ЧЕТЫРЁХТАКТНЫЙ ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2014 года по МПК F02B75/24 F02B27/04 

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение при конструировании дизельных двигателей.

Известен двухтактный дизельный двигатель, содержащий цилиндр с выпускными и продувочными окнами, расположенными в нижней части цилиндра, верхнюю крышку с форсункой, привернутую к цилиндру, рубашку охлаждения цилиндра и верхней крышки, воздушный нагнетатель с рессивером, выпускной коллектор, кривошипно-шатунный механизм с маховиком и поршнем, вставленным внутрь цилиндра, картер, топливный насос высокого давления, вал которого кинематически связан с коленчатым валом, а выпускной штуцер гидравлически соединен с форсункой, системы: питания, охлаждения, смазки, запуска и управления двигателем. /С.Н. Прасолов, М.Б. Амитин. Устройство подводных лодок, М.: Воениздат, 1973, с. 234-236, рис. 97/.

Недостатками аналога являются: низкий КПД, большой расход топлива, неравномерность вращения коленчатого вала и крутящего момента на нем, вибрация при работе и большие тепловые потери.

Указанные недостатки обусловлены малым полезным ходом поршня из-за наличия выпускных и продувочных окон, неполным сгоранием топлива, наличием кривошипно-шатунного механизма.

Известен также четырехтактный дизельный двигатель, содержащий цилиндры, верхнюю цилиндровую крышку, прикрепленную к цилиндрам, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, механизм привода вспомогательных агрегатов, механизм управления двигателем, системы: смазки, питания, охлаждения и запуска, цилиндр содержит внутри перегородку, имеющую центральное отверстие с элементами уплотнения, делящую внутренний объем цилиндра на две равные полости и закрыт снизу нижней крышкой, имеющей центральное отверстие с элементами уплотнения, внутрь обеих полостей цилиндра вставлены поршни с элементами уплотнения, по одному на каждую полость, соединенные между собой штоком, пропущенным в центральные отверстия перегородки и нижней крышки, нижний конец штока соединен с шатуном, шатун связан с кривошипом коленчатого вала, перегородка и поршни с нижней крышкой образуют в цилиндре четыре рабочих камеры, каждая из которых имеет впускное устройство и выпускное устройство. /Патент Франции FR 2252025 А5, опубликован 13.06,1975/.

Известный дизельный двигатель по патенту 2252025, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатком дизельного двигателя, принятого за прототип, является сложность газораспределительного механизма, не обеспечивающего высокие технические характеристики.

Указанный недостаток обусловлен конструкцией двигателя.

Задачей настоящего изобретения является повышение технических и эксплуатационных характеристик дизельного двигателя.

Технический результат обеспечивается тем, что в дизельном двигателе, содержащем цилиндры, верхнюю цилиндровую крышку, прикрепленную к цилиндрам, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, механизм привода вспомогательных агрегатов, механизм управления двигателем, системы: смазки, питания, охлаждения и запуска, цилиндр содержит внутри перегородку, имеющую центральное отверстие с элементами уплотнения, делящую внутренний объем цилиндра на две равные полости и закрыт снизу нижней крышкой, имеющей центральное отверстие с элементами уплотнения, внутрь обеих полостей цилиндра вставлены поршни с элементами уплотнения, по одному на каждую полость, соединенные между собой штоком, пропущенным в центральные отверстия перегородки и нижней крышки, нижний конец штока соединен с шатуном, шатун связан с кривошипом коленчатого вала, перегородка и поршни с нижней крышкой образуют в цилиндре четыре рабочих камеры, каждая из которых имеет впускное устройство и выпускное устройство, согласно изобретению газораспределительный механизм содержит горизонтальные впускной и выпускной валы с шестернями, каждый из которых посредством цепных передач соединен с шестернями коленчатого вала, вертикальные впускные и выпускные валы, имеющие кулачки для привода впускных и выпускных клапанов, причем впускной горизонтальный вал посредством шестерен соединен с впускными вертикальными валами, а выпускной горизонтальный вал посредством шестерен соединен с выпускными вертикальными валами.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен общий вид дизельного двигателя;

на фиг. 2 - вид на двигатель спереди;

на фиг. 3 - вид на двигатель сзади;

на фиг. 4 - кинематическая схема двигателя;

на фиг. 5 - устройство выпускного блока;

на фиг. 6 - кинематическая схема газораспределительного механизма;

на фиг. 7 - устройство впускного блока;

на фиг. 8 - схема устройства дизельного двигателя;

на фиг. 9 - схема системы питания двигателя;

на фиг. 10, 11, 12, 13 - схема принципа действия четырехтактного дизельного двигателя.

Четырехцилиндровый четырехтактный дизельный двигатель содержит блок цилиндров 1, верхнюю цилиндровую крышку 2, привернутую болтами к блоку цилиндров. Каждый из цилиндров 3 содержит внутри перегородку 4, имеющую центральное отверстие с элементами уплотнения 5, которая делит внутренний объем цилиндра на две равные полости. Снизу каждый цилиндр закрыт нижней крышкой 6, имеющей центральное отверстие с элементами уплотнения 7, закрепленной кольцом 8, привернутым болтами к блоку цилиндров. Внутрь обеих полостей цилиндра вставлены поршни 9 с элементами уплотнения 10, по одному на каждую полость, соединенные между собой штоком 11, пропущенным в центральные отверстия перегородки и нижней крышки. Нижний конец штока шарнирно соединен с шатуном 12, который связан с кривошипом коленчатого вала 13, размещенного в картере 14 и имеющего маховик 15. Снизу картер закрыт крышкой 16. Перегородка и поршни с нижней крышкой образуют в цилиндре четыре рабочих камеры 17, 18, 19, 20, каждая из которых имеет впускное отверстие 21, соединенное с впускным блоком 22, имеющим впускной клапан 23 и форсунку 24 и выпускное отверстие 25, соединенное с выпускным блоком 26, имеющим выпускной клапан 27. Посредством трубопроводов впускные блоки пневматически соединены с воздушным фильтром 28 нагнетателя воздуха 29, приводимого в движение электродвигателем 30, питаемым от генератора-стартера 31, шестерня 32 которого входит в постоянное зацепление с зубчатым венцом маховика. Посредством трубопроводов выпускные блоки связаны с вытяжным вентилятором 33, приводимым в движение электродвигателем, питаемым от генератора-стартера и через выпускную трубу 34 соединены с атмосферой. Газораспределительный механизм содержит горизонтальные впускной 35 и выпускной 36 валы, установленные в подшипниках блока цилиндров и имеющие зубчатые шестерни 37, 38, которые посредством цепных передач 39 соединены с шестернями 40 коленчатого вала. Впускной горизонтальный вал посредством шестерен 41 соединен с вертикальными впускными валами 42, имеющими кулачки 43, взаимодействующие с впускными клапанами впускных блоков. Выпускной горизонтальный вал посредством шестерен соединен с вертикальными выпускными валами 44, имеющими кулачки, взаимодействующие с выпускными клапанами выпускных блоков. Система питания дизельного двигателя содержит топливный бак 45, который посредством трубопроводов соединен с топливным насосом 46, связанным посредством шестерен 47, 48 с коленчатым валом. Система питания содержит также насос высокого давления 49, соединенный механически через шестерни 50, 51 с коленчатым валом, а гидравлически с форсунками впускных блоков. Насос высокого давления имеет рычаг регулирования подачи топлива 52. Системы охлаждения и смазки имеют водяной 53 и масляный 54 насосы, механически соединенные с коленчатым валом. Дизельный двигатель включает в себя все другие узлы присущие четырехтактным дизельным двигателям.

Работа четырехтактного четырехцилиндрового дизельного двигателя.

После проверки исправности всех систем дизельный двигатель запускается. Для запуска необходимо генератор-стартер 31 подключить к аккумуляторным батареям, не показанным на чертежах. Вал генератора-стартера 31 станет вращаться и через шестерню 32 вращать маховик 15, а вместе с ним и коленчатый вал 13. Рычагом 52 устанавливается необходимая подача топлива, дизельный двигатель запускается и работает следующим образом. В исходном положении (фиг. 10) верхний и нижний поршни 9 находятся в верхней мертвой точке (ВМТ). В рабочей камере 17 воздух сжат и нагрет до высокой температуры, впускной 23 и выпускной 27 клапаны закрыты и через форсунку 24 в нее насосом высокого давления 49 впрыскивается топливо (на фиг. 10) показано стрелкой. Топливо от высокой температуры в рабочей камере 17 воспламеняется и образовавшиеся газы давят на верхнюю поверхность верхнего поршня 9, который движется вниз, совершая рабочий ход, а через шток 11 заставляет двигаться вниз и нижний поршень 9, причем шатун 12 поворачивает коленчатый вал 13 в направлении, показанном стрелкой. Одновременно с этим в рабочей камере 18 происходит сжатие воздуха и оба клапана закрыты. В рабочей камере 19 открыт впускной клапан 23 и происходит подача нагнетателем воздуха 29 новой порции свежего воздуха. В рабочей камере 20 открыт выпускной клапан 27 и отработанные газы удаляются вытяжным вентилятором 33 через выпускную трубу 34 в атмосферу. Достигнув нижней мертвой точки (НМТ), верхний и нижний поршни 9 занимают положение, показанное на фигуре 11. Далее в рабочую камеру 18, где воздух сжат и нагрет, насосом высокого давления 49 через форсунку 24 впрыскивается топливо (доказано стрелкой), которое воспламеняется и образующиеся газы производят давление на нижнюю поверхность верхнего поршня 9. Одновременно с этим в рабочей камере 17 открыт выпускной клапан 27 и вытяжной вентилятор 33 удаляет отработанные газы в атмосферу. В камере 19 оба клапана закрыты и происходит сжатие воздуха. В рабочей камере 20 открыт впускной клапан 23 и нагнетатель воздуха 29 засасывает воздух из атмосферы через воздушный фильтр 28 и подает его в нее. Шток 11 и шатун 12 поворачивают коленчатый вал 13 еще на 180 градусов в положение, показанное на фиг. 12. Топливо насосом высокого давления 49 через форсунку 24 подается в рабочую камеру 19. От высокой температуры топливо воспламеняется и образовавшиеся газы производят давление на верхнюю поверхность нижнего поршня 9, совершая рабочий ход. Шток 11 и шатун 12 поворачивают коленчатый вал 13 еще на 180 градусов. Достигнув нижней мертвой точки (НМТ), поршни занимают положение, показанное на фиг. 13. При этом в рабочей камере 17 был открыт впускной клапан 23 и происходил впуск чистого воздуха, в рабочей камере 18 был открыт выпускной клапан 27 и происходил выпуск отработанных газов, а в рабочей камере 20 оба клапана были закрыты и происходило сжатие воздуха. Как только поршни достигли нижней мертвой точки (НМТ), произошла подача топлива насосом высокого давления 49 в рабочую камеру 20, где оно от высокой температуры воспламенилось. Образовавшиеся газы производят давление на нижнюю поверхность нижнего поршня 9, заставляя его перемещаться к верхней мертвой точке (ВМТ) и через шток 11 передвигать в этом же направлении верхний поршень 9. При этом в рабочей камере 17 происходит сжатие воздуха, впускной 23 и выпускной 27 клапаны закрыты, в рабочей камере 18 открыт впускной клапан 23 и нагнетатель воздуха 29 подает в нее чистый воздух, в рабочей камере 19 открыт выпускной клапан 27 и вытяжной вентилятор 33 удаляет отработанные газы в атмосферу. После возвращения поршней 9 в исходное состояние все начинается сначала. Также работают и остальные цилиндры.

Из таблицы 1 видно, что за один ход поршней совершается полный цикл четырехтактного дизельного двигателя при повороте коленчатого вала на 180 градусов.

Изобретение позволяет упростить конструкцию газораспределительного механизма, улучшить наполнение цилиндров чистым воздухом и снизить дымность выхлопных газов.

Изобретение может быть использовано в дизельных двигателях. Четырехтактный дизельный двигатель содержит цилиндры (1), верхнюю цилиндровую крышку (2), прикрепленную к цилиндрам (1), кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, механизм привода вспомогательных агрегатов, механизм управления двигателем, системы смазки, питания, охлаждения и запуска. Цилиндр (1) содержит внутри перегородку (4), имеющую центральное отверстие с элементами уплотнения (5), делящую внутренний объем цилиндра (1) на две равные полости и закрыт снизу нижней крышкой (6), имеющей центральное отверстие с элементами уплотнения (7). Внутрь обеих полостей цилиндра (1) вставлены поршни (9) с элементами уплотнения (10), по одному на каждую полость, соединенные между собой штоком (11), пропущенным в центральные отверстия перегородки (4) и нижней крышки (6). Нижний конец штока (11) соединен с шатуном (12). Шатун (12) связан с кривошипом коленчатого вала (13). Перегородка (4) и поршни (9) с нижней крышкой (6) образуют в цилиндре (1) четыре рабочих камеры, каждая из которых имеет впускное устройство и выпускное устройство. Газораспределительный механизм содержит горизонтальные впускной и выпускной валы с шестернями, каждый из которых посредством цепных передач соединен с шестернями коленчатого вала (13). Вертикальные впускные и выпускные валы (42) и (44) имеют кулачки для привода впускных и выпускных клапанов. Впускной горизонтальный вал посредством шестерен соединен с впускными вертикальными валами (42). Выпускной горизонтальный вал посредством шестерен соединен с выпускными вертикальными валами (44). Технический результат заключается в упрощении газораспределительного механизма. 13 ил., 1 табл.

Четырехтактный дизельный двигатель, содержащий цилиндры, верхнюю цилиндровую крышку, прикрепленную к цилиндрам, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, механизм привода вспомогательных агрегатов, механизм управления двигателем, системы: смазки, питания, охлаждения и запуска, цилиндр содержит внутри перегородку, имеющую центральное отверстие с элементами уплотнения, делящую внутренний объем цилиндра на две равные полости и закрыт снизу нижней крышкой, имеющей центральное отверстие с элементами уплотнения, внутрь обеих полостей цилиндра вставлены поршни с элементами уплотнения, по одному на каждую полость, соединенные между собой штоком, пропущенным в центральные отверстия перегородки и нижней крышки, нижний конец штока соединен с шатуном, шатун связан с кривошипом коленчатого вала, перегородка и поршни с нижней крышкой образуют в цилиндре четыре рабочих камеры, каждая из которых имеет впускное устройство и выпускное устройство, отличающийся тем, что газораспределительный механизм содержит горизонтальные впускной и выпускной валы с шестернями, каждый из которых посредством цепных передач соединен с шестернями коленчатого вала, вертикальные впускные и выпускные валы, имеющие кулачки для привода впускных и выпускных клапанов, причем впускной горизонтальный вал посредством шестерен соединен с впускными вертикальными валами, а выпускной горизонтальный вал посредством шестерен соединен с выпускными вертикальными валами.