ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЛАД-9 Российский патент 2001 года по МПК F02B59/00 F02B33/16 

Изобретение может быть использовано в качестве силовой установки различного назначения.

Известен двухтактный двигатель, имеющий горизонтальный блок цилиндров, внутри которого закреплены два неподвижных поршня наддува, имеющие водяную рубашку, дистанционные втулки, прижимающие 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 за одно целое цилиндры наддува и рабочие цилиндры с колодцами охлаждения между днищами, цилиндры наддува и рабочие сообщаются между собой перепускными клапанами, в корпусах которых установлены направляющие лопатки, создающие по касательной к стенкам рабочего цилиндра закрученный вихревой смерч, в который производится прямой впрыск топлива насос-форсункой, две пары отлитых за одно целое спаренных днищами цилиндров прикрепляются к цилиндровому пальцу и через шатун, к середине которого присоединяется разъемная головка штока, имеющего манжетное уплотнение, телескопически входящее в патрубок - цилиндр, соединенный с масляным насосом для подачи охлаждающей жидкости в охлаждающие колодцы между днищами спаренных цилиндров (см. патент Российской Федерации N 2120045, МПК F 02 B 59/00, опубликованный 10.10.1998 г.).

Известный двигатель имеет недостаточно высокий коэффициент полезного действия /КПД/.

Задача изобретения заключается в повышении коэффициента полезного действия двигателя и долговечности работы двигателя при минимальной токсичности отработанного газа.

Поставленная задача решается тем, что двухтактный двигатель, имеющий горизонтальный блок цилиндров, внутри которого закреплены два неподвижных поршня наддува, имеющие водяную рубашку, дистанционные втулки, прижимающие 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 за одно целое цилиндры наддува и рабочие цилиндры с колодцами охлаждения между днищами, цилиндры наддува и рабочие сообщаются между собой перепускными клапанами, в корпусах которых установлены направляющие лопатки, создающие по касательной к стенкам рабочего цилиндра закрученный вихревой смерч, в который производится прямой впрыск топлива насос-форсункой, две пары отлитых за одно целое спаренных днищами цилиндров прикрепляются к цилиндровому пальцу и через шатун, к середине которого присоединяется разъемная головка штока, имеющего манжетное уплотнение, телескопически входящее в патрубок - цилиндр, соединенный с маслонасосом для подачи охлаждающей жидкости в охлаждающие колодцы между днищами спаренных цилиндров, согласно изобретению, с другой стороны к середине цилиндрового пальца присоединяется разъемная головка штока, передающего возвратно-поступательное движение на трехсекционный поршневой насос двойного действия с манжетным уплотнением, с использованием жидкости высокого давления на гидропривод ведущего механизма, на наружных концах цилиндрового пальца смонтирован преобразователь возвратно-поступательного движения горизонтальных цилиндров во вращательное на выходном валу с помощью шестерен, через паразитные шестерни передается вращение распределительно-передаточному валу, имеющему на себе кулачки для привода через коромысла насос-форсунок, выхлопного клапана и шестерни маслонасоса, на конце распределительно-передаточного вала имеется маховик, причем поршни наддува имеют сменные головки, к головке рабочего поршня крепится шпильками кольцо с сегментным срезом, ставится дистанционное кольцо с закругленными фасками, прижимающее компрессионное манжетное уплотнение, цилиндры наддува и рабочие цилиндры имеют водяные рубашки, колодцы охлаждения сообщены через пустотелый палец и телескопическое соединение с маслонасосом, а цилиндры наддува и рабочие цилиндры сообщены через два перепускных клапана.

На половине каждого поршня может быть сделан сегментный срез.

Подвижные цилиндры могут иметь дополнительные точки опоры на противоположные неподвижные поршни.

На поршнях сегментный срез может быть выполнен больше половины днища поршня.

На фиг. 1 показан разрез двигателя /вид сбоку/; фиг. 2 - вид сверху; фиг. 3 - вид А-А фиг. 2; фиг. 4 - узел В фиг. 2.

Двигатель содержит блок цилиндров 2, к которому крепится плита 1, к ней крепятся своими фланцами на шпильках сборные неподвижные поршни наддува 3, имеющие водяную рубашку. Дистанционное кольцо 6 с закругленными кромками прижимает двухлепестковое манжетное компрессионное уплотнение 5, верхний лепесток которого - компрессионный, а нижний - маслосъемный. Они сделаны из жаростойкого, антифрикционного материала ГРАФЛЕКСА. К днищу поршня наддува крепятся на шпильках кольцо 53, имеющее до половины поршня сегментный срез.

На кольце 7 имеется канавка для компрессионного кольца, что обеспечивает возможность установки торцового зазора для компрессионного кольца путем шлифовки посадочного торца кольца 7 и компрессионного кольца для установки стальной прокладки, удаление которой уменьшает торцовый зазор компрессионного кольца и дает возможность увеличить долговечность работы.

Поршень наддува 3 имеет внутри воздушный патрубок, к концу его крепится корпус автоматического воздушного клапана 46 и упорные болты 47.

В передней части блока своими фланцами на шпильках крепятся неподвижные рабочие сборные поршни 16 с меньшим размером, чем поршни наддува, имеющие водяную рубашку с подводящим патрубком 23 и отводящим патрубком 18.

Внутри рабочего поршня имеется выхлопной клапан 15 с выхлопным патрубком 19, имеющим водяную рубашку 20, а также расположен лучевод 21 лазерного луча.

На верхней части днища рабочего поршня крепится на шпильках кольцо 53 с сегментным срезом 14 и канавкой для компрессионного кольца, прижимающего дистанционное кольцо 6 к двухлепестковому манжетному уплотнению, выполненному из ГРАФЛЕКСА.

Возможность регулировки торцового зазора компрессионного кольца снятием специальной прокладки или шлифовкой посадочного торца кольца 7 с сегментным срезом и компрессионного кольца может увеличить долговечность работы.

Внутри рабочих поршней 16 имеются насос-форсунки 27 для прямого впрыска бензина или солярки в камеру сжатия, насос-форсунки 27' впрыска воды и лазерный лучевод 21 для подачи лазерного луча, получаемого от пропуска выхлопных газов через сопло Лаваля.

Отлитые совместно цилиндр наддува и рабочий цилиндр имеют между днищами цилиндровый палец 13, соединенный с цилиндрами с помощью крышек 56. Между днищами цилиндров имеются охлаждающие колодцы, сообщающиеся с охлаждающей рубашкой 50 рабочего цилиндра, в которые поступает смазочно-охлаждающая незамерзающая жидкость под давлением от маслонасоса через телескопически соединяющиеся патрубки 42 и штоки 41 с разъемной головкой и манжетными уплотнениями 44 и 45.

Между днищами цилиндров имеются два перепускных клапана 12. Направляющая втулка стержня клапанов соединяется с корпусом 9 лопатками 8, создающими движение воздуха в рабочий цилиндр по многозаходной винтовой спирали по касательной к стенкам цилиндра. Лопатки образуют при высокой степени сжатия двухзаходный винтовой смерч, в который производится прямой впрыск топлива насос-форсункой. Топливо испаряется с поглощением тепла и полностью сгорает с наибольшим выделением энергии и малой токсичностью.

Открытие и закрытие перепускных клапанов 12 производится автоматически при касании стержней клапанов в упорные болты 47 поршня наддува.

Степень сжатия в рабочем цилиндре может быть увеличена снятием прокладки 17 из-под фланцев рабочих поршней 16.

Возможно применение дополнительного наддува от газовой турбины, приводимой в действие выхлопными газами.

На обоих концах цилиндрового пальца 13 свободно вращаются на шарикоподшипниках диски 40 с укрепленными на краях диска планетарными или цилиндрическими шестернями 36, которые обегают при движении цилиндров внутреннюю зубчатую поверхность больших колец 39, закрепленных на стенках блока цилиндров.

За счет этого шестерня 36 вращается и передает вращение на выходной вал с шестернями 38 и 37 на обоих концах и через паразитные шестерни 35 передают вращение на шестерни 34 распределительно-передаточного вала, вращающегося на трех разъемных подшипниках с регулировочными прокладками, имеющего на себе кулачки 30 для привода выхлопных клапанов, кулачки 29 и 31 для привода насос-форсунок (через коромысла 22), а также шестерни 32 привода маслонасоса. На конце распределительно-передаточного вала имеется маховик 33.

У двигателя ЛАД-9 предусмотрена возможность применения гидропривода на ведущие механизмы, если будет установлен гидравлический поршневой насос двойного действия 56 с прямой передачей возвратно-поступательного движения цилиндров через шток 55, имеющий разъемное соединение с цилиндровым пальцем 13. Поршень гидронасоса состоит из трех секций, между которыми зажимаются компрессионные манжетные лепестки. Чтобы не подрезало лепестки, острые кромки секций закругляются. На нижних и верхних секциях поршня делаются до половины сегментные срезы.

Процесс работы двигателя ЛАД-9 может быть выбран в зависимости от назначения и условий работы его с наиболее выгодным топливом.

I. Работа двигателя с прямым впрыском бензина для пассажирского транспорта.

При ходе цилиндра наддува к верхней мертвой точке за счет образующегося в нем разрежения всасывается чистый воздух через открываемый в нем атмосферным давлением автоматический воздушный клапан 46. При следующем ходе цилиндра к нижней мертвой точке воздух сжимается, и в конце такта сжатия стержень перепускного клапана 12, упираясь в упорный болт 47 поршня наддува, открывается, и сжатый воздух перепускается в рабочий цилиндр 11 через корпус перепускного клапана, установленного с эксцентриситетом. Лопатки 8 образуют спиральный смерч с упругими стенками, в который производится прямой впрыск бензина в ВМТ. Бензин испаряется, не касаясь стенок цилиндра, снижая температуру в нем, и смешивается с воздухом. При взрыве обеспечивается большая мощность двигателя, а токсичностью выхлопа становится меньше нормативной.

II. Работа двигателя на дизельном топливе для грузопассажирского транспорта и тракторных двигателей.

Для увеличения степени сжатия снимаются прокладки 17 из-под фланца рабочего поршня 16, отчего поршень опустится, при этом 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 турбины, работающей от давления выхлопных газов.

III. Работа двигателя на солярке с впрыском воды.

При установившейся работе на дизельном топливе включается насос-форсунка 27 для впрыска воды. Вода мгновенно испаряется с поглощением тепла и преобразуется в перегретый пар, повышающей давление в цилиндре и мощность двигателя. Испарение топлива и воды поглощает избыток тепла, что дает возможность повысить степень сжатия. Количество дизельного топлива уменьшено до количества, достаточного только для полного превращения воды в перегретый пар.

IV. Работа двигателя по дизель-лазерному-водопаровому циклу. После прогрева двигателя и установившейся 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-водопаровому циклу с полным сгоранием топлива и испарением воды с получением малотоксичного выхлопа.

При работе на стационаре скрытую теплоту парообразования можно использовать для обогрева помещений, парников, других целей, а отработанный газ может быть направлен для 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.

V. Работа двигателя на газе может быть обеспечена с помощью изменения толщины прокладки 17 для регулирования степени сжатия.

VI. Работа двигателя как карбюраторного на бензине обеспечивается увеличением толщины прокладок 17, чем снижается степень сжатия.

Двухтактный двигатель имеет горизонтальный блок цилиндров, внутри которого закреплены два неподвижных поршня наддува, имеющие водяную рубашку, дистанционные втулки, прижимающие 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. 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 за одно целое цилиндры наддува и рабочие цилиндры, сообщающиеся между собой перепускными клапанами. Две пары спаренных днищами цилиндров прикрепляются к цилиндровому пальцу. С другой стороны к середине цилиндрового пальца присоединяется разъемная головка штока, передающего возвратно-поступательное движение на трехсекционный поршневой насос двойного действия для использования жидкости высокого давления на гидропривод ведущего механизма. На наружных концах цилиндрового пальца смонтирован преобразователь возвратно-поступательного движения горизонтальных цилиндров во вращательное движение на выходном валу. С помощью шестерен через паразитные шестерни вращения передается распределительно-передаточному валу, имеющему на себе кулачки для привода через коромысла насос-форсунок, выхлопного клапана и шестерни маслонасоса. На конце распределительно-передаточного вала имеется маховик. Поршни наддува имеют сменные головки. К головке рабочего поршня крепится шпильками кольцо с сегментным срезом и ставится дистанционное кольцо с закругленными фасками, прижимающее компрессионное манжетное уплотнение. Цилиндры наддува и рабочие цилиндры имеют водяные рубашки. Колодцы охлаждения сообщены через пустотелый палец и телескопическое соединение с маслонасосом. Цилиндры наддува и рабочие цилиндры сообщены через два перепускных клапана. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия двигателя и долговечности работы. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Двухтактный двигатель, имеющий горизонтальный блок цилиндров, внутри которого закреплены два неподвижных поршня наддува, имеющие водяную рубашку, дистанционные втулки, прижимающие 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, цилиндры наддува и рабочие сообщаются между собой перепускными клапанами, в корпусах которых установлены направляющие лопатки, создающие по касательной к стенкам рабочего цилиндра закрученный вихревой смерч, в который производится прямой впрыск топлива насос-форсункой, две пары отлитых заодно спаренных днищами цилиндров прикрепляются к цилиндровому пальцу и через шатун, к середине которого присоединяется разъемная головка штока, имеющего манжетное уплотнение, телескопически входящее в патрубок-цилиндр, соединенный с маслонасосом для подачи охлаждающей жидкости в охлаждающие колодцы между днищами спаренных цилиндров, отличающийся тем, что с другой стороны к середине цилиндрового пальца присоединяется разъемная головка штока, передающего возвратно-поступательное движение на трехсекционный поршневой насос двойного действия с манжетным уплотнением, с использованием жидкости высокого давления на гидропривод ведущего механизма, на наружных концах цилиндрового пальца смонтирован преобразователь возвратно-поступательного движения горизонтальных цилиндров во вращательное на выходном валу с помощью шестерен, через паразитные шестерни передается вращение распределительно-передаточному валу, имеющему на себе кулачки для привода через коромысла насос-форсунок, выхлопного клапана и шестерни маслонасоса, на конце распределительно-передаточного вала имеется маховик, причем поршни наддува имеют сменные головки, к головке рабочего поршня крепится шпильками кольцо с сегментным срезом, ставится дистанционное кольцо с закругленными фасками, прижимающее компрессионное манжетное уплотнение, цилиндры наддува и рабочие цилиндры имеют водяные рубашки, колодцы охлаждения сообщены через пустотелый палец и телескопическое соединение с маслонасосом, а цилиндры наддува и рабочие цилиндры сообщены через два перепускных клапана. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на половине каждого поршня сделан сегментный срез. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что подвижные цилиндры имеют дополнительные точки опоры на противоположные неподвижные поршни. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на поршнях сегментный срез делается больше половины днища поршня.