ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ГИДРОПРИВОДОМ Российский патент 1997 года по МПК F02B71/04 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, который содержит цилиндры, поршни, соединенные через шатуны с коленчатым валом, с которым жестко связан газораспределительный механизм.

Такая конструкция двигателя имеет следующие недостатки:
сгорание топливной смеси начинается до прихода поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ), оказывая сопротивление движению поршня, и заканчивается далеко за ВМТ в расширяющемся объеме, что снижает КПД двигателя;
при работе двигателя на переменных режимах и с неполной нагрузкой дроссельная заслонка карбюратора создает дополнительное сопротивление во впускном тракте, ухудшается наполнение цилиндров и снижается КПД;
низкий коэффициент приспосабливаемости, который зависит от отношения максимального крутящего момента к номинальному (1,25 1,35 у карбюраторных двигателей и 1,05 1,15 у дизелей), что создает необходимость применения коробки передач.

Известен также свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидроприводом, выбранный в качестве прототипа, который содержит разделенные перегородкой цилиндры, в которых размещены с образованием насосных камер и камер сгорания поршни, связанный с насосными камерами гидродвигатель, устройство для подачи топливной смеси в цилиндры двигателя, выполненное в виде свободнопоршневого насоса с гидроприводом.

В этом двигателе легко осуществить бесступенчатое регулирование крутящего момента, однако остальные недостатки, присущие описанному выше примеру, характерны и для этого двигателя, кроме того, подвижное уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра, отделяющее насосную камеру от камеры сгорания, недостаточно надежно.

Целью изобретения является повышение КПД двигателя путем обеспечения сгорания большей части топливной смеси при постоянном объеме и увеличения степени наполнения цилиндров на переменных режимах работы и неполной нагрузке, а также повышение надежности путем замены подвижного уплотнения на неподвижное.

Указанная цель достигается тем, что перегородка имеет перепускной клапан с серводействием, отрегулированный на давление открытия больше давления в конце сжатия, и разделяет цилиндр на камеру сгорания и расширительную полость, снабженную выпускными клапанами и отделенную от насосной полости буферной полостью, ограниченной двумя диафрагмами и заполненной охлаждающей жидкостью. Подвод охлаждающей жидкости может осуществляться через обратный клапан, а отвод через дроссельное отверстие или через перепускной клапан или клапан с приводом от газораспределительного устройства. Поршень выполнен в виде кольца и помещен в цилиндр с образованием в ВМТ камеры сгорания внутренним диаметром поршня, головкой цилиндра и перегородкой и соединен с газораспределительным устройством.

С целью увеличения КПД на переменных режимах и неполной нагрузке и повышения маневренности двигателя привод газораспределительного устройства может быть выполнен в виде вспомогательного гидродвигателя, соединенного с источником давления через регулирующий орган.

С целью упрощения конструкции перепускного клапана он может быть выполнен в виде конусной пробки, укрепленной в центре диафрагмы и плотно входящей в конусное отверстие в перегородке. Регулировка перепускного клапана может осуществляться изменением давления на диафрагму охлаждающей жидкости.

С целью упрощения конструкции двигателя буферная полость может быть объединена с расширительной полостью, тогда выпуск охлаждающей жидкости будет происходить вместе с отработанными газами через выпускные клапаны.

С целью упрощения конструкции двигателя возможна также установка одного общего компрессора вместо поршней в каждом цилиндре.

В двигателе с принудительным воспламенением для обеспечения более полного сгорания топлива свеча зажигания должна быть расположена как можно ближе к перепускному клапану, например в головке цилиндра напротив клапана, тогда при его открытии несгоревшая рабочая смесь будет двигаться навстречу фронту пламени.

На чертеже изображен предлагаемый двигатель внутреннего сгорания с гидроприводом.

Двигатель состоит из корпуса 1, разделенного на три полости: нагнетательную 2, буферную 3 и расширительную 4 двумя диафрагмами 5. Нагнетательная полость 2 заполнена рабочей жидкостью и через обратные клапаны 6 и 7 соединена с напорной 8 и сливной 9 магистралями. Буферная полость 3 заполнена охлаждающей жидкостью, подводимой через обратный клапан 10 и отводимой через дроссельное отверстие 11 в корпусе 1. Расширительная полость 4 сообщается с атмосферой чрез выпускные клапаны 12.

На корпусе 1 установлен цилиндр 13, отделенный от расширительной полости 4 перегородкой 14 с перепускным клапаном 15 с поршнем кольцеобразной формы 16. В головке цилиндра 17 расположены впускной 18 и выпускной 19 клапаны и свеча зажигания 20.

С напорной 8 и сливной 9 магистралями соединены исполнительный гидромотор 21 и через регулирующее устройство 22 и гидроаккумулятор 23 вспомогательный гидромотор 24 привода газораспределительного устройства 25 и масляного насоса 26.

Двигатель работает следующим образом.

Вспомогательный гидромотор 24, питаемый от напорной магистрали 8 или гидроаккумулятора 23, через регулирующее устройство 22 приводит в движение газораспределительное устройство 25 и соединенный с ним поршень 16. При движении поршня 16 в нижнюю мертвую точку (НМТ) открывается впускной клапан 18 и происходит всасывание горючей смеси. При обратном ходе поршня 16 впускной клапан 18 закрыт и происходит сжатие заряда, после чего поршень 16 останавливается в ВМТ. От свечи зажигания 20 смесь воспламеняется, давление в камере сгорания повышается, и открывается перепускной клапан 15 в перегородке 14, выпуская рабочие газы в расширительную полость 4, где они через диафрагмы 5 и несжимаемую жидкость в буферной полости производят давление на рабочую жидкость, которая через клапан 7 подается в напорную магистраль 8, заряжает гидроаккумулятор 23, приводит во вращение гидромоторы 21 и 24 и попадает в сливную магистраль 9. Нагретая охлаждающая жидкость вытесняется через дроссельное отверстие 11.

Затем открываются выпускные клапаны 12 и 19, через которые продукты сгорания удаляются в атмосферу. Одновременно происходит наполнение нагнетательной 2 и буферной 3 полостей рабочей и охлаждающей жидкостями через обратные клапаны 6 и 10. Напор рабочей жидкости поддерживается масляным насосом 26.

Выпускные клапаны закрываются, и цикл повторяется.

Для изменения мощности двигателя изменяют количество поступающей к вспомогательному гидромотору 24 рабочей жидкости, и, воздействуя на регулирующее устройство 22, изменяется частота вращения вала гидромотора 24 и частота срабатывания газораспределительного устройства 25.

Крутящий момент на валу исполнительного гидромотора 21 изменяется автоматически в зависимости от нагрузки. При увеличении нагрузки уменьшается ход диафрагм 5 и возрастает давление, в результате чего падает число оборотов гидромотора 21 и увеличивается крутящий момент.

В двигателе с гидравлической передачей применение диафрагм для передачи давления позволяет надежно разделить жидкие и газообразные тела, исключить перегрев и загрязнение рабочей жидкости. Поршень кольцеобразной формы не участвует в передаче давления, что дает возможность осуществить цикл с остановкой поршня в ВМТ во время процессов сгорания и выпуска, снизить механические потери и повысить среднее давление цикла.

Кроме того, появляется возможность регулировать мощность двигателя без изменения цикловой подачи топлива частотой срабатывания газораспределительного устройства, улучшить тем самым наполнение цилиндра и уменьшить или даже полностью исключить работу двигателя на холостом ходу.

Применение поршня кольцеобразной формы увеличивает турбулентность смеси в процессах наполнения и сжатия, что способствует более устойчивому воспламенению и горению топливной смеси, повышает КПД и уменьшает токсичность выхлопных газов, особенно при малых нагрузках.

Автоматическое изменение крутящего момента на валу гидромотора дает возможность применять двигатель без коробки передач.

Использование: изобретение может быть использовано в транспортных машинах. Сущность изобретения: цилиндр разделен диафрагмами 5 на нагнетательную полость 2, буферную 3, заполненную охлаждающей жидкостью, и расширительную полость 4. Сгорание горячей смеси происходит в объеме, образованном внутренним диаметром поршня кольцеобразной формы 16, головкой цилиндра 17 и перегородкой 14 с перепускным клапаном 15, соединяющим камеру сгорания с расширительной полостью 4. Поршень 16 во время процессов сгорания, расширения и выпуска остается неподвижным. Управление двигателем осуществляется регулированием потока рабочей жидкости через вспомогательный гидромотор 24, приводящий в действие газораспределительное устройство 25 и поршень 16. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания с гидроприводом, содержащий хотя бы один цилиндр, разделенный перегородкой, поршень, насосную полость, связанную с исполнительным гидромотором, и связанное с поршнем газораспределительное устройство с приводом, отличающийся тем, что перегородка имеет перепускной клапан и разделяет цилиндр на камеру сгорания и расширительную полость, снабженную выпускными клапанами и отделенную от насосной полости буферной полостью, заполненной охлаждающей жидкостью, ограниченной двумя диафрагмами, поршень выполнен в виде кольца и помещен в цилиндр с образованием в верхней мертвой точке камеры сгорания внутренним диаметром поршня, перегородкой и головкой цилиндра. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что привод газораспределительного устройства и поршня выполнен в виде вспомогательного гидромотора, соединенного через регулирующий орган с источником давления. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что перепускной клапан выполнен в виде пробки, укрепленной на диафрагме. 4. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что буферная и расширительная полости объединены в одну. 5. Двигатель по пп. 1 4, отличающийся тем, что вместо поршней установлен один общий для всех цилиндров компрессор.