ДВУХТАКТНЫЙ ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК F02B23/04 F02B25/14 

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

Известен четырехтактный дизельный двигатель 211Д1, содержащий блок цилиндров с крышкой и поршнями, блок картера с кривошипно-шатунным механизмом, соединенным посредством штоков с поршнями, передаточный механизм привода вспомогательных агрегатов, механизм газораспределения, системы: питания, охлаждения, смазки, воздухонаддува, запуска, механизмы управления. Число цилиндров - 6, мощность 750 л.с. / Маневровые тепловозы, гл. ред. Н.С. Назаров, М., Транспорт, 1977, с. 53-73, рис. 29, 30/.

Недостатками аналога являются: низкий КПД, большой расход топлива, недостаточная мощность, большие тепловые потери, значительное загрязнение окружающей среды выхлопными газами, большой вес.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя.

Известен также двухтактный дизельный двигатель 37Д, содержащий фундаментальную раму, остов двигателя с блоком цилиндров, имеющих продувочные окна, головку блока с выпускными клапанами, картер с кривошипно-шатунным механизмом, который связан с поршнями, установленными в цилиндрах, газораспределительный механизм, ротационную воздуходувку, системы: питания, охлаждения, смазки, запуска, механизмы управления / С.Н. Прасолов, М.Б. Амитин, Устройство подводных лодок, М., Ордена Трудового Красного Знамени военное издательство Министерства обороны СССР, 1973, с. 235-242, рис. 97, 99/.

Известный двухтактный дизельный двигатель 37Д, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатки известного дизельного двигателя, принятого за прототип, те же.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя.

Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик двухтактного дизельного двигателя.

Технический результат обеспечивается тем, что в двухтактном дизельном двигателе, содержащем блок цилиндров, головку блока, коленчатый вал, поршни, вставленные в цилиндры и посредством шатунов соединенные с коленчатым валом, на котором закреплен маховик, насос высокого давления, механически соединенный с коленчатым, валом, нагнетатель воздуха, механически соединенный с коленчатым валом, системы: питания, охлаждения, смазки и запуска, механизмы управления, согласно изобретению каждый цилиндр имеет два продольных внутренних паза, размещенных напротив друг друга на линии диаметра, один из которых имеет впускное окно, а другой - выпускное окно, кроме того, каждый из поршней состоит из двух дисков - верхнего и нижнего, соединенных друг с другом своими торцевыми поверхностями и скрепленных болтами, внутри верхнего и нижнего дисков каждого из поршней выполнена дополнительная камера сгорания в виде полости, образованной горизонтальными и наклонными поверхностями и имеющей на противоположных боковых сторонах поршня впускное и выпускное отверстия, сообщенные с продольными внутренними пазами цилиндра, причем противоположные горизонтальные и наклонные поверхности полости параллельны, равны по размерам и по площади друг другу, основная камера сгорания связана с дополнительной камерой сгорания Г-образным каналом для выравнивания давления воздуха в них в конце такта сжатия, форсунка, закрепленная на блоке цилиндров, соединена каналами с обеими камерами сгорания для одновременной подачи в них топлива, на боковой поверхности нижнего диска поршня выполнены под впускным и выпускным отверстиями дополнительной камеры сгорания два противоположных выступа с Г-образными элементами уплотнения, входящие в продольные внутренние пазы цилиндра, с возможностью вертикального перемещения.

Сущность изобретения поясняется, чертежами, где:

на фигуре 1 изображен общий вид двухтактного дизельного двигателя;

на фигуре 2 - вид на двигатель сзади;

на фигуре 3 - вид на двигатель спереди;

на фигуре 4 - кинематическая схема двигателя;

на фигуре 5 - принципиальная схема двигателя;

на фигуре 6 - поперечный разрез двигателя;

на фигуре 7 - общий вид поршня;

на фигуре 8 - вид на поршень сбоку;

на фигуре 9 - вид на поршень сверху;

на фигуре 10 - вид на нижнюю поверхность верхнего диска;

на фигуре 11 - вид на верхнюю поверхность нижнего диска;

на фигуре 12 - поперечный разрез цилиндра;

на фигуре 13 - соотношение горизонтальных и наклонных поверхностей дополнительной полости;

на фигуре 14 - соотношение боковых поверхностей дополнительной полости;

на фигуре 15 - схема сил, действующих на поверхности дополнительной полости при работе двигателя;

на фигуре 16 - схема сил, действующих на боковые поверхности дополнительной полости при работе двигателя;

на фигуре 17 - общий вид Г-образных уплотнительных элементов выступов поршней;

на фигуре 18 - вид на Г-образный уплотни тельный элемент сверху;

на фигурах 19, 20 - принцип действия двухтактного дизельного двигателя с двумя камерами сгорания.

Четырехцилиндровый двухтактный дизельный двигатель, содержащий блок цилиндров 1 с рубашкой охлаждения 2 и продувочными окнами 3, одно из которых соединено с нагнетателем воздуха 4, а другое с выпускной трубой 5, головку блока 6, форсунки 7. В нижней части блока цилиндров установлен коленчатый вал 8, который посредством шатунов; 9 соединен с поршнями 10, вставленными в цилиндры 11. Снизу блок цилиндров закрыт крышкой 12. Дизельный двигатель содержит также системы: питания с топливным баком 12а, охлаждения, смазки и запуска. На переднем конце коленчатого вала закреплен маховик 13, зубчатый венец которого через шестерню 14 соединен с генератором-стартером 15. Зубчатая шестерня 16, закрепленная на заднем конце коленчатого вала через шестерни 17,18,19, приводит в движение насос высокого давления 20 с рычагом регулирования подачи топлива 21, топливный 22, масляный 23, водяной 24 насосы и нагнетатель воздуха. Каждый цилиндр имеет по два продольных внутренних паза 25, размещенных напротив друг друга на линии диаметра, один из которых имеет впускное окно, а другой - выпускное. Каждый из поршней состоит из двух дисков: верхнего 26 и нижнего 27, соединенных друг с другом своими торцевыми поверхностями и скрепленных болтами 28. Внутри дисков выполнена полость 29, образованная горизонтальными 30 и наклонными 31 поверхностями, имеющая впускное 32 и выпускное 33 отверстия на противоположных боковых стенках, связанные с продольными внутренними пазами цилиндра и продувочными окнами. Противоположные горизонтальные и наклонные поверхности полости равны по размерам и по площади l=l₁, l₂=l₃, l₅=l₆. Полости в дисках поршней являются дополнительными камерами сгорания, которые действуют одновременно с основными камерами сгорания 34. Основные камеры сгорания связаны с дополнительными камерами сгорания Г-образным каналом 35 для выравнивания в них давления воздуха в момент такта сжатия и Λ-образным каналом 36, в котором закреплена форсунка для одновременной подачи топлива в обе камеры сгорания. Поверхность дна 37 полости l₄×l₇ параллельна верхней торцевой поверхности верхнего диска. Силы, действующие на противоположные поверхности полости, равны и взаимно уравновешены F=F₁, F₂=F₃, F₅=F₆. Силы F_д, действующие на дно полости, совпадают с направлением действия сил F_п на верхнюю торцевую поверхность верхнего диска. На боковой поверхности нижнего диска выполнены под впускным и выпускным отверстиями полости два противоположных выступа 38 с Г-образными элементами уплотнения 39, входящие в продольные внутренние пазы цилиндра с возможностью вертикального перемещения, верхняя поверхность которых является горизонтальным уравновешивающим элементом полости.

Работает двухтактный дизельный двигатель следующим образом.

В исходном положении поршень 10 находится в нижней мертвой точке. Воздух от нагнетателя 4 поступает в продувочное окно 3 внутрь цилиндра 11, проходит в основную камеру сгорания 34 и одновременно через впускное отверстие 32 внутрь дополнительной камеры сгорания 29 и далее через продувочное окно 3, выпускное отверстие 33 в выпускную трубу 5, освобождая цилиндр от отработанных газов и заполняя его чистым воздухом (на фиг. 19 показано стрелками). Коленчатый вал 8 поворачивается в направлении, показанном стрелкой, и через шатун 9 передвигает поршень вверх. Выступы 38 перекрывают продувочные окна 3. Воздух в камерах сгорания 34, 29 сжимается и нагревается до высокой температуры. При этом через Г-образный канал 35 воздух перемещается в ту или иную камеру сгорания, вследствие чего давление в них становится одинаковым. Как только поршень 10 займет положение, показанное на фигуре 20, через форсунку 7 насос высокого давления 20 впрыскивает топливе сразу в обе камеры сгорания 34, 29 через Λ-образный канал 36. От высокой температуры топливо воспламеняется и образовавшиеся газы производят давление с силой F_п на торцевую поверхность верхнего диска 26 поршня 10 и с силой Fд на дно 37 полости 29. Все другие силы давления, действующие на горизонтальные и наклонные поверхности полости 29 и выступов нижнего диска, уравновешены и не влияют на перемещение поршня. Под действием давления газов в обеих камерах сгорания поршень перемещается вниз и через шатун 9 вращает коленчатый вал 8. Не доходя до нижней мертвой точки, начинают открываться продувочные окна 3 и к моменту достижения поршнем положения, показанного на фигуре 19, все начинается сначала. Так же происходит и в других цилиндрах. Частота вращения коленчатого вала 8 определяется количеством, подаваемым в цилиндры, топлива рычагом 21 насоса высокого давления 20. Для остановки двигателя подача топлива в цилиндры полностью прекращается. Все остальные системы работают так же, как в обычных двухтактных дизельных двигателях.

Технический результат изобретения заключается в увеличении давления на кривошипы коленчатого вала и повышении мощности двигателя.

Изобретение может быть использовано в дизельных двигателях. Двухтактный дизельный двигатель содержит блок цилиндров, головку (6) блока, коленчатый вал, поршни, вставленные в цилиндры и посредством шатунов (9) соединенные с коленчатым валом, на котором закреплен маховик, насос высокого давления, механически соединенный с коленчатым валом. Двигатель имеет нагнетатель воздуха, механически соединенный с коленчатым валом, системы питания, охлаждения, смазки, запуска и механизмы управления. Каждый цилиндр имеет два продольных внутренних паза (25), размещенных напротив друг друга на линии диаметра, один из которых имеет впускное окно, а другой - выпускное окно. Каждый из поршней состоит из двух дисков (26) и (27) - верхнего и нижнего, соединенных друг с другом своими торцевыми поверхностями и скрепленных болтами (28). Внутри верхнего и нижнего дисков (26) и (27) выполнена дополнительная камера сгорания в виде полости (29), образованной горизонтальными и наклонными поверхностями (30) и (31) и имеющей на противоположных боковых сторонах поршня впускное и выпускное отверстия (32) и (33), сообщенные с продольными внутренними пазами (25) цилиндра. Противоположные горизонтальные и наклонные поверхности (30) и (31) полости (29) параллельны, равны по размерам и по площади друг другу. Основная камера (34) сгорания связана с дополнительной камерой сгорания Г-образным каналом (35) для выравнивания давления воздуха в них в конце такта сжатия. Форсунка (7), закрепленная на блоке цилиндров, соединена каналами (36) с обеими камерами сгорания для одновременной подачи в них топлива. На боковой поверхности нижнего диска (27) поршня выполнены под впускным и выпускным отверстиями дополнительной камеры сгорания два противоположных выступа (38) с Г-образными элементами уплотнения (39), входящие в продольные внутренние пазы (25) цилиндра, с возможностью вертикального перемещения. Технический результат заключается в повышении мощности двигателя. 20 ил.

Двухтактный дизельный двигатель, содержащий блок цилиндров, головку блока, коленчатый вал, поршни, вставленные в цилиндры и посредством шатунов соединенные с коленчатым валом, на котором закреплен маховик, насос высокого давления, механически соединенный с коленчатым валом, нагнетатель воздуха, механически соединенный с коленчатым валом, системы: питания, охлаждения, смазки и запуска, механизмы управления, отличающийся тем, что каждый цилиндр имеет два продольных внутренних паза, размещенных напротив друг друга на линии диаметра, один из которых имеет впускное окно, а другой - выпускное окно, кроме того, каждый из поршней состоит из двух дисков - верхнего и нижнего, соединенных друг с другом своими торцевыми поверхностями и скрепленных болтами, внутри верхнего и нижнего дисков каждого из поршней выполнена дополнительная камера сгорания в виде полости, образованной горизонтальными и наклонными поверхностями и имеющей на противоположных боковых сторонах поршня впускное и выпускное отверстия, сообщенные с продольными внутренними пазами цилиндра, причем противоположные горизонтальные и наклонные поверхности полости параллельны, равны по размерам и по площади друг другу, основная камера сгорания связана с дополнительной камерой сгорания Г-образным каналом для выравнивания давления воздуха в них в конце такта сжатия, форсунка, закрепленная на блоке цилиндров, соединена каналами с обеими камерами сгорания для одновременной подачи в них топлива, на боковой поверхности нижнего диска поршня выполнены под впускным и выпускным отверстиями дополнительной камеры сгорания два противоположных выступа с Г-образными элементами уплотнения, входящие в продольные внутренние пазы цилиндра, с возможностью вертикального перемещения.