ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ЛАД-1) Российский патент 1998 года по МПК F02B59/00 F02B75/30 

Изобретение относится к области автотранспортного двигателестроения и может быть использовано в качестве силовой установки.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров с неподвижными поршнями, установленными в передней и задней частях блока и имеющими водяную рубашку, выхлопные и всасывающие клапаны и подвижные, соосно спаренные днищами двухкамерные цилиндры (см. патент США N 1897897, МПК F 02 B 75/30, 1933 г.).

Известный двигатель обладает недостаточно высоким коэффициентом полезного действия (КПД), повышенной токсичностью отработавших газов и недостаточной долговечностью.

Задача изобретения заключается в повышении КПД и долговечности двигателя и в снижении токсичности отработавших газов.

Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит блок цилиндров с неподвижными поршнями, установленными в передней и задней частях блока, поршни имеют водяную рубашку, выхлопные и всасывающие клапаны и форсунки. Между поршнями размещены соосно спаренные днищами двухкамерные подвижные в горизонтальном направлении цилиндры, насаженные на один общий палец, соединяющийся с верхней разъемной головкой шатуна. Нижняя головка шатуна соединена с одноколенчатым валом, на галтелях кривошипа насажены корончатые шестерни, с которых вращение передается на шестерни редуктора.

В верхней части головки поршня может быть выполнен лучевод для лазерного луча.

Между днищами подвижных цилиндров выполнены охлаждающие колодцы, соединенные каналами с коленчатым валом через пустотелый цилиндровый палец и шатун.

С цилиндрового пальца с помощью штока можно передать возвратно-поступательное движение напрямую на поршневой гидронасос двойного действия для гидропривода ведущих механизмов.

На фиг. 1 предоставлен разрез двигателя, вид сбоку, на фиг. 2 - вид двигателя сверху, на фиг. 3 - вид двигателя спереди.

Особенности устройства двигателя ЛАД-1 заключаются в том, что в передней и задней частях блока крепятся на шпильках своими фланцами неподвижные поршни 1,2, цельные или разборные. Поршни имеют внутри по всасывающему 3 и выхлопному 4 клапанам, форсунку 5 для впрыска дизельного топлива, форсунку для впрыска воды 6, лазерный лучевод 7 и водяную рубашку. Между неподвижными поршнями 1 и 2 двигаются спаренные днищами четыре подвижных цилиндра 8 и 9, соединенные между собой одним цилиндровым пальцем 10, который соединяется с единственным шатуном 11, верхняя разъемная головка шатуна имеет регулировочные прокладки. В нижнюю головку шатуна 11 может быть поставлен скользящий подшипник или подшипник качения, внутренняя обойма которого насаживается на шатунную шейку 12, сделанную в виде пустотелого пальца, болта с затяжкой гайкой на конце, соединяющего между собой галтели кривошипа. Коренные подшипники 13 одноколенчатого вала 14 могут быть сделаны скользящими или роликовыми. У коленчатого вала 14 щеки 15 кривошипа сделаны в форме дисков, на которые насаживаются корончатые венцы двух шестерен 16, передающие вращение на пару шестерен 17 редуктора, вал которого имеет на выходном конце 18 маховик 19. Такое устройство передаточного механизма непосредственно с двух шестерен 16 одноколенчатого вала 14 на шестерни 17 редуктора снижает напряжение крутящего момента и крутильные колебания одноколенчатого вала и обеспечивает удобство обслуживания клапанного механизма и форсунок.

Отсутствие маховика на коленчатом валу уменьшает и делает равномерной нагрузку на его подшипники: все это способствует продолжительности срока его службы. Распределительный вал 20 получает вращение от шестерни 16 коленчатого вала 14 через две паразитные шестерни 21. Вращается распределительный вал 20 на скользящих разъемных подшипниках 22 с регулировочными прокладками, что многократно увеличивает межремонтный срок службы. Для установки распредвала и регулировки его подшипников на блоке сделан съемный люк 23. Четыре кулачка распердвала поочередно открывает клапаны в верхних и нижних поршнях через толкатели 24, штанги 25 и коромысла 26. Направляющие секции 27 толкателей крепятся к блоку на шпильках.

Расположение цилиндров на шасси горизонтально-продольное, что полностью снимает вибрацию колец от влияния ускорения силы тяжести. Для уменьшения гравитации горизонтально движущихся цилиндров на верхней половине головки поршня делается сегментный срез 28 и входящие в него газы приподнимают цилиндр, создавая "воздушную подушку". Получаемые таким образом "воздушные подушки" воспринимают на себя часть силы тяжести горизонтально движущихся цилиндров и боковое давление кривошипа, что делает их срок службы более долговечным.

Система смазки и система охлаждения двигателя могут быть раздельными или их можно объединить, применив незамерзающую смазочно-охлаждающую жидкость. В охлаждающую полость 29 между днищами цилиндров 8 и 9 подается под давлением смазочно-охлаждающая жидкость по сверлениям в коленчатом вале 14 и шатуне 11 через пустотелый палец 10. Или можно подать смазочно-охлаждающую жидкость через сверления в штоке 30 привода гидронасоса 31.

Применение дополнительного к компрессионным кольцам манжетного компрессионного уплотнения /узел А/ дает возможность увеличить компрессию и мощность двигателя с меньшим износом от потери на трение, со значительным увеличением долговечности службы подвижных цилиндров и неподвижных поршней. Два лепестка 32 и 33 манжеты делаются из жаростойкого антифрикционного манжетного материала графлекса и прижимаются к днищу неподвижного поршня прижимным кольцом 34, имеющим сверху сегментный срез 28 для получения "воздушной подушки". Верхний манжетный лепесток 32 обеспечивает хорошую компрессию, а нижний лепесток 33 улучшает всасывание и снимает излишки смазки.

Смена компрессионных манжетных лепестков будет стоить дешевле замены изношенных компрессионных колец.

В конструкции двигателя ЛАД-1 есть возможность возвратно-поступательное движение цилиндрового пальца 10 передать напрямую с помощью штока 30 на поршневой гидронасос 31 двойного действия, на разъемном поршне 35 которого кроме компрессионных колец зажимаются двухлепестковые манжеты 36 из графлекса, обеспечивающие хороший напор жидкости при малом коэффициенте трения. На нижних половинах головки поршней гидронасоса делаются сегментные срезы для снятия гравитации.

При работе на стационаре гидронасос 31 двойного действия может быть использован для перекачивания жидкостей. При работе на шасси напор жидкости от гидронасоса двойного действия идет на гидропривод ведущих механизмов.

Спаренные движущиеся цилиндры двигателя ЛАД-1 расположены противоположно, что дает возможность инерционные силы, возникшие от рабочего хода одного цилиндра, взаимно гасить - уравновешивать рабочим ходом противоположного цилиндра; одновременно гасится инерция движения компрессионных колец в канавках неподвижных поршней, создавая вторую мягкую посадку колец. Кроме того, противоположное расположение цилиндров 8 и 9 не только взаимно гасит инерционные силы поступательно движущихся "вращающихся масс", но и обеспечивает равномерность нагрузки на верхнюю и нижнюю половинки коренных коленных и шатунных подшипников и на верхнюю и нижнюю половины шеек коленчатого вала и шатунную шейку, уменьшая напряжение изгибающего момента, а у одноколенчатого вала крутящие моменты и крутильные колебания. Все это значительно увеличивает срок службы шатунно-кривошипного механизма.

Рабочие процессы двигателя ЛАД-1.

Двигатель ЛАД-1 универсален в отношении выбора топлива и может работать на солярке, бензине или газе. Для работы на солярке величина степени сжатия повышается снятием стальной регулировочной прокладки из-под фланца неподвижного поршня.

I. Работа по двухтактному циклу дизеля.

В цилиндре двигателя всасывается и сжимается с помощью трубопровода чистый воздух. В конце такта сжатия форсункой 5 впрыскивается солярка - получается рабочий ход сразу в двух цилиндрах 9. В конце рабочего хода открываются выхлопные клапаны 4 и происходят выхлоп, продувка и наполнение цилиндров свежим воздухом. За следующие полоборота таким же образом работают противоположно расположенные цилиндры 8.

II. Работа двигателя ЛАД-1 по дизель-лазерному водопаровому циклу.

После прогрева и установившейся работы по дизельному циклу включается впрыск воды форсункой 21 с одновременной подачей лазерного луча по лучеводу 7, обеспечивающего эффективное сгорание обедненного топлива и мгновенное превращение впрыскнутой воды в перегретый пар, резко повышающий давление в цилиндре и мощность двигателя. При этом количество впрыскиваемого дизельного топлива дается минимальное, обедненное, достаточное только для устойчивой работы двигателя. Это дает большую экономию топлива, более 50%, и повышение мощности двигателя. Тепло отработанных газов используется для получения лазерного луча. Лазерный луч может быть получен из дешевых легкодоступных компонентов /перекись водорода, щелочь, хлор/ с нетоксичными продуктами реакции/ кислород, вода, поваренная соль/.

III. Работа двигателя ЛАД-1 по бензино-лазерному водопаровому циклу или газо-лазерному водопаровому.

Работа на бензине или газе с впрыском воды и одновременной подачей лазерного луча обеспечивает полное сгорание обедненной горючей смеси и полное превращение впрыснутой воды в перегретый пар с повышенным давлением в цилиндрах 8 и 9 и мощности двигателя с малым расходом горючего. Остаток перегретого пара в цилиндре 8 или 9 после окончания выхлопа не дает вновь поступающей горючей смеси преждевременно воспламениться и улетучиться с выхлопными газами. Для перенастройки двигателя на работу на бензине лазерный или газолазерный цикл с впрыском воды под фланцы неподвижных поршней подкладывают стальные прокладки, поднимающие поршень и увеличивающие камеру сжатия для получения нужной степени сжатия. При работе на газе и бензине есть возможность у двигателя ЛАД-1 перейти на 4-тактный режим работы с 2-тактного, заменив шестерни передаточного механизма для получения передаточного числа 1:2.

При работе на стационаре с впрыском воды скрытую теплоту парообразования перегретого выхлопного пара можно использовать для обогрева помещений, парников с конденсацией пара и повторным использованием воды для впрыска в цилиндры двигателя.

Все выше указанное обеспечивает решение поставленной задачи - увеличение долговечности работы двигателя ЛАД-1, имеющего неподвижные поршни с горизонтально противоположным расположением движущихся цилиндров, которая дает возможность снизить нагрузку на трущиеся детали на несколько порядков, уменьшить вибрацию и износ, повысить мощность, экономичность, экологичность и долговечность работы двигателя.

Изобретение может быть использовано в качестве силовой установки. В передней и задней частях блока двигателя установлены неподвижные поршни с водяной рубашкой, выхлопными и всасывающими клапанами и форсунками. Между неподвижными поршнями размещены соосно спаренные днищами двухкамерные, подвижные в горизонтальном направлении цилиндры, закрепленные на общем пальце, соединенном шатуном с коленчатым валом. У каждого неподвижного поршня на верхней половине головки выполнены сегментный срез и лучевод для лазерного луча. Между днищами подвижных цилиндров выполнены охлаждающие колодцы, соединенные каналами с коленчатым валом через пустотелый цилиндровый палец и шатун. От цилиндрового пальца с помощью штока возвратно-поступательное движение передается напрямую на поршневой насос двойного действия с использованием высокого давления жидкости на гидропривод. Технический результат заключается в повышении КПД, долговечности двигателя и снижении токсичности отработавших газов. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров с неподвижными поршнями, установленными в передней и задней частях блока и имеющими водяную рубашку, выхлопные и всасывающие клапаны, подвижные, соосно спаренные днищами двухкамерные цилиндры, размещенные между поршнями, шатун и коленчатый вал, отличающийся тем, что цилиндры выполнены подвижными в горизонтальном направлении, насажены на один общий цилиндровый палец, соединенный с верхней головкой шатуна, причем нижняя головка шатуна соединена с одноколенчатым валом, на гантелях кривошипа насажены корончатые шестерни, с которых вращение передается на шестерни редуктора, а поршни имеют форсунки. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на верхней части каждого поршня выполнен сегментный срез. 3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в верхней части головки поршня выполнен лучевод для лазерного луча. 4. Двигатель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что между днищами подвижных цилиндров выполнены охлаждающие колодцы, соединенные каналами с коленчатым валом через пустотелый цилиндровый палец и шатун. 5. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что с цилиндрового пальца с помощью штока можно передавать возвратно-поступательное движение напрямую на поршневой гидронасос двойного действия для гидропривода ведущих механизмов.