ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО ГОРЕНИЯ С НАДДУВКОЙ Советский патент 1928 года по МПК F02B37/04 

Предлагаемое изобретение касается четырехтактного двигателя внутреннего горения с наддувкой, отработавшие газы которого утилизируются для приведения в движение турбины, вращающей наддувочный насос. В предложенном двигателе предназначенные для турбины отработанные газы забираются в конце хода, при котором происходит расширение, а остальная часть их выпускается наружу, при чем сжатый воздух в начале хода, в период сжатия, вводится в цилиндр в виде дополнительного заряда. Предлагаемое изобретение имеет целью создание такого двигателя, у которого части, управляющие забором отработавших газов и введением дополнительного воздуха, имели бы простое устройство и были бы надежны в эксплоатации. Это достигается тем, что забор отработавших газов и введение дополнительного заряда воздуха происходит через общий ряд окон, расположенных в стенке рабочего цилиндра и открываемых рабочим поршнем в его нижнем мертвом положении, при чем эти окна попеременно сообщаются с трубопроводом, ведущим к работающей на отработавших газах турбине, и с трубопроводом, ведущим к воздушному компрессору.

На чертеже фиг. 1-4 изображают в продольном разрезе цилиндр четырехтактного двигателя внутреннего горения с наддувкой при четырех положениях рабочего цикла: фиг. 5 - разрез по линии 5-5 на фиг. 2 и фиг. 6 - разрез по линии 6-6 на фиг. 3.

Охлаждаемый рабочий цилиндр А сверху закрывается также охлаждаемой крышкой В, в которой находится впускной клапан С, выпускной клапан D и служащий для вспрыскивания топлива клапан Е. В цилиндре А ходит поршень F, который при своем нижнем мертвом положении (фиг. 2 и 4) открывает ряд окон а¹ в стенке цилиндра, кончающихся в камере G, имеющей, во избежание значительного увеличения вредного пространства, весьма небольшие размеры и высоту, равную высоте окон а¹. Через эту камеру проходит золотниковый цилиндр Н, в котором имеется ряд окон h¹, управляемых поршневым золотником J. К верхнему концу цилиндра Н, при помощи изогнутого под прямым углом патрубка h², присоединен трубопровод K, ведущий к (не изображенной на чертеже) турбине, работающей на отработавших газах; к патрубку h³, расположенному соответственно у нижнего конца золотникового цилиндра Н, присоединен трубопровод L, ведущий к (также не изображенному на чертеже) компрессору. Золотниковый шток М проходит через сальник h⁴ к ползуну N, соединенному при помощи шатуна O с кривошипным механизмом Р. Вал Q кривошипа Р приводится в движение от вала мотора с половинным числом оборотов. Под рядом окон а¹ в рабочем цилиндре имеется второй ряд окон а², кончающихся в канале а³, устроенном в стенке цилиндра и сообщающимся с выхлопным трубопроводом (фиг. 6) при помощи патрубка а⁴ и (неизображенного на чертеже) трубопровода. При помощи устроенного в поршне F углубления, сечение которого имеет форму полукруга, ряды окон а¹ и а² могут быть соединены друг с другом при верхнем мертвом положении поршня.

На фиг. 1 поршень F занимает свое верхнее мертвое положение в конце хода, соответствующего сжатию, а золотник J находится в том положении, при котором он перекрывает ряд окон h¹. При происходящем вслед за этим воспламенении и горении горючего поршень перемещается вниз, при чем газы расширяются. В конке хода, соответствующего расширению (фиг. 2), верхний край поршня F открывает ряд окон а¹. Вместе с тем золотник J также находится приблизительно в своем нижнем мертвом положении, так что окна h¹ оказываются совершенно открытыми. Находящиеся в цилиндре газы, обладающие еще некоторою упругостью с давлением, превышающим атмосферное, напр., на 0.7 атм., через окна а¹ вытекают в камеру G и отсюда через окна h^l в пространство h² и через трубопровод K к действующей отработавшими газами турбине, где они совершают соответствующую работу. При следующем движении вверх поршень F снова закрывает окна а¹ и вытесняет оставшиеся в цилиндре отработавшие газы через открывающийся выпусной клапан D наружу. Одновременно с этим перемещается вверх и золотник J, занимающий при верхнем мертвом положении поршня F, изображенное на фиг. 3 положение. Это восходящее движение золотника продолжается и во время следующего за этим хода поршня F вниз, при котором происходит засасывание; когда поршень F, придя в конце всасывающего хода в свое нижнее мертвое положение, снова открывает верхним своим краем окна а¹ (фиг. 4), золотник J находится в своем верхнем мертвом положении, благодаря чему устанавливается соединение внутреннего пространства цилиндра с трубопроводом L сжатого воздуха через окна а¹ и h¹, камеру G и патрубок h³. В этом положении (фиг. 4) через трубопровод L из компрессора притекает сжатый воздух, давление которого превышает атмосферное приблизительно на 0,7 атм., и поступает в рабочий цилиндр А. Благодаря этому дополнительному заряду воздуха, находящийся в цилиндре воздух, попавший в него путем засасывания, также сжимается примерно до 0,7 атм., вследствие чего мощность повышается, по мнению автора, примерно на 50%, при условии, если избыток воздуха для рабочего процесса остается тем же, как и при работе без предварительного сжатия.

При вышеописанном процессе возникает, однако, следующее затруднение: после того, как отработавшие газы в конце хода расширения (фиг. 2) через окна а¹ и h¹ и трубопровод K попали в работающую на этих газах турбину и окна а¹ снова закрылись, благодаря перемещению поршня F, камера G остается еще наполненной отработавшими газами. Когда в конце всасывающего хода (фиг. 4) в рабочий цилиндр А вводится предварительно сжатый воздух, то упомянутые оставшиеся в камере G газы могут попасть внутрь цилиндра под действием сжатого воздуха, что в значительной мере нарушило бы хорошее горение. Этот недостаток устраняется устройством окон а² и углубления f¹ в поршне F. Когда поршень в конце выталкивающего хода достигает своего верхнего мертвого положения (фиг. 3) окна а¹ и а² соединяются друг с другом через углубление ƒ¹. При верхнем мертвом положении поршня (фиг. 3) перемещающийся снизу вверх золотник J своим нижним ребром уже несколько открывает ряд окон h¹; тогда из компрессора, через трубопровод L и патрубок h³, притекает некоторое небольшое количество воздуха в камеру G и выталкивает находящиеся в этой последней газы по пути а¹, f¹, а² в кольцевой канал а³ и оттуда в выхлопной трубопровод. Поэтому в начале поступления дополнительного заряда воздуха вся камера G уже оказывается наполненной чистым воздухом.

Соединение между окнами а¹ и а² через углубление f^l в поршне происходит и при том верхнем мертвом положении рабочего поршня, которое следует за ходом, соответствующим сжатию. Если бы и при этом положении поршня золотник J, в данном случае - своим верхним краем, уже несколько открывал окна h¹, то часть находящихся в золотниковом цилиндре H или в патрубке h² и трубопроводе K отработавших газов попала бы в камеру G и вытеснила бы оттуда находящийся там чистый воздух. Но это вызвало бы потерю мощности для турбины и, кроме того, частое протекание горячих отработавших газов через окна h¹, что явилось бы причиной слишком быстрого износа этих последних. Такое нежелательное преждевременное открытие окон h¹ и вредные последствия этого явления устраняются тем, что кривошипный вал Q располагается сбоку от оси золотникового штока М, ибо при таком устройстве работа золотника становится несимметричной. Таким боковым выносом кривошипного вала Q можно достичь того, что золотник при своем опускании открывает окна h¹ позже, чем при восходящем движении, благодаря чему в то время, когда углубление f¹ после соответствующего сжатию хода поршня соединяет окна а¹ и а², окна h¹ будут и еще совершенно закрыты. Таким способом устраняется возможность вытеснения заключенного в камере чистого воздуха протекающими отработавшими газами. Кроме того, этим достигается еще та выгода, что распределительные части N, О, Р, Q становятся легко доступными и совершенно не подвергаются действию горячих газов.

1. Четырехтактный двигатель внутреннего горения с наддувкой, отработавшие газы которого утилизируются для приведения в движение вращающей наддувочный насос турбины, характеризующийся тем, что для выпуска отработавших газов и для ввода наддувочного воздуха служат одни и те же окна а¹, открываемые поршнем при его нижнем положении и сообщаемые золотником J поочередно то с трубой K, идущей к турбине, то с трубой L, ведущей от наддувочного компрессора (фиг. 1-5).

2. Форма выполнения охарактеризованного в п. 1 двигателя, отличающаяся тем, что золотник J приводится в движение кривошипным механизмом, вал Q которого расположен между золотником и его ползуном N и смещен относительно линии движения золотника (фиг. 1-4).

3. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 двигателя, отличающееся применением второго ряда окон а², расположенных под окнами а¹ и ведущих в канал а³ и выпускную трубу а⁴, каковые окна сообщаются с окнами при помощи углубления ƒ¹ в стенке поршня при верхнем положении последнего (фиг. 1 и 6).