ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЛАД-8 Российский патент 2000 года по МПК F02B59/00 F02B33/16 

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве силовой установки.

Известен двигатель (патент США N 1897879, МПК F 02 В 75/30, опубл. 1933), имеющий блок цилиндров, с одной и другой стороны закрепленные по два неподвижных поршня с водяной рубашкой, движущиеся между поршнями соосные спаренные днищами цилиндры, шатуны и коленчатый вал.

Известный двигатель обладает недостаточным КПД. Повышенной токсичностью, недостаточной долговечностью.

Из патента Российской Федерации N 2120045, МПК F 02 В 59/00, опубл. 10.10.98 известен двухтактный двигатель, имеющий горизонтальный блок цилиндров, внутри которого закреплены два неподвижных поршня наддува, имеющие водяную рубашку, двухлепестковое компрессионное манжетное уплотнение, внутри поршня имеется воздушный патрубок с автоматическим воздушным клапаном, с противоположной стороны к блоку крепятся два неподвижных рабочих поршня, имеющих меньший размер, чем поршни наддува, снабженные водяной рубашкой, под фланцами поршней установлены металлические прокладки для регулирования степени сжатия, внутри поршней помещены топливная и водяная насос-форсунки, лучевод лазерного луча, выхлопной клапан с выхлопным патрубком, между поршнями двигаются соосно-спаренные днищами, отлитые заодно цилиндры наддува и рабочие цилиндры с колодцами охлаждения между днищами, сообщающиеся каналами с коленчатым валом шатуном и пустотелым пальцем, цилиндры наддува и рабочие сообщаются между собой перепускным клапаном, в корпусе которого установлены направляющие лопатки, создающие по касательной к стенкам рабочего цилиндра закрученный вихревой смерч, в который производится прямой впрыск топлива насос-форсункой, спаренные днищами цилиндры насаживаются на один цилиндровый палец и через шатун с разъемными головками соединяются с кривошипом одноколенчатого вала, имеющего кулачки для привода насос-форсунок и выхлопного клапана, причем на выходном конце вала имеется маховик. Известный двигатель имеет недостаточную эффективность работы.

Задачей изобретения является повышение эффективности двигателя.

Поставленная задача решается тем, что двухтактный двигатель, имеющий горизонтальный блок цилиндров, внутри которого закреплены два неподвижных поршня наддува, имеющие водяную рубашку, двухлепестковое компрессионное манжетное уплотнение, внутри поршня имеется воздушный патрубок с автоматическим воздушным клапаном, с противоположной стороны к блоку крепятся два неподвижных рабочих поршня, имеющих меньший размер, чем поршни наддува, снабженные водяной рубашкой, под фланцами поршней установлены металлические прокладки для регулирования степени сжатия, внутри поршней помещены топливная и водяная насос-форсунки, лучевод лазерного луча, выхлопной клапан с выхлопным патрубком, между поршнями двигаются соосно-спаренные днищами, отлитые заодно цилиндры наддува и рабочие цилиндры с колодцами охлаждения между днищами, сообщающиеся каналами с коленчатым валом, шатуном и пустотелым пальцем, цилиндры наддува и рабочие сообщаются между собой перепускным клапаном, в корпусе которого установлены направляющие лопатки, создающие по касательной к стенкам рабочего цилиндра закрученный вихревой смерч, в который производится прямой впрыск топлива насос-форсункой, спаренные днищами цилиндры насаживаются на один цилиндровый палец и через шатун с разъемными головками соединяются с кривошипом одноколенчатого вала, имеющего кулачки для привода насос-форсунок и выхлопного клапана, причем на выходном конце вала имеется маховик, согласно изобретению, поршни наддува имеют сменную головку, прижимающую двухлепестковое манжетное компрессионное уплотнение, выхлопной патрубок выхлопного клапана имеет водяную рубашку, рабочие цилиндры снабжены рубашкой охлаждения, в охлаждающие колодцы поступает охлаждающая жидкость из пустотелого пальца, далее в рубашку охлаждения рабочего цилиндра, с вытеканием по отверстиям для смазки наружных стенок рабочего поршня пальца, привод выхлопного клапана осуществляется через два параллельных коромысла, соединенных штангой.

На верхней половине каждого поршня сделаны сегментные срезы. Рабочий ход происходит одновременно в двух противоположных цилиндрах.

Применен гидропривод на ведущие механизмы, путем установки гидравлического поршневого насоса двойного действия с прямой передачей возвратно-поступательного движения цилиндров через шток, имеющий разъемное соединение с цилиндровым пальцем.

На фиг. 1 - представлен разрез двигателя, вид сбоку.

На фиг.2 - вид сверху.

Двигатель содержит блок 3 цилиндров, в нижней части которого крепятся своими фланцами неподвижные поршни 4 наддува, имеющие водяную рубашку.

В передней части блока 3 на плиту 13 своими фланцами крепятся неподвижные рабочие поршни 12, имеющие меньший размер, чем поршни 4. У поршней 4 наддува к днищу крепится болтами нажимное кольцо 7, имеющее канавку для компрессионного кольца и сегментный срез 8 на верхней половине кольца 7.

Нажимное кольцо 7 прижимает двухлепестковое манжетное уплотнение 6, сделанное из жаропрочного антифрикционного материала ГРАФЛЕКСА. Верхний лепесток компрессионный, нижний - маслосъемный.

Поршень 4 наддува имеет внутри воздушный патрубок, к концу которого прикрепляется корпус воздушного автоматического клапана 32. Рабочий поршень 12 имеет водяную рубашку с подводящим патрубком 15 и отводящим патрубком 18.

Внутри рабочего поршня 12 имеется выхлопной клапан 11 и выхлопной патрубок 17, окруженный водяной рубашкой, лучевод лазерного луча 16, насос-форсунка 23 для впрыска топлива и насос-форсунка 24 для впрыска воды. На верхней половине днища поршня сделан сегментный срез 8а для получения воздушной подушки горизонтально двигающихся спаренных цилиндров и воспринимая на себе давление кривошипа.

Коленчатый вал 1 имеет один кривошип, маховик 39 и кулачки 26 для привода топливной насос-форсунки 23, кулачки 27 для открытия выхлопного клапана через коромысло 2, штангу 14 и параллельное коромысло 2а, кулачок 28 для привода водяной насос-форсунки и шестерню 29 для привода маслонасоса.

Вращается коленчатый вал на четырех скользящих подшипниках и имеет сверления для подачи под давлением смазочно-охлаждающей жидкости в нижнюю разъемную головку шатуна 30, верхняя головка шатуна разъемная, одевается на середину пустотелого цилиндрового пальца 20, соединяющегося со спаренными цилиндрами с помощью съемных крышек 22 имеющих регулировочные прокладки.

Отлитые совместно цилиндр 5 наддува и рабочий цилиндр 9 имеют между днищами охлаждающие колодцы 25, в которые поступает охлаждающая жидкость из пустотелого пальца и далее идет в рубашку охлаждения 21 рабочего цилиндра с вытеканием по отверстиям для смазки наружных стенок рабочего поршня 12.

Перепускной клапан 10 имеет корпус с направляющими лопатками 40, создающими движение перепускаемого воздуха по касательной к цилиндру по винтовой спирали, образующей смерч, в который производится в верхней мертвой точке (ВМТ) прямой впрыск насос-форсункой топлива, испаряющегося со снижением температуры в цилиндре и полностью сгораемого с оптимальными условиями сгорания, с наибольшим выделением энергии, без потерь в зазорах и малой токсичностью выхлопа.

Открытие и закрытие перепускного клапана 10 производится автоматически при касании стержня клапана в упорный болт 41 поршня 4 наддува.

Степень сжатия при работе на солярке может быть увеличена снятием прокладки 19 из-под фланцев рабочих поршней.

Коэффициент наполнения цилиндров воздухом может быть увеличен, если применить третью ступень дополнительного наддува от газовой турбины приводимой в действие выхлопными газами.

Предусматривается возможность применения гидропривода на ведущие механизмы, если будет установлен гидравлический поршневой насос двойного действия 33 с прямой передачей возвратно-поступательного движения цилиндров через шток 38, имеющий разъемное соединение с цилиндровым пальцем 20.

Поршень 34 гидронасоса состоит из трех частей, между которыми зажимаются компрессионные манжетные лепестки 35 в дополнение к компрессионным кольцам. На нижних половинах головок поршней делаются сегментные срезы 43 для уменьшения износа поршней и цилиндра 33.

Между заплечиками штока и дистанционной втулкой 36 ставится манжетное уплотнение 37 из 2-х манжетных лепестков для дополнительной подачи охлаждающей жидкости в охлаждающие колодцы 25.

Если двигатель будет работать на стационаре, то гидронасос двойного действия может быть использован для перекачивания жидкостей.

Процесс работы двигателя ЛАД-8 может быть выбран в зависимости от назначения и условий работы его.

I. Работа двигателя с прямым впрыском бензина для пассажирского транспорта. При ходе цилиндра наддува к верхней мертвой точке всасывается чистый воздух через открываемый атмосферным давлением автоматический воздушный клапан 32. При следующем ходе цилиндра к нижней мертвой точке воздух сжимается и в конце такта сжатия стержень перепускного клапана 10, упираясь в упорный болт 41 поршня наддува, открывается и сжатый воздух перепускается в рабочий цилиндр 9 через корпус перепускного клапана, установленного с эксцентриситетом, и воздух, направляемый лопатками 40, образует спиральный смерч с упругими стенками, в который производится прямой впрыск в ВМТ насос-форсункой бензина. Бензин испаряется без касания к стенкам цилиндра и смешивается с воздухом циклона с большей энергией, высвобождающейся при взрыве, обеспечивающей большую мощность двигателя с токсичностью выхлопа меньше нормативной.

II. Работа двигателя на дизельном топливе для грузо-пассажирского транспорта и тракторных двигателей. Для увеличения степени сжатия снимаются прокладки 19 из-под фланца рабочего поршня 12, отчего поршень опустится, объем камеры сжатия уменьшится.

Для образования более плотного многозаходного спирального смерча с большей плотностью сжатия, способствующего лучшему испарению и сгоранию солярки, можно увеличить коэффициент наполнения цилиндра наддува, применив дополнительную ступень наддува от турбинки, работающей от избыточного давления выхлопных газов.

III. Работа двигателя на дизельным топливе (солярке) с впрыском воды.

При установившейся работе на дизельном топливе включается насос-форсунка 24 для впрыска воды, мгновенно испаряющейся с поглощением тепла и преобразующейся в перегретый пар, повышающий давление в цилиндре и мощность двигателя.

Испарение топлива и воды поглощает избыток тепла, что дает возможность повысить степень сжатия. Количество дизельного топлива дается уменьшенное, достаточное только для полного превращения воды в перегретый пар.

IV. Работа двигателя по дизель-лазерному-водо-паровому циклу. После прогрева двигателя и установившей работы по циклу дизеля одновременно с включением подачи воды включается подача лазерного луча, превращающего воду в перегретый пар и способствующего полному сгоранию дизельного топлива. Подача дизельного топлива снижается до минимума, достаточного для устойчивой работы по дизель-лазерному-водо-паровому циклу с полным сгоранием топлива и испарением воды, с получением малотоксичного выхлопа.

При работе на стационаре теплоту парообразования можно использовать для обогрева помещений, парников, других целей, а отработанный газ может быть направлен для внекорневой подкормки растений в парниках.

К воде, впрыскиваемой в камеру сжатия, можно рекомендовать смазывающую присадку, полностью сгораемую под действием лазерного луча, чтобы обеспечить нормальную работу водяной насос-форсунки.

Работа двигателя на газе может быть обеспечена с помощью изменения толщины прокладки 19 для регулирования степени сжатия.

Работа карбюраторного двигателя на бензине обеспечивается увеличением толщины прокладок 19, чем снижается степень сжатия.

Изобретение может быть использовано в качестве силовой установки. Двухтактный двигатель имеет горизонтальный блок цилиндров, внутри которого закреплены два неподвижных поршня наддува, имеющие водяную рубашку и двухлепестковое монтажное уплотнение. Внутри поршня имеется воздушный патрубок с автоматическим воздушным клапаном, с противоположной стороны к блоку крепятся два неподвижных рабочих поршня, имеющих меньший размер, чем поршни наддува, снабженные водяной рубашкой. Под фланцами поршней установлены металлические прокладки для регулирования степени сжатия. Внутри поршней помещены топливная и водяная насос-форсунки, лучевод лазерного луча и выхлопной клапан с выхлопным патрубком. Между поршнями двигаются соосно спаренные днищами, отлитые заодно цилиндры наддува и рабочие цилиндры, с колодцами охлаждения между днищами, сообщающиеся каналами с коленчатым валом, шатуном и пустотелым пальцем. Цилиндры наддува и рабочие сообщаются между собой перепускным клапаном, в корпусе которого установлены направляющие лопатки, создающие по касательной к стенкам рабочего цилиндра закрученный вихревой смерч, в который производится прямой впрыск топлива насос-форсункой. Спаренные днищами цилиндры насаживаются на один цилиндровый палец и через шатун с разъемными головками соединяются с кривошипом одноколенчатого вала, имеющего кулачки для привода насос-форсунок и выхлопного клапана. На выходном конце вала имеется маховик. Поршни наддува имеют сменную головку, прижимающую двухлепестковое манжетное компрессионное уплотнение. Выхлопной патрубок выхлопного клапана имеет водяную рубашку, рабочие цилиндры снабжены рубашкой охлаждения. В охлаждающие колодцы поступает охлаждающая жидкость из пустотелого пальца, которая далее поступает в рубашку охлаждения рабочего цилиндра с последующим вытеканием по отверстиям для смазки наружных стенок рабочего поршня пальца. Привод выхлопного клапана осуществляется через два соединенных штангой параллельных коромысла. Технический результат заключается в повышении эффективности работы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двухтактный двигатель, имеющий горизонтальный блок цилиндров, внутри которого закреплены два неподвижных поршня наддува, имеющие водяную рубашку, двухлепестковое компрессионное манжетное уплотнение, внутри поршня имеется воздушный патрубок с автоматическим воздушным клапаном, с противоположной стороны к блоку крепятся два неподвижных рабочих поршня, имеющих меньший размер, чем поршни наддува, снабженные водяной рубашкой, под фланцами поршней установлены металлические прокладки для регулирования степени сжатия, внутри поршней помещены топливная и водяная насос-форсунки, лучевод лазерного луча, выхлопной клапан с выхлопным патрубком, между поршнями двигаются соосно-спаренные днищами, отлитые заодно цилиндры наддува и рабочие цилиндры с колодцами охлаждения между днищами, сообщающиеся каналами с коленчатым валом шатуном и пустотелым пальцем, цилиндры наддува и рабочие сообщаются между собой перепускным клапаном, в корпусе которого установлены направляющие лопатки, создающие по касательной к стенкам рабочего цилиндра закрученный вихревой смерч, в который производится прямой впрыск топлива насос-форсункой, спаренные днищами цилиндры насаживаются на один цилиндровый палец и через шатун с разъемными головками соединяются с кривошипом одноколенчатого вала, имеющего кулачки для привода насос-форсунок и выхлопного клапана, причем на выходном конце вала имеется маховик, отличающийся тем, что поршни наддува имеют сменную головку, прижимающую двухлепестковое манжетное компрессионное уплотнение, выхлопной патрубок выхлопного клапана имеет водяную рубашку, рабочие цилиндры снабжены рубашкой охлаждения, в охлаждающие колодцы поступает охлаждающая жидкость из пустотелого пальца, далее в рубашку охлаждения рабочего цилиндра с вытеканием по отверстиям для смазки наружных стенок рабочего поршня пальца, привод выхлопного клапана осуществляется через два параллельных коромысла, соединенных штангой. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на верхней половине каждого поршня сделаны сегментные срезы. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что рабочий ход происходит одновременно в двух противоположных цилиндрах. 4. Двигатель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что применен гидропривод на ведущие механизмы путем установки гидравлического поршневого насоса двойного действия с прямой передачей возвратно-поступательного движения цилиндров через шток, имеющий разъемное соединение с цилиндровым пальцем.