахождении поршня в верхней мертвой точке, после подачи топлива, газы начинают расширяться и действуют на днище поршня. Поршень совершает рабочий ход. При приближении поршня к нижней мертвой точке последовательно открываются дополнительные выпускные клапаны, потом основные выпускные и наконец впускные окна цилиндра. Происходит последовательно выпуск отработавших газов из камеры сгорания, потом из полости цилиндра и в конце хода поршня осуществляется продувка цилиндра и заполнение новой порцией заряда. При следующем движении поршня в верхнюю мертвую точку цикл работы двигателя повторяется.

Недостатком известной конструкции двигателя внутреннего сгорания является недостаточное охлаждение элементов поршневой группы двигателя и неудовлетворительное качество продувки полости цилиндра. Двигатель также не приспособлен к различным видам топлива, то есть ограничена его топливная гибкость. Известной конструкции также присущ недостаток, заключающийся в том, что при работе двигателя трущаяся пара "цилиндр-поршень" изнашивается специфическим образом (в виде эллипса), что нарушает компрессионные способности двигателя и снижает его рабочую долговечность. Двигатель необходимо ремонтировать для восстановления его работоспособности.

Двигатель внутреннего сгорания снабжен по меньшей мере одним ползуном-клапаном, взаимодействующим с поршнем и шарнирно соединенным с шатуном, и крышкой, закрывающей цилиндр снизу, с установленными упругим демпфером для поршня и направляющими для ползуна-клапана, а поршень выполнен с концентрическим отверстием в центре днища, являющимся седлом для ползуна-клапана площадью отверстия, меньшей оставшейся поверхности поршня, и имеющим на юбке по меньшей мере два упора, взаимодействующие с тарелкой ползуна-клапана, и не менее двух окон для прохода отработавших газов, а также тем, что ползун-клапан снабжен устройством для регулирования длины его штока.

На фиг. 1 показано поперечное сечение двигателя; на фиг. 2 - схема элементов двигателя в нижней мертвой точке цикла перемещения поршня; на фиг. 3 - верхняя мертвая точка перемещения поршня; на фиг. 4 - рабочий ход поршня; на фиг. 5 - схема элементов двигателя в момент выхлопа отработавших газов, продувки полости цилиндра и заполнения новым зарядом.

Двигатель содержит цилиндр 1 с выпускными окнами 2, размещенный в цилиндре поршень 3 и крышку 4 цилиндра с установленными в ней устройством 5 для подачи топлива и впускными клапанами 6, ползун-клапан 7, взаимодействующий с поршнем 3 и шарнирно соединенный с шатуном 8, крышку 9, закрывающую цилиндр 1 снизу, причем, поршень 3 имеет концентрическое отверстие в центре днища, являющееся седлом для ползуна-клапана 7, а также имеющим на юбке два упора 10, взаимодействующих с тарелкой 11 ползуна-клапана 7, и не менее двух окон 12 для прохода отработавших газов, направляющие 13 для ползуна-клапана, закрепленные в нижней крышке 9, упругий демпфер 14, взаимодействующий с поршнем 3 и устройство 15 для регулирования длины штока ползуна-клапана 7.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания с использованием жидкого топлива в качестве энергоносителя изготавливается, например, путем помещения в цилиндр, закрытый сверху крышкой, на которой установлены устройство для подачи топлива и впускные клапаны для воздуха, поршня, у которого в днище выполнено концентрическое отверстие, площадь которого меньше, чем оставшаяся рабочая площадь днища, а на юбке поршня выполнено не менее двух окон для прохода газов и двух упоров, с которыми взаимодействует ползун-клапан. Снизу цилиндр закрыт крышкой, в направляющих которой находится ползун-клапан. Ползун-клапан шарнирно соединен с шатунно-кривошипным механизмом двигателя и ориентирован так, что его тарелка взаимодействует с выступами юбки поршня и совпадает с концентрическим отверстием поршня. Концентрическое отверстие поршня является седлом для тарелки ползуна-клапана. Внизу цилиндра выполнены выпускные окна для отработавших газов. На нижней крышке установлен упругий демпфер, взаимодействующий с выступами юбки поршня. Ползун-клапан снабжен устройством для регулирования длины штока.

Работает двигатель следующим образом.

При нахождении поршня 3 в нижней мертвой точке (фиг. 2) цилиндр 1 заполнен свежим зарядом. В начале движения ползуна-клапана 7 вверх тарелкой 14 закрывается концентрическое отверстие в поршне 3, и поршень начинает движение вверх. Одновременно закрываются впускные клапаны 6 на крышке 4. При движении поршня вверх происходит процесс сжатия. При нахождении поршня 3 в верхней мертвой точке (фиг. 3) подается топливо устройством 5. Газы начинают расширяться и действуют на днище поршня. Поршень 3 совершает рабочий ход (фиг. 4). При приближении поршня к нижней мертвой точке упоры 10, находящиеся на юбке поршня, упираются в демпфер 14, установленный на нижней крышке 9 цилиндра 3. Движение поршня замедляется и он останавливается в нижней мертвой точке (фиг. 5). Как только поршень касается демпфера 14, открывается концентрическое отверстие в днище поршня. Ползун-клапан 7 опускается в свою нижнюю точку и находится между седлом поршня и упорами на юбке, не касаясь упоров тарелкой (фиг. 5).

В открывшееся отверстие отработавшие газы из цилиндра через выпускные окна 2 и 12 удаляются в атмосферу. Одновременно с началом выхода отработавших газов из полости цилиндра открываются впускные клапаны 6 и свежий заряд поступает в полость цилиндра, охлаждая его и способствуя более полному удалению отработавших газов. После удаления отработавших газов и заполнения полости цилиндра новым зарядом, ползун-клапан 7 начинает движение вверх из нижней мертвой точки. Тарелкой 11 клапан 7 закрывает отверстие в поршне 3. Одновременно закрываются впускные клапаны 6. Ползуном-клапаном 7 поршень 3 начинает перемещаться из нижней мертвой точки в верхнюю. В цилиндре 1 начинается процесс сжатия. Цикл работы двигателя повторяется.

Шток ползуна-клапана 7 оснащен устройством 15, которое позволяет отрегулировать его длину. Изменяя длину штока клапана, подбирается положение поршня в верхней мертвой точке, изменяя камеру сжатия в соответствии с показателями используемого топлива.

При запуске двигателя в начальный период при нахождении поршня (ползуна-клапана) в цилиндре в произвольном положении в нижнюю мертвую точку он возвращается тарелкой 11 клапана, которая упирается своей тыльной стороной в упоры 10 поршня. Тарелка клапана взаимодействует с упорами только в момент запуска двигателя. Ползун-клапан перемещается в направляющих 13, установленных в нижней крышке 9 двигателя. При работе двигателя поршень испытывает только осевые нагрузки, что способствует равномерной выработке зеркала цилиндра и уплотнительных устройств самого поршня, что повышает его работоспособность (долговечность), и упрощает восстановительный ремонт. Схема продувки полости цилиндра и заполнения ее новым зарядом, предложенная авторами, обеспечивает более качественные (благоприятные) условия для топлива в камере сгорания, что улучшает технико-экономические показатели двигателя.

По сравнению с прототипом предлагаемый двигатель внутреннего сгорания обеспечивает следующие преимущества: возможность использования различных видов жидкого топлива, более качественную продувку и заполнение цилиндра рабочей смесью, уменьшение расхода топлива, более равномерное и качественное охлаждение двигателя (цилиндра), равномерный износ трущихся поверхностей пары цилиндр-поршень. Все эти преимущества позволяют ориентировочно увеличить долговечность двигателя на 8-10% и снизить его эксплуатационные расходы на 3-5%.

Использование: в двигателестроении, при создании двигателей внутреннего сгорания, используемых для движущихся и стационарных силовых установок. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1 с впускными окнами 2, размещенный в цилиндре 1 поршень 3, верхнюю крышку 4 цилиндра, на которой установлены впускные клапаны 6 и устройство 5 для подачи топлива. Новым в двигателе являются дополнительно установленная нижняя крышка 9 цилиндра 1, на которой закреплен упругий демпфер 14 и направляющие 13, в которых подвижно установлен ползун-клапан 7, шарнирно соединенный с шатуном 8 и взаимодействующий с поршнем 3, причем поршень 3 выполнен с концентрическим отверстием в днище, являющимся седлом тарелки 11 ползуна-клапана 7, а также имеющий на юбке не менее двух упоров 10, взаимодействующих с тарелкой 11 клапана 7 и демпфером 14, и двух окон 12 для прохода отработавших газов при выхлопе и продувке цилиндра 1. На штоке ползуна-клапана установлено устройство 15 регулирования его длины для коррекции степени сжатия заряда при вариациях качества используемого топлива. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий по меньшей мере один цилиндр с впускными и выпускными окнами, поршень, размещенный в цилиндре, расположенную на верхнем торце цилиндра крышку с установленным в ней устройством для подачи топлива, и шатун, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним клапаном-ползуном с седлом, тарелкой и штоком, установленным в поршне и шарнирно связанным с шатуном, дополнительной крышкой, размещенной на нижнем торце цилиндра, упругим демпфером, установленным на дополнительной крышке и взаимодействующим с юбкой поршня, и направляющими для штока, укрепленными в дополнительной крышке, в днище поршня выполнено центральное отверстие, в котором расположено седло клапана-ползуна, в юбке поршня - по меньшей мере два упора, взаимодействующие с тарелкой клапана-ползуна, и два выходных окна для отработавших газов, причем центральное отверстие выполнено с площадью проходного сечения, меньшей остальной площади поверхности днища поршня. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что клапан-ползун снабжен устройством регулирования длины штока.