Тяговый (тепловозный) газовый двухтактный двигатель Советский патент 1939 года по МПК F02B43/00 F01B23/02 

Применение на тепловозах двига, телей Дизеля, работающих на дефицитном жидком топливе, снижает эффект экономичности локомотивов, снабженных двигателями внутреннего горения. Использование же существующих конструкций мощных газовых двигателей встречает значительные затруднения по причине,их громоздкости.

Настоящее изобретение ставит задачей разрешить этот вопрос путем создания тягового газового двигателя, который, применительно к условиям работы тепловоза, обладал бы компактностью устройства и обеспечивал бы надлежащую мощность.

С этой целью предложение использует контактный двигатель с прямоточной продувкой и регулированием индикаторного давления, в котором, согласно изобретению, для осуществления прямоточной продувки продувочный клапан помещен концентрично с поршневым штоком и служит корпусом подвижного сальника. При этом привод клапана производится самим штоком посредством закрепленного на нем упора.

Изобретение предусматривает также для подачи в цилиндр дополнительного количества горючей смеси помещение между смесителем и камерой горения вставки с узкими наклонными каналами, в целях предупреждения воспламенения горючего, а равно применение дополнительной камеры, соединенной с цилиндром и предназначенной для пропуска пускового воздуха, обогреваемого, сжигаемым в камере горючим.

Такого рода устройством имеется в виду: 1) обеспечить уменьшение габаритов двигателя при возможности наиболее совершенного продувания рабочего цилиндра (от чего, как известно, зависит мощность, коэфициент полезного действия и другие параметры двигателя) и изменения индикаторного давления в значительных пределах и 2) достигнуть плавного трогания тепловоза с места под нагрузкой.

На чертеже фиг. 1 изображает схематически продольный разрез двигателя; фиг. 2 - диаграмму работы его; фиг. 3-приспособление для введения добавочного топлива; фиг. 4- схему прибора отправления.

Предлагаемый тяговой двигатель основную часть своего времени, когда тепловоз получил разгон или

идет по легкому профилю, работает по циклу Отто, как обыкновенный газовый двигатель двойного действия с прямоточной продувкой. В существующих двухтактных газовых двигателях степень чистоты продувки зависит, как известно, от формы камеры горения, -так как продувной клапан располагается на боковой стороне рабочего цилиндра. Вследствие этого клапан получается больших размеров, что вызывает весьма значительные инерционные усилия :в распределительном механизме. Поэтому мощные двухтактные газовые машины строятся обычно только для малых чисел оборотов, что для тепловоза недостаточно.

В связи с этим в данном тяговом двигателе продувочный клапан 9 расположен концентрично поршневому штоку (фиг. 1) и является корпусом подвижного сальника, причем привод клапана осуществляется самим штоком.

Работа двигателя протекает в следующем порядке. При движении тепловоза с равномерной скоростью в тот момент, когда кривощип придет в точку 8 (фиг. 2), смесь воспламеняется от запальных свечей и в полости цилиндра 13 (фиг. 1) начинается расширение. При переходе кривошипа в точку 2, поршень J9 начинает открывать кромкой выхлопные окна, вследствие чего газы устремляются в атмосферу с критической скоростью. При положении кривошипа в точке 3 давление газов в полости цилиндра падает настолько, что получается возможность поступления продувочного воздуха, В этот момент упор / (фиг. 1), закрепленный на штоке, начинает нажимать на корпус подвижного сальника 6, который представляет одно целое с продувочным клапаном 9, благодаря чему последний открывается со скоростью движения поршня в этой точке.

Продувочный воздух, нагнетаемый насосом в камеру 7 под давлением около 1,2-1,5 атм., устремляется в полость цилиндра через открывающийся клапан 9 и газы плавно выталкиваются в выхлопные окна, по всему объему цилиндра.

При нахождении кривошипа в точке 4 (фиг, 2) клапан 9 вместе с поршнем изменяет направление движения на обратное, и щель, открываемая клапаном 9, уменьшается; при нахождении же в точке 5 упор / прекращает нажатие на корпус сальника 6. Тогда клапан 9 под влиянием пружины 23 (фиг. 1) садится на свое гнездо, что влечет прекращение поступления продувочного воздуха. При этом кулачок 17 через посредство рычага /5 нажимает на щпиндель клапана 14, вследствие чего клапан 14 несколько опускается и сообщает камеру смешения с полостью рабочего цилиндра. Тогда генераторный газ и воздух из соответствующих насосов по каналам 5 и 4 поступают в камеру смешения, а отсюда в цилиндр. При закрытом положении клапана 14 каналы 5 тл 4 всегда разобщены золотником 20. При перемещении кривошипа от точки 5 до точки 6 горючая смесь поступает в цилиндр при открйтых еще выхлопных окнах, но так как между открытыми окнами и поступающей свежей смесью существует воздушная перегородка, то утечка горючей смеси в выхлопные окна наблюдаться не будет. При положении кривошипа в точке 6 (фиг. 2) поршень закрывает выхлопные окна и далее при движении от точки 6 до точки 7 в цилиндре будет происходить небольшой наддув. Когда кривошип придет в точку 7, клапан 14 закроется и в цилиндре начнется сжатие смеси. По достижении кривошипом точки 8 от запала -смесь воспламеняется и цикл повторяется снова.

Для устранения металлического стука на упор / поставлено резиновое кольцо 24 (фиг. 1), которое приходит в соприкосновение с сальником 6. Сальник смазывается из масленки 2 и охлаждается водой, циркулирующей в каналах 22. Для того чтобы продувочный воздух не уходил наружу, на поверхности корпуса сальника 6 имеется лабиринтовое уплотнение.

Когда тепловоз идет под уклон или по инерция, тогда доступ газа

в цилиндры необходимо прекратить. Для этого машинист одновременно закрывает клапаны 25 (фиг. 1), соединенные с насосами, и затем при помощи рычажной передачи нажимает на рычаги 10, которые воздействуют на шпиндели клапанов 14. Последние опускаются на такую величину, чтобы упор 12 (фиг. 1) уперся в клапан // и открыл его, вследствие чего установится сообщение правой и левой полостей цилиндра по перепускному каналу 16. Работающий вхолостую поршень в это время не будет производить сжатия, следовательно тепловоз не тормозится и будет катиться легко и спокойно. Если необходимо на ходу снова включить рабочий цилиндр, то отпускают рычаги 10 и открывают клапаны 26.

Подача в цилиндр дополнительного количества горючей смеси в процессе горения основного заряда для регулирования индикаторного давления происходит следующим образом.

Для увеличения индикаторного давления впускают в рабочий цилиндр некоторое количество нагретой сжатой горючей смеси, которая сгорает при Я const, вследствие чего в момент такого наддува рабочий цикл Отто превращается в цикл Сабатэ. Впуск сжатой смеси производится горелкой, состоящей из газового и воздушного каналов, пульсирующего клапана 25 (фиг. 3) и сопла. Горелка выходит в камеру горения рабочего цилиндра.

При желании увеличить индикаторное давление во время хода тепловоза машинист, действуя на соответствующий кулиссный механизм, увеличивает амплитуду возвратнопоступательного хода кулачкового стержня 8. Тогда выступ нажмет на рычаг 18, который опустится и прекратит прижимать клапан 25 к своему гнезду. Это произойдет тогда, когда :кривошип пройдет в точку / (фиг. 2), 1. е. в момент горения в цилин71ре сжатой смеси цикла Отто.

В камерах 27, 28.(фиг. 3) газ и воздух имеют определенную температуру (300-400°) и давление (в на.шем случае примерно 40 ataj. В это

время со стороны рабочего цилиндра на клапан будет действовать давление горения тоже 40 ata, но так как со стороны камеры 27 имеется разность площадей клапана, то при одинаковых давлениях с обеих сторон клапана большее усилие будет действовать со стороны рабочего цилиндра. Поэтому в первый момент клапан 27 не откроется. По мере движения поршня давление в цилиндре начнет падать и при некотором определенном давлении (например, 38 ata) в рабочем цилиндре клапан отойдет от своего гнезда. Тогда газ и воздух из камер 27 и 28 устремляются в камеру смешения 29 с вихревым движением. Из камеры 29 смесь поступает в смеситель 30, состоящий из пластинок с отверстиями, расположенными в шахматном порядке. Из смесителя 30 смесь, хорошо перемешанная, поступает в узкие наклонные каналы вставки 31, предназначенные не допускать проникновения пламени в камеру 29 из камеры горения.

Выходящая смесь из каналов вставки 5/ воспламеняется от электросвечи 32. Электросвеча начинает работать в тот момент, когда кулачок стержня 8 нажмет на рычаг 18 и в течение этого нажатия свеча 32 дает непрерывное искрение. Воспламенившаяся смесь, в виде факела пламени, врывается в полость камеры горения, где в это время уже происходит расширение газов цикла Отто. Поступающая горящая смесь снова повышает давление в рабочем цилиндре до 40 ata - и клапан 25 закрывается. По мере движения поршня давление в цилиндре начинает падать, что влечет снова открытие клапана 25 и т. д.

В конце наполнения кулачок стержня 8 (фиг. 3) прекращает нажимать на рычаг 18, который поднимается и прижимает клапан 25 к своему гнезду до следующего раза.

Когда надобность в повышении индикаторного давления отпадает, машинист ставит кулиссу на нулевое положение, причем кулачковый стержень S будет иметь небольшую амплитуду возвратно-поступательного движения, вследствие чего кулачковый выступ не будет задевать за рычаг /5 и клапан 25 остается все время закрытым, а рабочий цилиндр будет работать по циклу Отто,

Горение горючей смеси происходит только за пределами горелки, т. е. в полости рабочего цилиндра, потому что узкие каналы вставки 31 не дают возможности пламени проникнуть в смесительные камеры 29, 30. Во избежание перегрева сопло 55 охлаждается водой по каналам 34.

Трогание с места под нагрузкой осуществляется нагретым сжатым воздухом, который подогревается до температуры 600-700° внутри рабочего цилиндра путем сжигания в таковом некоторого количества генераторного газа, в результате чего получается хороший предварительный прогрев цилиндра и значительная экономия пускового воздуха. При помощи горячего воздуха двигатель трогает тепловоз с места под нагрузкой, после чего делает 2-3 оборота ведущего колеса, затем автоматически переходит на уже описанный рабочий цикл. В камеру горения каждой полости цилиндра открывается пусковая горелка, которая состоит из дополнительной камеры 55 (фиг, 4), диффузора, газового клапана 36 и воздушного клапана 37, (прижимаемых к своим гнездам слабыми пружинами) и электросвечи 38. Для направления газа и воздуха в соответствующую полость цилиндра предусмотрено распределительное приспособление, состоящее из порщневого клапана 39 с хвостовиком 40 и кулачка 41, который кинематически связан с основным газораспределением и реверсированием.

Для трогания с места, машинист соответствующей рукояткой действует на тягу 44, которая поворачивает пробки 42, 43 газопроводов. Газ и воздух, имея давление, примерно, 30-40 ata, устремляются по газопроводам 45, 46, Поршневой .клапан 39 под влиянием давления воздуха поднимается (если ему позволит кулачок 41), открывая доступ воздуху под клапан 37, а газу - под клапан 36, которые открываются, и газ и воздух врываются в полость

пусковой горелки. Во время поднятого положения поршневого клапана 39 в свече происходит пульсация электроискр. Поэтому выходящий газ из камеры 35 воспламеняется и поступает факелом пламени в рабочий цилиндр. Так как здесь горение газа происходит с громадным избытком воздуха, то температура такового повышается не более 600-700°. Наполнение при пуске делается постоянным для определенного индикаторного давления. Когда кулачок 41, поворачиваясь, опустит вниз поршневой клапан 39, тогда прекращается доступ газа и воздуха в горелку, а горячий воздух в цилиндре будет расширяться. После двух-трех оборотов пробки 42, 43 автоматически закрываются и включаются кулачки рабочего цикла.

Предмет изобретения.

1.Тяговой (тепловозный) газовый двухтактный двигатель двойного действия с прямоточной продувкой, допускающий регулирование индикаторного давления путем введения дополнительного количества топлива в воспламененную в цилиндре двигателя смесь, отличающийся тем,, что для осуществления прямоточной продувки продувочный клапан 9 расположен концентрично с порщневым щтоком и является корпусом подвижного сальника (фиг. 1).

2.Форма выполнения двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что привод клапана осуществляется самим щтоком.

3.Форма выполнения двигателя по п. 2, отличающаяся тем, что для привода в действие продувочного клапана порщневой шток снабжен закрепленным на нем упором /.

4.Форма выполнения двигателя по п, 1, отличающаяся тем, что для нодачи в цилиндр дополнительного количества горючей смеси в процессе горения основного заряда между смесителем 30 и камерой горения двигателя расположена вставка с узкими наклонными каналами для предотвращения воспламенения

горючего при открытом клапане 25 добавочного топлива (фиг. 3).

5. Форма выполнения двигателя по пп. 1-5, отличающаяся тем, что для подогрева пускового воздуха

применена дополнительная, соединенная с цилиндром, камера 55, служащая для пропуска пускового воздуха, подогреваемого сжигаемым в камере горючим (фиг. 4).

ФипЗ

Шиг1

j ///////////////.

шнера с.орания Раб.цил.

Фиг4

36

35