ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЛАД-10 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 неподвижные поршни наддува с водяной рубашкой, дистанционные втулки, прижимающие двухлепестковое компрессионное манжетное уплотнение, внутри поршня имеется воздушный патрубок с автоматическим воздушным клапаном, с противоположной стороны к блоку крепятся неподвижные рабочие поршни, имеющие меньший размер, чем поршни наддува, снабженные водяной рубашкой, под фланцами поршней установлены металлические прокладки для регулирования степени сжатия, внутри рабочих поршней помещены топливная и водяная насос-форсунки, лучевод лазерного луча, выхлопной клапан с выхлопным патрубком, между поршнями двигаются соосные спаренные днищами, отлитые за одно целое цилиндры наддува и рабочие цилиндры, сообщающиеся между собой автоматическими 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, 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 В 59/00, опубл. 10.10.1998). Известный двигатель имеет недостаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД).

Задача изобретения заключается в повышении КПД и долговечности с сохранением минимальной токсичности выхлопа, в получении прямолинейного с минимальным отклонением возвратно-поступательного движения, со снижением перекоса спаренных цилиндров, с полным взаимным уравновешиванием инерционных сил в мертвых точках.

Поставленная задача решается тем, что двухтактный двигатель имеет горизонтальный блок цилиндров, внутри которого закреплены неподвижные поршни наддува, дистанционные втулки, прижимающие двухлепестковое компрессионное манжетное уплотнение, внутри поршня имеется воздушный патрубок с автоматическим воздушным клапаном, с противоположной стороны к блоку крепятся неподвижные рабочие поршни, имеющие меньший размер, чем поршни наддува, под фланцами поршней установлены металлические прокладки для регулирования степени сжатия, внутри рабочих поршней помещены топливная и водяная насос-форсунки, лучевод лазерного луча, выхлопной клапан с выхлопным патрубком, между поршнями двигаются соосные, спаренные днищами, отлитые за одно целое цилиндры наддува и рабочие цилиндры, сообщающиеся между собой автоматическими 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, 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, 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, распределительный вал имеет на себе маховик, шестерню маслонасоса и кулачки, расположенные под 180^o для привода через коромысла насос-форсунок и выхлопного клапана, причем имеются четыре поршня наддува и четыре рабочих поршня, 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, а цилиндры наддува и рабочие цилиндры сообщены через два перепускных клапана.

Кроме того, на верхней части каждого поршня могут быть сделаны сегментные срезы больше половины окружности днища поршня, подвижные цилиндры могут иметь дополнительные точки опоры на противоположные неподвижные поршни, в верхней части головки рабочих поршней может иметься лучевод для лазерного луча, получаемого при пропуске выхлопного газа через сопло Лаваля, причем на общий распределительный вал вращение может передаваться одновременно на два его конца, а на оба конца распределительного вала поставлены маховики с фрикционными или гидравлическими муфтами сцепления для раздельной передачи на ведущие механизмы.

На фиг. 1 показан разрез двигателя,
на фиг. 2 - вид сбоку,
на фиг.3 - вид А-А фиг.2,
на фиг. 4 - узел В фиг.2
Двигатель содержит плиту 1, блок цилиндров 2. К нему крепятся своими фланцами на шпильках четыре сборных неподвижных поршня наддува 3, имеющие водяную рубашку. Дистанционная втулка 6 с закругленными кромками прижимает двухлепестковое манжетное компрессионное уплотнение 5. Верхний лепесток - компрессионный, нижний - маслосъемный. Лепестки сделаны из жаростойкого, антифрикционного материала ГРАФЛЕКСА. К днищу поршня наддува крепится на шпильках кольцо 53, имеющее сегментный срез 7 более половины окружности поршня.

На кольце 7 имеется канавка для компрессионного кольца, что обеспечивает возможность установить торцовый зазор компрессионного кольца шлифовкой посадочного торца кольца. Компрессионное кольцо установлено со стальной прокладкой, удаление которой уменьшает торцовый зазор и дает возможность увеличить долговечность работы его.

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

В передней части блока своими фланцами на шпильках крепятся четыре неподвижных рабочих сборных поршня 16 с размером меньшим, 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, лучевод лазерного луча 21.

На верхней части днища рабочего поршня крепится на шпильках кольцо 53 с сегментным срезом 14. Компрессионное кольцо прижимает дистанционную втулку 6 к двухлепестковому манжетному уплотнению из ГРАФЛЕКСА.

На фиг.2 показано, что рабочий поршень может быть цельным, только с компрессионными кольцами.

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, соединяющийся с цилиндрами с помощью крышек. 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 телескопические патрубки 42. Шток 41 с разъемной головкой имеет манжетные уплотнения 44 и 45.

Между днищами цилиндров имеются два перепускных клапана 12, направляющая втулка стержня которых соединяется с корпусом 9 лопатками 8. Лопатки создают движение воздуха в рабочий цилиндр по многозаходной винтовой спирали, по касательной к стенкам цилиндра, образуют при высокой степени сжатия двухзаходный винтовой смерч, в который производится прямой впрыск насос-форсункой топлива, испаряющегося с поглощением тепла и полностью сгорающего с оптимальными условиями сгорания с наибольшим выделением энергии и малой токсичностью выхлопа.

Открытие и закрытие перепускных клапанов 12 производится автоматически при касании стержней клапанов упорных болтов 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 по внутренней зубчатой поверхности больших колец 39, закрепленных на стенках блока цилиндров. За счет этого шестерня 36 вращается и передает вращение на выходной вал шестернями 38-37 на обоих концах. Через паразитные шестерни 35-35'' передается вращение на шестерни 34 распределительного вала. Распределительный вал вращается на трех разъемных подшипниках с регулировочными прокладками, имеет на себе шестерню 32 привода маслонасоса, кулачки 29, 58 для привода выхлопных клапанов, кулачки 31, 59 для привода насос-форсунок через коромысла 22. На конце распределительного вала имеется маховик 33.

У двигателя ЛАД-10 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 насоса состоит из трех секций, между которыми зажимаются компрессионные манжетные лепестки, чтобы их не подрезало, острые кромки секций закругляются. На нижних и верхних днищах поршня делаются до половины сегментные срезы.

Процесс работы двигателя ЛАД-10 может быть выбран в зависимости от условий работы его с наиболее выгодным топливом.

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

При ходе цилиндра наддува к верхней мертвой точке (ВМТ) образующимся в нем разрежением всасывается чистый воздух через автоматический воздушный клапан 46, при следующем ходе цилиндра к нижней мертвой точке (НМТ) воздух сжимается, и в конце такта сжатия стержень перепускного клапана 12, упираясь в упорный болт 47, открывается, и сжатый воздух с наддувом перепускается в рабочий цилиндр 11 через корпус перепускных клапанов, установленных с эксцентриситетом. Воздух, направляемый лопатками 8, образует спиральный смерч с упругими стенками, в который производится прямой впрыск в ВМТ насос-форсункой бензина. Бензин испаряется, обеспечивая большую мощность двигателя с токсичностью выхлопа меньше нормативной.

2. 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, 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 избыточного давления выхлопных газов.

3. 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, который повышает давление в цилиндре и мощность двигателя. Испарение топлива и воды поглощает избыток тепла, что дает возможность повысить степень сжатия и уменьшить количество дизельного топлива.

4. Работа двигателя по дизельлазерному-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 дизельлазерному-водопаровому циклу с полным сгоранием топлива и испарением воды с получением малотоксичного выхлопа. Лазерная энергия может быть получена при пропуске отработанного газа через сопло Лаваля или другим способом.

При работе на стационаре скрытую 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 сгорающую под действием лазерного луча, чтобы обеспечить нормальную работу водяной насос-форсунки.

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

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

Изобретение может быть использовано в качестве силовой установки различного назначения. Двухтактный двигатель имеет горизонтальный блок цилиндров, внутри которого закреплены четыре неподвижных поршня наддува и четыре рабочих поршня. Дистанционные втулки прижимают двухлепестковое компрессионное манжетное уплотнение. Внутри поршней наддува имеются воздушные патрубки с автоматическими воздушными клапанами. С противоположной стороны к блоку крепятся четыре неподвижных рабочих поршня, имеющие меньший размер, чем поршни наддува. Под фланцами поршней установлены металлические прокладки для регулирования степени сжатия. Внутри рабочих поршней помещены топливная и водяная насос-форсунки, лучевод лазерного луча, выхлопной клапан с выхлопным патрубком. Между поршнями двигаются соосные, спаренные днищами, отлитые за одно целое цилиндры наддува и рабочие цилиндры. Они сообщаются между собой автоматическими перепускными клапанами, в корпусах которых установлены направляющие лопатки. Две пары отлитых за одно целое, спаренных днищами цилиндров прикрепляются к цилиндровому пальцу, 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. С другой стороны к середине цилиндрового пальца присоединяется разъемная головка штока, передающего возвратно-поступательное движение на трехсекционный поршневой насос двойного действия с манжетным уплотнением. Жидкость высокого давления используется для гидропривода ведущего механизма. На наружных концах цилиндрового пальца смонтирован преобразователь возвратно-поступательного движения горизонтальных цилиндров во вращательное выходного вала с помощью шестерен. Распределительный вал имеет на себе маховик, шестерню маслонасоса и кулачки, расположенные под 180° для привода через коромысла насос-форсунок и выхлопного клапана. 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. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия двигателя и долговечности работы. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Двухтактный двигатель имеет горизонтальный блок цилиндров, внутри которого закреплены неподвижные поршни наддува, дистанционные втулки, прижимающие двухлепестковое компрессионное манжетное уплотнение, внутри поршня имеется воздушный патрубок с автоматическим воздушным клапаном, с противоположной стороны к блоку крепятся неподвижные рабочие поршни, имеющие меньший размер, чем поршни наддува, под фланцами поршней установлены металлические прокладки для регулирования степени сжатия, внутри рабочих поршней помещены топливная и водяная насос-форсунки, лучевод лазерного луча, выхлопной клапан с выхлопным патрубком, между поршнями двигаются соосные, спаренные днищами, отлитые заодно целое цилиндры наддува и рабочие цилиндры, сообщающиеся между собой автоматическими 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 целое, спаренных днищами цилиндров прикрепляются к цилиндровому пальцу, 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, 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, распределительный вал имеет на себе маховик, шестерню маслонасоса и кулачки, расположенные под 180^o для привода через коромысла насос-форсунок и выхлопного клапана, причем имеются четыре поршня наддува и четыре рабочих поршня, 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, цилиндры наддува и рабочие цилиндры сообщены через два перепускных клапана. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на верхней части каждого поршня сделан сегментный срез больше половины окружности днища поршня. 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 в верхней части головки рабочих поршней имеется лучевод для лазерного луча, получаемого при пропуске выхлопного газа через сопло Лаваля. 5. Двигатель по пп.1 - 4, отличающийся тем, что на общий распределительный вал вращение передается одновременно на два его конца. 6. Двигатель по пп.1 - 5, отличающийся тем, что на оба конца распределительного вала поставлены маховики с фрикционными или гидравлическими муфтами сцепления для раздельной передачи на ведущие механизмы.