Четырехтактный многоцилиндровый двигатель внутреннего горения Советский патент 1924 года по МПК F02B33/22 

Изобретение касается четырехтактного многоцилиндрового двигателя внутреннего горения со связно работающими попарно цилиндрами, из коих один цилиндр поочередна исполняет работу компрессора по сжатию газо-воздушной смеси или воздуха для другого цилиндра.

Применение особых компрессоров увеличивает общий вес аггрегата и при больших скоростях вращения, развиваемое ими давление является недостаточным для увеличения скорости подачи смеси по каналам двигателя, вследствие этого, число оборотов двигателей и их полезная работа не могли быть повышаемы в такой степени, какая являлась желательной с точки зрения требований практики.

Согласно изобретения, эти недостатки устраняются тем, что часть пространства рабочего цилиндра, закрытого с обеих сторон, устраивается в виде компрессорной камеры и приводится в соединение с рабочим пространством этого же или другого цилиндра, так что образующийся в упомянутой компрессорной части ци линдра двигателя сжатый воздух может переходить непосредственно в соответствующее рабочее пространство цилиндра. Так как мощность компрессоров, согласно предлагаемого устройства, повышается вместе с числом оборотов мотора, то кривая сжатия или давления при всяких скоростях остается постоянною. Так как сжатие происходит в самом цилиндре двигателя, то смесь хорошо подогревается, благодаря чему является возможным использование до сих пор неприменявшихся тяжелы к сортов топлива или масел. С другой стороны, применение второй стороны цилиндра, в качестве компрессора, способствует хорошему охлаждению рабочего цилиндра всасываемою холодною смесью.

Если двигатель имеет несколько цилиндров, то можно соединять их попарно помощью каналов, таким образом, чтобы всегда оба компрессорные пространства сообщались с одним из рабочих пространств. Предлагаемое устройство, главным образом, предназначается для увеличения давления подводимой в рабочий цилиндр газовой смеси лишь с целью увеличения скорости движенкя газа, или для устранения потерь в наполнении цилиндров в разреженном воздухе, без увеличения, при обыкновенных условиях, среднего рабочего давления в самом рабочем цилиндре сверх нормального. Таким образом, предлагаемое изобретение дает средство достигнуть увеличения числа оборотов. Для специальных целей, напр., для авиационных двигателей или вообще для двигателей, требующих значительного пОВЫшения заряда или значительного уплотнения вводимого в рабочее пространство двигателя обема воздуха, можно, как показано на фиг. 2, достигнуть четырехкратного сжатия заряда, для чего крейцкопф устраивается в виде второго компрессора, так что, напркмер, в четырехцилиндровых двигателях для каждого рабочего, хода получаются четыре компрессорных заряда. Эти заряды как от компрессорной стороны рабочего цилиндра, так и от цилиндра поршня крейцкопфа могут быть направляемы в общий канал, ведущий к впускным рабочим клапанам. На фиг. 1 изображено схематически устройство и соединение между собою частей четырехцилиндрового двигателя; на фиг. 2 - двигатель, у которого крейцкопф устроен в виде второго компрессорного поршня, и на фиг. 3 изображена схема расположения соединительных . каналов между компрессорныл и рабочим пространствами цилиндров в четырехцилиндровом двигателе. В цилиндрах, 1, 2, 3, 4 (фиг. 1) помещаются, как обыкновенно, рабочие поршни 5, 6, 7, 8. Каждые два поршня, в показанном примере поршни 5 и 7, с одной стороны, и поршни б и 8 - ci другой, соединены между собою йаглухо посредством штоков 9 и 10. Ради схематичности чертежей, Эти щтоки показаны преувеличенно длинными. С каждым штоком соединен непоказанный на чертеже кривошипный механизм. Рабочие пространства цилиндров снабжены, как обыкновенно, зажигательными свечами П, впускными клапанами 12 и выпускными клапанами 13. Клапаны управляются обычным способом, помощью осей /4с кулаками. закрыта, и порщневые штоки пропущены через сальники. Эта другая сторона снабжена впускными или всасывающими клапанами 15 и выпускными или нагнетательными клапанами 16.Эти клапаны, при небольшом числе оборотов двигателя, могут быть автоматическими или же в быстроходных двигателях могут быть управляемы помощью особых валиков с кулаками, например, 14. Управление этими клапанами должно производиться иными кулаками, а не теми, которые управляют клапанами рабочих цилиндров. Так как устройство этих кулаков известно, то на чертеже они показаны лишь схематически. под поршнем 6, через всасывающий клапан 15, идет всасывающий канал 17,который ведет к четырехходовому переключающему клапану 18. Коробка клапана 18 снабжена выходящим в атмосферу трубопроводом 19, всасывающим трубопроводом 20 от газообразователя и четвертым трубопроводом 21, который ведет ко второму, описанному ниже переключающему клапану 30. странства, под поршнем 6, через нагнетательный клапан 16, отходит соединенный с резервуаром 23 нагнетательный трубопровод 22, имеющий ответвление 24 с тем же компрессорНЫЛ1 пространством. В это ответвлепереставляя который можно или вовсе запереть трубку 24, или достигнуть более или менее значительного сужения ее. Другая сторона цилиндров также От компрессорного пространства Далее, от компрессорного проние включен дроссельный клапан 25, Далее камера или резервуар 23 соединен с каналом 27, ведущим IB компрессорное пространство второго цилиндра с поршнем 7, действующего

совместно с только-что описанным, при чем, если считать цилиндр 2 первым, то это будет цилиндр 3.

В камере 23 расположен многоходовой кран 26, помощью которого она может быть приводима в соединение либо, как показано, с трубопроводом 28, ведущим в рабочее пространство цилиндра 2, либо с каналом 29, ведущим в рабочее пространство цилиндра 3.

При показанном положении крана 26, смесь, сжатая в цилиндрах 2 и 3, поступает в рабочее пространство цилиндра 2.

Если же, вращением крана 26 противоположно часовой стрелке на 90°, привести резервуар в соединение с трубкою 29, то смесь, сжатая в обоих цилиндрах, поступает в рабочее пространство цилиндра 3.

В трубопроводы 28 и 29 включены четырехходовые краны 30 и 37. В показанном положении эти краны дают свободный проход сквозь трубопроводы 28 и 29. Если же повернуть их на 5°, как это показано для трубопроводов, принадлежащих цилиндрам 1 н 4, - то сообщение между частями 28-а и 25-е, а также между 29-а и 29-е трубопроводов 28 и 29 прекращается. Вместо этого происходит соединение впускной трубы 25-6 рабочего цилиндра с промежуточным трубопроводом 21, а напорного трубопровода 28-а - с трубопроводом 32, ведущим В резервуар сжатого воздуха 33. Равным образом, помощью крана 31, впускная труба 29-е рабочего цилиндра соединяется с промежуточною трубою 21, а напорный трубопровод 29-а - с трубою 34 сжатого воздуха, ведущего в таковой же резервуар 33.

Одновременно с кранами 30, 37 на 45° переставляются и соответствующие цилиндрам 7 и 2 краны 18, которые приводят в соединение всасывающую трубку 77 с трубкою 79, ведущею в атмосферу, а промежуточную или обводную трубку 27 - с трубкою газообразователя 20.

Для достижения одновременности перестановки, клапаны 18, 30 и 37, принадлежащие одной паре цилиндров.

например, паре цилиндров 7, 4 и паре цилиндров 2, 3, соединяются с общим распределительным механизмом, при движении которого они одновременно изменяют свое положение. Равным образом, клапаны 25 каждой пары цилиндра могут быть также соединены с общим распределительным механизмом.

В то время, как клапаны 18, 25, 30 и 37 переставляются от руки, краны 26 приводятся в движение автоматически двигателем, помощью, например, кулачного вала, притом так, что при рабочем ходе в одном из цилиндров, компрессорные пространства соответствующей пары цилиндров приводятся в сообщение с его рабочим пространством.

Действие устройства состоит в следующем.

Допустим, что в рабочем пространстве цилиндра 3 воздух сжат и, следовательно, начинается рабочий ход. При этом ходе порщень 7 сжимает находящуюся перед ним смесь, втянутую по трубкам 20 и 77 через всасывающий клапан 75, и вытесняет ее через нагнетательный клапан 76 в трубопровод 27, а из него - в резервуар 23. Отсюда смесь поступает в канал крана 26, а из него по трубке 28 и через впускной клапан 72 в рабочее пространство цилиндра 2. Одновременно с порщнем 7 цилиндра 3 поршень цилиндра 2, при всасывающем ходе, под действием непоказанного на чертеже коленчатого вала, перемещается книзу, также сжимая находящуюся перед ним смесь и вытесняя ее че;рез напорный клапан 76 в канал 22, а из последнего - в резервуар 23 и через кран 26 и по трубе 28 - в рабочее пространство цилиндра 2.

При показанном положении принадлежащих цилиндрам 2 и 3 клапанов 25, часть подаваемой порщнем сжатой Воздущной смеси, во время следующего всасывающего хода, возвращается обратно в цилиндр и, следовательно, в каналах 28 и 29 устанавливается не полное давление, достигаемое при закрывании клапанов 25. По окончании поршнем 7 взрывного, а поршнем 6 - всасывающего хода, клапаны 26 автоматически переставляются, так что переключают компрессорные пространства обоих цилиндров 2j 3 на рабочее пространство цилиндра 3. При обратном ходе поршней 6 и 7 в цилиндре 3 происходит вытеснение сгоревших газов, а в цилиндре 2 - сжатие свежего газа. Наоборот, в обоих компрессорных пространствах происходит всасывание свежей газовой смеси через клапаны 75. При последующем ходе рабочее пространство цилиндра 3 наполняется свежей сл1есью, в цилиндре же 2 происходит взрыв. Напротив того, в компрессорных или сжимающих пространствах обоих цилиндров вновь происходит сжатие втянутой перед тем газовоздушной смеси, которая, как было сказано, отдается цилиндру 3. При показанном для цилиндров / и 4 положении клапанов, цилиндры, во время всасывающего хода, всасывают по каналам 25-6 и соответственно 29-6 и по каналам 21 и 20 газовоздушную смесь непосредственно из газообразователя, между тем, как сжимающие пространства получают свежий воздух прямо из атмосферы по каналам 77 и 79. Сжатый в этих пространствах воздух передается из цилиндра 7 по каналу 22 через резервуар 23, трубку 29-а w трубку 34, а из цилиндра 4 - по каналам 27 29-а и 34 - в резервуар сжатого воздуха 33, в котором и собирается для любого назначения. При показанном способе переключения можно, разумеется, применять в одном и том же двигателе, вместо четырех цилиндров - 6, 8 или кратное четырем число таковых. Как было указано выше, увеличение давления газовой смеси в предлагаемом устройстве производится, главным образом, с тою целью, чтобы при большом числе оборотов достигнуть требуемых скоростей газа, а увеличением этих последних - достигнуть уменьшения размеров и хода клапанов. Уменьшение размеров клапанов позволяет опять-таки еще более увеличить число оборотов. Увеличение, в случае надобности, среднего индикаторного давления в рабочем цилиндре является лишь второстепенным назначением компрессора. ты компрессора, распределительные приспособления, как, например, кулаки выпускного клапана компрессора и впускного клапана рабочего цилиндра, устанавливаются друг относительно друга, - принимая в расчет неодинаковость длины трубопроводов для смеси, расположенных между выпускным отверстием компрессора и впускным, в рабочее пространство отдельных цилиндров, а также неодинаковость сопротивлений в этих трубопроводах. 2 и 3, цилиндр а закрыт с обеих сторон. Одна часть его 7 устроена в виде рабочего цилиндра, а другая 2 - в виде компрессора. Та и другая снабжены обычными клапанами; у компрессора показан лишь всасывающий клапан Ь, напорный же клапан, располагаемый в пункте f, для простоты, не показан. вляющая d крейцкопфа, также устроенная в форме цилиндра, в котором плотно ходит крейцкопф е, в виде поршня, соединенного с рабочим поршнем / помощью штока д. валом г. Для достижения безупречной рабоВ усфойстве, показанном на фиг. К цилиндру о примыкает напраК крейцкопфу шарнирно приделан шатун h, соединенный с коленчатым Цилиндрическая направляющая крейцкопфа также снабжена всасывающим клапаном k и напорным т; оба в подробностях не показаны. Пространство 3 над поршнеобразным крейцкопфом е также служит компрессорною камерою. Сжатый воздух из пространств 2 и 3 п-оступает в общий канал п. Как видно на фИг. 3, каналы п отдельных цилиндров ведут в один общий канал о, с «которым, помощью ответвлений р, соединены впускные клапаны рабочих цилиндров. Поршни четырехцилиндрового двигателя работают попарно по противоположным направлениям, так что когда один

поршень опускается, то другой поднимается.

Таким образом, при четырехтактном действии, для наполнения одного рабочего пространства цилиндров, имеются всегда четыре работающие на сжатие компрессорные пространства; например, для рабочего пространства цилиндра / - подают сжатую смесь компрессор рабочего цилиндра, такой же компрессор цилиндра /// (с таким же положением поршня) и компрессоры крейцкопфа // и /V (при противоположном положении поршня). В случае, если диаметр цилиндра крейцкопфа равен диаметру рабочего цилиндра, имеется, следовательно, принимая в расчет потери, повышение величины заряда, составляющее около 350%. Смотря по надобности, диаметр цилиндра крейцкопфа можно делать больше или меньше диаметра рабочего цилиндра. Соединительные каналы п, о и , для возможно большей кратковременности передачи давления от компрессоров к рабочим цилиндрам и, следовательно, для своевременного достижения максимального давления во впускных клапанах этих цилиндров,-делаются, по возможности, короткими и узкими.

Упомянутый выше кран 26 вместе со своей коробкой 23 не является безусловно необходимою принадлежностью устройства, так как при работе поршней, в каждой паре цилиндров, по противоположным направлениям надлежащее питание рабочих пространств цилиндров: сжатою (в компрессорах) смесью является обеспеченным и без применения этого крана.

Теоретические соображения показали, что, при выборе кратчайшего пути для трубопроводов, им следует придавать: в больших двигателях диаметр в /4 диаметра отверстия цилиндра; в средних - в Vs и в малых- в %; для угла же подрегулирования кулака впускного клапана цилиндра- достаточно, самое большее, 20°.

Тппо-литографня «Красный Пе хатник, Ленинград, Мождунаро и ый, 75.

п Р ЕДМ ЕТ ПАТЕНТА.

1.Четырехтактный многоцилиндровый двигатель внутреннего горения с работающими попарно цилиндрами, одна сторона которых является двигателем, другая-компрессором для воздуха или горючей смеси, характеризующийся тем, что ко.мпрессорные стороны любой пары совместно работающих цилиндров (напр.. 2 и 3, фиг. 1) соединяются между собой при помощи трубопроводов 28 и 29, многоходовых кранов 30 и 37 и резфвуара 23 с краном 26 таким образом, что они оба сообщаются с рабочим пространством одного из этих цилиндров (2 или 3), и переключение с одного цилиндра на другой и обратно производится поворачиванием крана 26.

2.Видоизменение охарактеризованного в п. 1 двигателя, отличающееся тем, что между компрессс ным пространством цилиндра и его подающей трубой 22 и 27 (фиг. 1) включается обратная труба 24 с дроссельным крано.м 25.

3.Видоизменение охарактеризованного в п. 1 двигателя, отличающееся тем, что в любой паре совместно работающих ци.шндров (напр., 7 и 4, фиг. 1) многоходовой кран 30 и 37 во всасывающей трубе 28, 29 рабочей стороны цилиндра и многоходовой кран 18 на всасывающей трубе 77 компрессорной стороны устанавливаются таким образом, что первая соединяется с газообразователем (карбуратором) 20 а вторая - с атмосферной трубой 79 и резервуаром для сжатого воздуха 33.

4.Видоизменение охарактеризованного в п. 1 двигателя, отличающееся тем, что каждый цилиндр снабжен крейцкопфом е (фиг. 2), пространство 3, позади которого служит компрессором, подающим сжатый воздух или горючую смесь совместно с компрессором 2 по общему кана.ту н в общую трубу о (фиг. 3), и поршни цилиндров работают попарно в противоположных направлениях.