Карбюраторный двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1987 года по МПК F02D17/02 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к карбюраторным двигателям.

Цель изобретения - повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов при работе на частичных режимах нагрузки двигателя путем отключения оппозитных пар цилиндров.

На фиг. 1 представлен двигатель, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - система включения и отключения второй пары силовых цилиндров; на фиг. 5 - система включения и отключения третьей пары силовых цилиндров; на фиг. 6 - вид Б на фиг. 2 и схема подачи воздуха и топлива; на фиг. 7 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 8 - радиальная компрессионная пластина с упругими пластинками.

Двигатель содержит корпус 1, силовой вал 2 отбора мошности, коробку 3 передач, ротационный секционный нагнетатель 4 с системой включения второй и третьей секции, карбюратор 5, систему включения второй пары силовых цилиндров с педалью 6 регулирования количества топлива, систему включения третьей пары силовых цилиндров с трехходовым краном 7, объемный насос 8 для подачи гидравлической жидкости из сборного бака 9 в нагнетательный бак 10 и распределитель 11 зажигания.

Корпус 1 содержит оппозитные силовые пары цилиндров 12, имеющие камеры 13 сгорания, картер 14 с крышкой 15.

В картере и крышке выполнены отверстия 16 для прохода вала 2 и отверстия 17 для подачи и отвода смазывающе-охлаждаю- щей жидкости.

В цилиндрах 12 устанавливаются рабочие поршни 18, к которым посредством пальцев 19 крепятся штоки 20 с роликами 21.

Камера 13 сгорания имеет впускной клапан 22 и выпускной клапан 23 со штоками 24, пружинами 25 и коромыслами 26.

Штанги клапанов выполнены из двух частей в виде плунжеров 27 и 28. Плунжер 27 взаимодействует с коромыслом 26, а плунжер 28 - с кулачками 29 и 30 профилированных распределительных дисков 31.

Плунжеры 27 и 28 устанавливаются в направляющей втулке 32 с таким расчетом, чтобы между их торцами образовалась герметичная камера 33, содержащая патрубок 34 подачи-слива.

Силовой вал 2 имеет силовые профилированные кулачки 35-37, причем центрально расположенный кулачок 35 повернут относительно двух других кулачков 36 и 37 на 180°. С двух боков указанных кулачков на силовом валу закреплены распределительные диски 31, имеющие по два параллельно расположенных кулачка 29 и 30, выполненных по одному профилю, но смещенных

друг относительно друга на 180°. На силовом валу 2 с одной стороны закреплены ротационный секционный нагнетатель 4 и распределитель 11 зажигания, а с другой сто- РОНЫ через зубчатую передачу 38 подключен ведомый вал 39 с коробкой 3 передач.

Ротационный секционный нагнетатель 4 имеет корпус 40, внутренняя поверхность которого выполнена в виде цилиндра. Внутри цилиндра строго по оси проходит силовой вал 2, на котором эксцентрично закреплен ротор 41, выполненный в виде полого цилиндра.

Ротор 41 поперечными перегородками 42 с диаметром, позволяющим свободно им вращаться в корпусе, делится на секции. Количество секций принимается равным количеству пар силовых цилиндров.

Для создания герметичных камер каждая секция нагнетателя имеет компрессионную пластину 43, установленную в пазу 44 корпуса, и радиальную компрессионную пластину 45, установленную в пазу 46 ротора.

Компрессионная пластина 43 содержит шток 47 с выточкой 48 для утапливания защелки 49, уплотнительную подпружиненную пластинку 50, прижимное устройство 51 и пружину 52. Прижи.мное устройство имеет упругую диафрагму 53 со штоком 54. Камера 55 трубопроводо.м сообщается с нагнетательным баком 10 и сборным баком 9.

Радиальная компрессионная пластина 45 имеет с двух сторон упругие пластинки 56.

Карбюратор 5 состоит из двух камер: поплавковой камеры 57 и распределительной камеры 58. В поплавковой камере установлен поплавок (не показан), поддерживающий заданный уровень бензина. В распределительной камере 58 ниже уровня бензина выполнены отверстия 59, сообщающиеся посредством трубопроводов со смесителями 60. Количество отверстий принято равным количеству пар силовых цилиндров. В указанные отверстии введены регулировочные иглы 61 с тягами 62, кине.мати- чески связанные с педалью 6, имеющей пружину 63.

Система включения и отключения второй пары силовых цилиндров содержит впускной 22 и выпускной 23 клапаны, управляемые посредством кулачков 29 и 30 распределительных дисков 31, плунжеры 27 и 28 с герметичны.ми камерами 33, педаль 6 регулирования количества топлива, пере- пускные клапаны 64 и 65, нагнетательный бак 10 и сборный бак 9. В корпусе 66 перепускного клапана 64 выполнены отверстия 67 и 68 для прохода гидравлической жидкости. Внутри корпуса установлен золотник 69 с отверстиями 70 и 71. Золотник 69 посред- ством штока 72 связан с педалью 6.

Перепускной клапан 65 имеет золотник 73 с отверстием 74 и щток 75. В корпусе 76 клапана выполнено отверстие 77.

Управляется золотник 73 упругой диафрагмой 78, установленной в корпусе 79. Камера 80, образуемая корпусом 79 и упругой диафрагмой 78, сообщается трубопроводами с нагнетательным баком 10 и баком 9.

Для предотвращения обратного тока жидкости на напорном трубопроводе устанавливаются обратные клапаны 81.

Плунжеры 27 и 28 имеют уплотнения 82.

Двигатель работает следующим образом.

При включении стартера силовой вал 2 начинает вращаться.

Вместе с силовым валом вращаются силовые кулачки 35-37, распределительные диски 31 с кулачками 29 и 30 и ротор 41 ротационного компрессора.

Силовые кулачки 35-37 воздействуют на щтоки 20 рабочих норшней 18 первой пары силовых цилиндров и последовательно осуществляют четырехтактный цикл - заполнение цилиндра 12 сжатой в первой секции нагнетателя 4 рабочей смесью (участок I -11 кулачка, фиг. 1), сжатие ее до заданного давления (участок II-III), воспламенение и сжигание рабочей смеси при постоянном объеме камеры 13 сгорания (участок III - IV), расщирение продуктов сгорания топлива - рабочий ход (участок IV--V) и выпуск отработавщих газов (участок V-I).

Вторая и третья пары силовых цилиндров, а также вторая и третья секции ротационного нагнетателя 4 в режиме холостого хода и малых нагрузок не работают.

Это достигается следующим образом.

Педаль 6 в указанных режимах работы под воздействием пружины 63 находится в крайнем верхнем положении .(точка VI), при котором золотник 69 перепускного клапана 64 сообщает посредством отверстий 68 и 71 герметичные камеры 33 и камеру 55 црижи.много устройства 51 с баком 9. За счет разности давления в баке 9 и картере 14 плунжеры 28 утапливаются в направляющих втулках 32 и выходят из соприкосновения с кулачками 29 и 30, а защелка 40 прижимного устройства 51, второй секции ротационного нагнетателя 4 утапливается в выточке 48 и выводит компрессионную пластину 43 из контакта с поверхностью ротора 41.

Трехходовой кран 7 системы включения и выключения третьей пары силовых цилиндров находится в положении, при котором герметичные камеры 33 третьей пары силовых цилиндров сообщаются с баком 9. Плунжеры 28 в этом случае утапливаются в направляющих втулках 32 и выходят из соприкосновения с кулачками 29 и 30, а защелка 49 прижимного устройства 51 третьей секции ротационного нагнетателя 4 утапливается в выточке 48 и выводит компрессионную пластину 43 из контакта с поверхностью ротора 41.

Золотник 73 перепускного клапана 65 второй и третьей пары силовых цилиндров 5 находится в положении, при котором он перекрывает отверстие 77 корпуса 76, а следовательно, и подачу топлива из распределительной камеры 58 в смесители 60, второй и третьей пары силовых цилиндров. ... Увеличение мощности двигателя осуществляется нажатием на педаль 6. Педаль за счет свободного хода, не воздействуя на щток 72, перемещается вниз, при этом регулировочная игла 61 выходит из отверстия 59 и увеличивает подачу топлива в смеси- 5 тель 60 с таким расчетом, чтобы коэффициент избытка воздуха не был ниже 1,15 (на холостом ходу коэффициент избытка воздуха не должен превыщать 1,35).

В этом диапазоне коэффициента избытка воздуха происходит полное сгорание топлива с минимальным количеством токсичных веществ.

Ход педали имеет два участка (фиг. 4): первый участок (VI-VII) - увеличение подачи топлива, при котором коэффициент 5 избытка воздуха снижается с 1,35 до 1,15. На этом участке педаль 6 перемещается от точки VI к точке VII, не воздействуя при этом на щток 72; второй участок (VII - VIII) - включение второй пары силовых цилиндров. На этом участке педаль 6 пере- мещается от точки VII к точке VIII и посредством щтока 72 воздействует на золотник 69 перепускного клапана 64.

Следует отметить, что при необходимости резкого увеличения мощности педаль 6 вы- жимают до отказа, мощность при этом возрастает в 2 раза (за счет включения второй пары силовых цилиндров). Однако, если эта мощность больще требуемой, педаль 6-плав- но отпускают.

0 В случае плавного наращивания мощности педаль 6 выжимают до отказа и сразу же ее отпускают до упора в щток 72, а затем плавно выжимают педаль, увеличивая мощность двигателя.

Одновременно с выжиманием педали 6 до отказа осуществляются следующие процессы: золотник 69, перемещаясь вниз, перекрьь вает отверстие 68 клапана 64 и открывает отверстие 67, сообщая при этом герметичные камеры 33 второй пары силовых ци0 линдров, камеру 55 прижимного устройства 51 второй секции ротационного нагнетателя 4 и камеру 80 перепускного клапана 65 второй секции распределительной камеры 58, карбюратора 5 с нагнетательным баком 10; гидравлическая жидкость посту5 пает в герметичные камеры 33 и, воздействуя на плунжеры 28, прижимают их к распределительным дискам 31, а так как усилие, действующее на плунжеры 27, в камерах 33

меньше чем усилие пружин 25, то плунжеры 27 находятся в неподвижном состоянии; вращаясь вместе с валом 2, распределительные диски 31 кулачками 30 нажимают на плунжеры 28, давление жидкости в герметичных камерах 33 воз растает, обратный клапан 81 автоматически закрывается. Усилие, создаваемое плунжером 28 через гидравлическую жидкость, передается на 1лун- жер 27. Плунжер 27 перемещается и открывает впускной клапан 22; гидравлическая жидкость заполняет камеру 55 прижимного устройства 51 и, отжимая диафрагму 53, выводит защелку 49 из выточки 48. Компрессионная пластина 43 под действием пружины 52 прижимается к поверхности ротора 41, образуя герметичные камеры, в которых осуществляется сжатие воздуха и подача его в смеситель 60; камера 80 перепускного клапана 65 заполняется гидравлической жидкостью, упругая диафрагма отжимается и посредством штока 75 перемещает золотник 73 в положение, при котором отверстие 74 золотника 73, совмещаясь с отверстием 77 корпуса 76, сообщает распределительную камеру 58 карбюратора 5 со. смесителем 60. В смеситель поступает топливо; в силовые цилиндры 12 второй пары поступает рабочая смесь из нагнетателя 4 и, отжимая порщень 18 на участке I-И кулачков 35-37, заполняет цилиндр 12. После заполнения цилиндра 12 рабочей смесью впускной клапан 22 закрывается.

Продолжая вращаться, вал 2 участком И-III кулачков 35, 36 и 37 перемещает порщень 18 из нижней мертвой точки (н.м.т. - всасывания) в верхнюю мертвую точку (в. М.Т.), осуществляя этим сжатие рабочей смеси. В камеру 13 сгорания подается искра. Рабочая смесь воспламеняется и сгорает, причем сгорание ее происходит при постоянном объеме камеры сгорания. Это достигается тем, что участок III - IV кулачка, равного дуге в 20-40° имеет постоянную высоту.

Когда к роликам 21 подойдут участки IV-V начнется расширение продуктов сгорания топлива - рабочий ход. Поршень 18 при этом перемещается из в. м.т. и н.м.т. и вращает силовой вал 2.

Продолжая вращаться, силовой вал 2 участком IV-I кулачков перемещает порщень 18 из н.м.т. (такт выпуска) в в. м.т., выталкивая из цилиндра отработавшие газы. В начале такта выпуска кулачок 29 распределительного диска 31, нажимая на плунжер 28, открывает плунжером 27 выпускной клапан 23.

При подходе порщня 18 в в. м.т. выпускной клапан 23 закрывается.

Включение третьей пары силовых цилиндров 12 осуществляется поворотом трехходового крана 7 в положение, при котором гидравлическая жидкость поступает в гер

метичные камеры 33 третьей пары силовых цилиндров, в камеру 55 прижимного устройства 51 третьей секции ротационного нагнетателя 4 и в камеру 80 перепускного клапана 65 третьей секции распределительной камеры 58 карбюратора 5.

Вся дальнейшая работа двигателя после поворота трехходового крана 7 осуществляется по аналогии с включением второй пары силовых цилиндров.

Снижение мощности осуществляется последовательным отключением третьей, а за- те.м второй пары силовых цилиндров и снятием усилия с педали 6.

Для отключения третьей пары силовых

цилиндров трехходовой кран 7 поворачивают в положение, при которо.м он сообщает герметичные камеры 33 третьей пары силовых цилиндров, камеру 55 прижимного устройства 51 третьей секции ротационного нагнетателя 4 и камеру 80 перепускного клапана 65 третьей секции карбюратора 5 со сборным баком 9.

Одновременно с этим осуществляются следующие операции: гидравлическая жидкость из герметичных камер 33 третьей пары силовых цилиндров отсасывается в бак 9. П.дунжеры 28 за счет разности атмосферного давления и давления в баке 9 втягиваются в герметичные камеры 33 и выходят из контакта с кулачками 29 и 30; гидравлическая жидкость из камеры 55 прижимного

устройства 51 третьей секции ротационного нагнетателя 4 сливается в бак 9. Упругая диафрагма 53 посредством щтока 54 вводит защелку 49 в выточку 48 и выводит компрессионную пластину 43 из контакта с поверхностью ротора 41. Это исключает образование герметичных камер, а следовательно, сжатие воздуха; гидравлическая жидкость сливается из камеры 80 перепускного клапана 65 третьей секции карбюратора 5. В этом случае упругая диафрагма 78 посредством штока 75 пере.мецдает золотник 73 в положение, при котором отверстие 77 перекрывается, прекращая тем самым подачу топлива в смеситель 60.

В случае необходимости дальнейшего снижения мощности двигателя отключается вторая пара силовых цилиндров.

Это достигается тем, что педаль 6 полностью отпускают. Пружина 63 при этом возвращается в исходное положение, при котором щток 72 перемещает золотник 69 в

положение, при котором он открывает отверстие 68 клапана 64 и сообщает герметичные камеры 33 второй пары силовых цилиндров, камеру 55 прижимного устройства 51 второй секции ротационного нагнетателя 4 и камеру 80 перепускного клапана 65

второй секции карбюратора 5 со сборным баком 9.

Вся дальнейщая работа двигателя после отпуска педали 6 осуществляется по ана

логии с выключением третьей пары силовых цилиндров.

Изобретение позволяет повысить КПД и снизить расход топлива при работе многоцилиндрового двигателя на частичных нагрузках, а также снизить токсичность отработавших газов, причем отключение цилиндров не влияет на уравновешенность двигателя.

Фиг. 2

33

А-А

62

61

Риг.4Фиг. 5

11

58 59

52

Фаг.

Составитель М. Крылов

Редактор Г. ВолковаТехрел И. ВересКорректор И. Эрдейи

Заказ 7168/26Тираж 504Подписное

ВИИИГ1И Государствс нного комитета СХ .С.Р ио делам изобретений н открытий

1 13035, Москва, Ж- 35, Раушская наб,, д. 4/5 Про11зводствемно-ио,пиграф||чеекое преднриятие, г, Ужгород, у,ч. Проектная, 4