ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО ГОРЕНИЯ Советский патент 1930 года по МПК F02B33/14 

В предлагаемом двигателе внутреннего горения рабочие цилиндры снабжены дифференциальными поршнями, являющимися одновременно и поршнями продувочных насосов, оборудованных вращающимися впускными золотниками; для регулирования выпуска продуктов сгорания применено приспособление, состоящее из муфты, которая насажена на оси выпускного золотника и при своем перемещении вдоль этой оси под действием регулятора или вручную воздействует на выпускной золотник, изменяя объем и давление в рабочем цилиндре при начале сжатия в обратном отношении к скорости хода поршня. Подающий горячую жидкость насос имеет два последовательно работающих плунжера, приводимых в движение от эксцентрика и кулачка, в пазы которого входят косые выступы продольно перемещаемой тяги механизма, регулирующего количество подаваемой горючей жидкости, время подачи каковой также может изменяться посредством другого регулирующего механизма, состоящего из заклиненной на валу насоса муфты с входящей в нее втулкой, передвигаемой рукояткой, вследствие чего происходит поворот вала насоса и передвижение укрепленных на его эксцентрике кулачков, обусловливающих время действия насосного плунжера.

На чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез предлагаемого двигателя; фиг. 2 - поперечный разрез двигателя по линии А-А на фиг.1; фиг. 3 - вид двигателя со стороны маховика; фиг. 4 - вид двигателя с противоположной маховику стороны; фиг. 5 - горизонтальный разрез двигателя по линии В-В на фиг. 2; фиг. 6 - горизонтальный разрез по линии С-С на фиг. 2; фиг. 7 - боковой вид двигателя (частично в разрезе), показывающий золотники; насос и регулятор; фиг. 8 - вид двигателя сверху; фиг. 9 - боковой вид (с частичным разрезом) насоса и инжектора; фиг. 10 - вертикальный разрез нижней части насосного механизма; фиг. 11 - перспективный вид тяги механизма для регулирования количества подаваемой горючей жидкости; фиг. 12 - перспективный вид одного кулачка насосного механизма; фиг. 13 - поперечный разрез регулирующего механизма для изменения времени подачи горючего по линии 13-13 на фиг. 10; фиг. 14 - поперечный разрез нижней части насосного механизма по линии 14-14 на той же фиг. 10; фиг. 15 - вид насосного механизма сверху, взятый по линии 15-15 на фиг. 10 и частью вскрытый с одного конца для показания управляющих механизмов; фиг. 16 - перспективный вид зубчатого сектора механизма для регулирования количества подаваемой горючей жидкости; фиг. 17 - поперечный разрез механизма для регулирования количества подаваемого горючего по линии 17-17 на фиг. 15 и фиг. 18 - перспективный вид шпинделя механизма для регулирования количества подаваемой горючей жидкости.

Корпус 10 машины (фиг. 1, 2) представляет собой отливку для рабочих цилиндров 11, имеющих обычную форму и окруженных водяной рубашкой 12. Головка 13 цилиндров может быть съемной, прикрепляемой к корпусу болтами 14, и снабжена также камерами 15 с циркулирующей по ним охлаждающей водой. При каждом рабочем цилиндре устроен цилиндр 16 продувочного насоса, составляющий одно целое с корпусом двигателя и расположенный под рабочим цилиндром на продолжении его оси. В каждом рабочем цилиндре заключен дифференциальный поршень 17-18, удлиненный к низу, и в своем нижнем, большего диаметра, конце 18 являющийся поршнем продувочного насоса. Поршень 17-18 посредством болта 19 связан с шатуном 20, нижний конец которого надет на коленчатый вал 21, вращающийся в подшипниках 22, составляющих одно целое с корпусом машины, оканчивающимся внизу загибом 23 (фиг. 2), образующим картер, дно которого закрывается обычным масляным поддоном 24. На заднем выступающем конце коленчатого вала заклинено маховое колесо 25, снабженное по периферии зубцами 26 для зацепления со стартером обычного типа.

Продувочный воздух подается из продувочных цилиндров в соседние, рядом расположенные, рабочие цилиндры. При ходе поршня 17-18 вниз (рабочий ход) воздух засасывается в продувочный насос через воздушный патрубок 28 (фиг. 2, 4), впускной вращающийся золотник 29 и канал 30. Когда поршень продувочного насоса достигает своего крайнего нижнего положения, золотник 29 закрывается под действием насаженной на переднем конце вала двигателя шестерни 27 (фиг. 4, 6), сцепляющейся с шестерней 31, свободно сидящей на коротком валике 32, который одним концом ввинчен в корпус машины и несет заклиненное на нем цепное колесо 33, соединенное шарнирной цепью 34 с другим цепным колесом 35, насаженным на переднем конце шпинделя 36 впускного золотника. При закрытом таким образом золотнике 29 поршень, идя вверх, будет сжимать засосанный в продувочный насос воздух над поршнем и в трубке 37 (фиг. 8) до тех пор, пока давление воздуха над воздушным впускным клапаном 38 (фиг. 2) станет достаточным для преодоления силы давления газов в рабочем цилиндре на этот клапан и силы давления клапанной пружины 39, стремящихся удержать его на седле. По преодолении этих сил клапан поднимется, и воздух ворвется в рабочий цилиндр, выгоняя перед собой отработавшие продукты горения через щель 40, открываемую поршнем рабочего цилиндра при его ходе вниз и далее - в атмосферу через выпускной золотник 41, служащий также и для регулирования выпуска продуктов горения, для чего он управляется шестерней 43 (фиг. 3), связанной с задним концом шпинделя 36 впускного золотника и зацепляющейся с шестерней 44, в свою очередь связанной с задним концом шпинделя 42 выпускного золотника. Соединение шестерни 44 со шпинделем золотника осуществлено таким образом, что угловое положение золотника по отношению в шестерне может быть изменяемо, вследствие чего изменяется время открывания и закрывания выпускного золотника, чем и регулируется объем продуктов горения, оставшихся в цилиндре от выхлопнутых через щель 40 до ее закрытия. Предназначенное для этой цели приспособление состоит из втулки 44а, шестерни 44 (фиг. 7) с полостью, снабженной спиральной нарезкой, зацепляющейся со спиральной нарезкой на наружной поверхности муфты 45, заклиненной на оси 42 золотника 41 и могущей продольно скользить по ней под действием центробежного регулятора 46 или вручную. Описанное регулирование имеет целью установление определенных пределов давлений при зажигании для каждого хода сжатия, при чем эти пределы остаются постоянными при последующих рабочих циклах независимо от скорости хода машины. Обычно когда двигатель, характеризующийся применением высокого сжатия или тяжелого топлива, работает на быстром ходу, стенки цилиндра нагреваются гораздо больше вследствие более частых сжатий и взрывов и при каждом отдельном сжатии остается значительно меньше времени для потери теплоты. Поэтому, если двигатель пускается в ход на равных по объему и давлению порциях воздуха, то конечное давление при быстром ходе получается выше, чем конечное давление при тихом ходе. В данном случае эта разница компенсируется регулированием закрытия золотника 41, изменяющего объем и давление воздуха при начале сжатия в обратном отношении к скорости хода машины.

Для впрыскивания под давлением горючего в рабочие цилиндры применяется насос 47 (фиг. 7-10), приемная камера 48 которого (фиг. 9) сообщается с непоказанным на чертеже хранилищем для горючего, а также через каналы 49 с насосными полостями 50, в каждой из которых движется плунжер 51. Насосные полости 50 посредством клапанов 52 и каналов 58 сообщаются с топливным резервуаром 54, в свою очередь сообщающимся с другими насосными полостями 55 через посредство клапанов 56 и каналов 57. Каналы 58 устанавливают сообщение между насосными полостями 55 и инжекторными трубопроводами 59, ведущими к нижеописанным инжекторам 60. В каждой полости 55 движется плунжер 61, нижний конец которого сочленен посредством рычага 62 с рычагом 63, сидящим на валу 64 и снабженным роликом 65, взаимодействующим с кулачком 66. Ролик 65 удерживается в податливом соприкосновении с кулачком 66 посредством стержня 67, находящегося под действием пружины. Нижний конец каждого плунжера 51 сочленен посредством рычага 68 с концом рычага 69, сидящего на валу 64 и шарнирно соединенного болтом 70 с эксцентриковым хомутом 71, охватывающим эксцентрик 72.

Инжекторы 60 (фиг. 9) состоят - каждый - из корпуса, в котором расположен плунжер 73, суженный на нижнем своем конце для образования игольчатого клапана 74, покоящегося на седле 75. Канал 76 в корпусе инжектора сообщается на одном конце с инжекторным трубопроводом 59, а на противоположном конце - с кольцеобразным пространством 77, расположенным между заплечиком 78 и распылителем 79. Уравновешивающая пружина 80, заключенная между верхним концом плунжера 73 и колпачком 81, служит для удержания клапана на его седле. Подъем плунжера 73 регулируется упором 82, который можно переставлять в колпачке 81.

Действие описанного насосного механизма заключается в том, что горючее засасывается из впускной камеры 48 в насосную полость 50 при ходе плунжера 51 вниз, а при ходе его вверх горючее, приподнимая клапан 52, вытесняется через канал 53 в топливный резервуар 54, где оно содержится при заранее определенном давлении, поддерживаемом приблизительно постоянным посредством предохранительного клапана (не показанного на чертеже), который помещен в отводе 83 между резервуаром и хранилищем для горючего. Из резервуара 54 горючее проходит через клапан 56, каналы 57 и 58, инжекторный трубопровод 59 и канал 76 в кольцевое пространство 77 корпуса инжектора. Горючему, когда оно находится под определенным давлением, господствующим в только-что описанном путепроводе, препятствует войти в цилиндр через инжектор давление пружины 80, удерживающей клапан на его седле. Однако, во время впрыскивания горючего давление его возрастает, благодаря движению вверх плунжера 61, и закрывает клапан 56, вследствие чего разобщается соединение между топливным резервуаром и той частью путепровода, которая включает насосную полость 55, инжекторный трубопровод 59 и инжектор 60. Развивающийся при этом избыток давления, действуя на заплечик 78, приподымает игольчатый клапан 74, преодолевая давление пружины 80, и производит впрыскивание топлива в рабочий цилиндр двигателя. Когда же плунжер 61 при обратном ходе идет вниз, то получающееся при этом падение давления позволяет пружине 80 вернуть иглу на ее седло и тем приостановить впрыскивание; в то же время клапан 56 вновь откроется и нормальное давление в путепроводе восстановится.

Для изменения времени впрыскивания горючего упомянутые выше кулачки 66 передвигаются так, чтобы их действие ускорялось или замедлялось в зависимости от желательной установки, при чем этот результат достигается следующим устройством. На валу 72 (фиг. 7), в котором монтированы кулачки 66, заклинена муфта 84, снабженная внутренней винтовой нарезкой, в которую входит втулка 85, сидящая на шпонке на валу 86 и могущая перемещаться вдоль его. Втулка 85 приводится в действие механизмом 87, состоящим из цепи и двух цепных зубчатых колес. На одном своем конце она имеет расширение 88 с канавкой по периферии, охватываемой хомутом 89, расположенным на конце тяги 90, противоположный конец которой соединен с рукояткой 91. Когда втулка 85 передвигается продольно по валу 86, спиральная нарезка ее, взаимодействуя с нарезкой муфты 84, повернет вал 72, чем будет достигнуто желаемое передвижение кулачков 66 по отношению к роликам 65, а следовательно изменится и время действия насосного плунжера 61, в зависимости от того, передвинутся ли кулачки в направлении ускорения или замедления их контакта с упомянутыми роликами.

Для возможности регулирования количества впрыскиваемого горючего кулачки 66 устроены так, что их можно радиально переставлять в прорезах 92 вала 72. Каждый кулачок имеет две серии расположенных друг против друга пазов 93 (фиг. 12), в которые входят косые выступы 94 тяги 95 (фиг. 11), монтированной так, что она может скользить продольно внутри полого вала 72. Наружный конец тяги 95 входит в полый вал 96 (фиг. 16) (так что тяга может скользить в нем), покоящийся в подшипнике 97 и снабженный на наружном конце рукояткой 98. Близ своего внутреннего конца вал 96 несет на себе зубчатый сегмент 99, зацепляющийся с зубцами червячного шпинделя 100, проходящего через зубчатый сектор 101 (фиг. 16), снабженный на своем нижнем конце подшипником 102, благодаря чему между ним и тягой 95 получается такое соединение, что он может вращаться относительно тяги, но не скользить вдоль нее. Движение рукоятки 98 в надлежащем направлении вызовет при посредстве зубчатого сегмента 99, шпинделя 100 и сектора 101 желаемое продольное перемещение тяги 95, выступы 94 которой при этом войдут во взаимодействие с пазами 93 кулачков 66 и последние получат радиальное перемещение, в свою очередь вызывающее изменение длины хода плунжеров 61.

Пользуясь описанными регулирующими механизмами, в случае, если при работе машины желательно получить только увеличение скорости хода, достаточно ускорить время впрыскивания горючего, достигаемое перестановкой рукоятки 91, ускоряющей момент соприкосновения между кулачками 66 и роликами 65. Если же машина работает на определенной скорости и наблюдается возрастание нагрузки, то это возрастание можно компенсировать, не изменяя времени впрыскивания, поворотом рукоятки 98, которая при посредстве связанных с нею и упомянутых выше органов производит радиальное передвижение кулачков 66, необходимое для удлинения хода плунжера 61 и вызываемого этим увеличения количества подаваемого горючего. Если желательно увеличить скорость хода машины и в то же время поддерживать постоянный вращающий момент, необходимо действовать обеими рукоятками 91 и 98 одновременно, изменяя таким образом как время впрыскивания, так и количество впрыскиваемого горючего.

Двигатель внутреннего горения, характеризующийся совокупным применением: а) рабочего цилиндра 11 с дифференциальным поршнем 17-18, нижняя широкая часть 18 коего является поршнем продувочного насоса, снабженного впускным вращающимся золотником 29, верхняя же узкая часть 17 служит рабочим поршнем, при чем выпуск продуктов горения из цилиндра 11 производится через щели 40 при помощи вращающегося золотника 41 (фиг. 1, 2, 4-6); б) приспособления для регулирования выпуска продуктов горения, состоящего из муфты 45, насаженной на ось 42 золотника 41 и снабженной винтовой нарезкой, на которую надета втулка 44 А шестерни 44, каковая муфта 45 может быть передвигаема вдоль по оси 42 или регулятором 46 или вручную (фиг. 3 и 7); в) насоса для горючей жидкости, имеющего два плунжера 51 и 61, работающих последовательно и приводимых в движение соответственно от эксцентрика 72 и кулачка 66 (фиг. 7-10): г) регулирующего механизма для изменения времени подачи горючего, состоящего из муфты 84, заклиненной на валу 72 насоса и снабженной внутренней винтовой нарезкой, в которую входят втулка 85, передвигаемая рукояткой 91 (фиг. 7) и д) регулирующего механизма для изменения количества подаваемой горючей жидкости, состоящего из тяги 95 (фиг. 11), снабженной косыми выступами 94, входящими в соответствующие пазы 93 кулачков 66, каковая тяга 95 может быть продольно перемещаема при помощи зубчатого сектора 101 и шпинделя 100 (фиг. 7, 10-18).