СПОСОБ ДЕЙСТВИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО ГОРЕНИЯ Советский патент 1929 года по МПК F02B75/12 

Предлагаемый способ действия двигателя внутреннего горения заключается в том, что всасываемый свежий заряд смешивается с охлажденной частью заряда предыдущего цикла и сжимается почти изотермически, благодаря развитой поверхности охлаждения особой камеры сжатия, куда часть заряда отделяется в средине хода сжатия, а остаток подвергается в рабочем цилиндре обычному адиабатическому сжатию. Для отделения части заряда в камеру сжатия рабочий цилиндр снабжен добавочным клапаном (или добавочным окном при золотниковом распределении), приводимым в движение от распределительного вала и открываемым в начале хода сжатия и закрываемым в средине его. В многоцилиндровых двигателях камера сжатия является общей для всех цилиндров и может быть выполнена в виде замкнутого или незамкнутого кольцевого трубопровода.

Фиг. 1 представляет схематический вид одноцилиндрового двигателя с расположением клапанов в головке цилиндра; фиг. 2 дает схематическое изображение четырехцилиндрового двигателя с распределением помощью двух круглых цилиндрических золотников, монтированного на раме автомобиля; фиг. 3 - поперечное сечение одного из цилиндров двигателя по линии А-А фиг. 2; фиг. 4 - схематический боковой вид каналов, служащих для соединения цилиндров двигателя с камерою сжатия; фиг. 5 - схематический вид в плане сверху этой же части устройства; фиг. 6 - видоизменение расположения каналов, указанное на фиг. 5, при котором оба сборных канала заглушаются по концам без соединения их друг с другом; фиг. 1а по 6а изображают схематически работу распределения за время одного полного цикла в двигателе, представленном на фиг. 2-6, а также способ осуществления означенного распределения при помощи двух полых цилиндрических золотников.

Представленный на фиг. 1 двигатель состоит из цилиндра 1, кривошипной камеры 2, шатуна 5 и поршня 6, приводимого в движение от коленчатого вала 3 кривошипом 4. Кулачный вал 7, приводимый во вращение не показанной на чертеже зубчатой передачей от коленчатого вала, своими кулаками 8 действует на толкатели 9 и помощью связанных с ними тяг 10 и рычагов 11 воздействует на клапаны двигателя. Предлагаемый двигатель снабжен тремя клапанами 12, 13 и 14. Клапан 14 служит для выпуска и открывается обычным образом в выпускной канал двигателя. Клапан 13 служит для впуска и сообщается с впускной трубой, а через эту последнюю с карбуратором, как это обычно имеет место. Клапан 12 через канал 15 сообщается с камерою сжатия 16. Камера сжатия 16 снабжается, также как цилиндр 1 и головка цилиндра двигателя, водяною рубашкою, а, кроме того, добавочным охлаждением в виде поперечных трубок 17, пересекающих камеру и сообщающихся у своих концов с внутренностью рубашки. Описываемый двигатель выполняется с обычным приспособлением для зажигания (не показанным на чертеже) любого устройства, например, в виде запала высокого напряжения, а также соответствующего типа карбуратором для приготовления взрывной смеси из воздуха и газообразного, обращенного в пары или распыленного горючего. Рабочий цикл предлагаемого двигателя состоит из следующего. При всасывающем ходе поршня 1, клапаны 12 и 14 закрыты и, по мере движения поршня книзу, во время этого хода в цилиндр всасывается заряд взрывной смеси. В нижней мертвой точке всасывающего хода поршня 6 - впускной клапан 13 закрывается. Через короткое время после закрытия клапана 13, при сжимающем ходе поршня открывается клапан 12, ведущий в камеру сжатия, который остается открытым до тех пор, пока поршень не достигнет середины своего сжимающего хода. В этот момент клапан 12 закрывается. После того, как поршень заканчивает свой сжимающий ход, происходит воспламенение, а затем и рабочий ход двигателя, совершенно так же, как это имеет место в обычных четырехтактных двигателях, при чем все клапаны остаются закрытыми. В нижней мертвой точке рабочего хода или незадолго до ее достижения открывается выпускной клапан 14, который остается открытым в течение выпускного хода. Из предыдущего ясно, что при описанном только что цикле, в том случае, когда двигатель только что пускается в работу, камера сжатия 16 будет содержать воздух или взрывную смесь приблизительно при атмосферном давлении. При первом же сжимающем ходе поршня некоторый заряд взрывной смеси будет вытеснен поршнем через открытый клапан 12 внутрь камеры сжатия и, по закрывании названного клапана здесь заперт под некоторым давлением, соответствующим моменту закрытия клапана. Во время последующего рабочего, выпускного и всасывающего ходов, содержащийся под некоторым давлением в камере 16 заряд этот подвергается охлаждению вследствие своего соприкосновения со снабженными водяною рубашкою стенками, а также с добавочными охлаждающими поверхностями, предусмотренными для этой цели в виде трубок 17. Означенное охлаждение окажет снижающее действие на величину давления в камере 16. По открытии клапана 12 при ближайшем следующем сжимающем ходе поршня, охлажденный заряд, бывший до тех пор заключенным в камере сжатия 16, устремятся из этой последней в цилиндр 1, смешиваясь здесь с последним присосанным зарядом взрывной смеси и устанавливая повышенное над атмосферным давление в камере 16 и цилиндре 1. При продолжении сжимающего хода произойдет обратное движение смеси из цилиндра в камеру сжатия 16, при чем, по окончании этого второго сжимающего хода, заряд, который окажется теперь заключенным внутри камеры 16, будет иметь уже более высокое давление, чем при первом ходе. Описанный процесс повторяется в течение нескольких первых рабочих циклов двигателя, к концу которых установится некоторое состояние равновесия, являющееся нормальным рабочим состоянием, при чем цикл будет протекать следующим образом. По открытии клапана 12, ведущего в камеру сжатия, заключенная в этой последней и охлажденная смесь, под давлением, поступает в цилиндр 1, заполняя его пространство и смешиваясь с присосанным во время всасывающего хода зарядом горючей смеси. Во время дальнейшей части сжимающего хода и вплоть до момента закрытия клапана 12, заряд этот подвергается сжатию, при чем величина сжатия выражается отношением между об′емом, описываемым поршнем, и суммою об′емов камеры сжатии и пространства, расположенного в цилиндре над поршнем. После закрытия сообщающегося с камерою сжатия клапана 12, остальное перемещение поршня до того, как производится зажигание, происходит при обычных условиях работы двигателя внутреннего горения, т.-е. практически с весьма большим приближением к адиабатическому сжатию. Следует, однако, заметить, что вплоть до момента закрывания сообщающегося с камерою сжатия клапана 12, сжимающий ход является в значительной степени изотермическим, благодаря поверхности охлаждения в камере 16. В случае многоцилиндровых двигателей можно устраивать отдельные камеры сжатия для каждого из цилиндров, или же можно применять одну общую камеру сжатия для всех цилиндров с отходящими от нее к каждому цилиндру отдельными, снабженными клапанами каналами, как изображено на фиг. 5 и 6. На фиг. 2 показан четырехцилиндровый автомобильный двигатель 19, снабженный водяным охлаждением и распределением помощью полых цилиндрических золотников, каковой двигатель показан монтированным, как обычно, на передней части рамы автомобиля, непосредственно за радиатором 20, по которому циркулирует охлаждающая вода для рубашек двигателя. Для возможности работы предлагаемого двигателя по описанному выше рабочему циклу, двигатель этот снабжается добавочными сборными камерами, расположенными вдоль одной его стороны и обозначенными цыфрами 21 и 22, при чем камера 21 служит выпускною камерой для сжатого заряда, а камера 22 - впускною камерой. Каждая из обеих названных камер соединяется с каждым из цилиндров двигателя через посредство патрубка 23, в котором расположен обратный клапан. Клапаны, помещающиеся в каналах, ведущих к выпускной трубе 21, приспособлены для открытия наружу, клапаны, установленные в трубе 22 - для открытия внутрь. У задней стороны двигателя обе трубы 21 и 22 могут соединяться друг с другом, как показано на фиг. 5, и могут быть разъединены, как показано на фиг. 6, на которой камеры 21′ и 22′ находятся в сообщении с цилиндрами и с камерою сжатия, как на фиг. 2-5, не будучи соединенными друг с другом у своих задних концов. Передние концы названных камер соединяются соответственно с верхнею и нижнею частью охлаждающего змеевика 25 (фиг. 2), расположенного в вертикальной плоскости параллельно передней поверхности радиатора 20. Кожух радиатора 20 совершенно закрывает как упомянутый только что змеевик, так и корпус самого радиатора, и снабжается спереди переставными затворами 26, помощью которых можно регулировать поток воздуха, омывающий охлаждающий змеевик 25 и радиатор 20. Внутренние концы канала 23 сообщаются с устроенною в боковой стороне цилиндра общей камерой 27. Ведущие в камеру сжатия каналы полых цилиндрических золотников двигателя приспособлены для установки против канала 28, ведущего в камеру 27. На фиг. 1а и 6а показаны различные положения поршня 31, приводимого в движение от кривошипа 34 и цилиндрических золотников 29 и 30, приводимых в движение от вала 32 и тяг 33. Золотники 29 и 30 снабжаются тремя комплектами каналов, а именно: впускными каналами 35, выпускными 36 и каналами, ведущими в камеру сжатия 37. На фиг. 1а палец кривошипа 34 находится в своей верхней мертвой точке, а золотники - в положении, занимаемом ими при начале впускного хода, когда два впускных канала 35 собираются открыться для впуска в цилиндр взрывной смеси при движении книзу пальца кривошипа. Во время всего последующего хода впускные каналы остаются открытыми, а выпускные каналы 36 и каналы 37 камеры сжатия остаются закрытыми. На фиг. 2а представлено положение частей при начале сжимающего хода, когда впускные каналы собираются закрыться, а каналы 37 камеры сжатия собираются открыться, при чем выпускные каналы все еще остаются закрытыми. На фиг. 3а впускные и выпускные каналы закрыты, канал же, ведущий в камеру сжатия, открыт, каковое состояние продолжается до момента, соответствующего переходу, поршня за середину своего сжимающего хода. В этот момент, как представлено на фиг. 4а, канал, ведущий в камеру сжатия, закрывается и в течение остальной части сжимающего хода, как показано на фиг. 5а, а также в течение всего рабочего хода, как показано на фиг. 6а, все каналы остаются закрытыми. Выпускные каналы 36 слегка приоткрываются перед окончанием рабочего хода, как изображено на фиг. 6а и остаются открытыми во время всего последующего выпускного хода. Этим заканчивается цикл, при чем каналы снова приводятся в положение, показанное на фиг. 1a.

1. Способ действия двигателей внутреннего горения, характеризующийся тем, что всосанная свежая горючая смесь вместе с присоединенной к ней в начале сжатия смесью, сжатой при предыдущем цикле в особой охлаждаемой камере, подвергается изотермическому сжатию в рабочем цилиндре и упомянутой камере, каковое сжатие после отделения последней от цилиндра заканчивается в нем адиабатически до момента воспламенения смеси.

2. Применение для осуществления охарактеризованного в п. 1 способа охлаждаемой камеры 16 (фиг. 1), отделяемой от рабочего цилиндра клапаном 12, открываемым при начале сжатия и закрываемым по совершении поршнем половины хода сжатия.

3. Применение для осуществления охарактеризованного в п. 1 способа, в случае использования его для многоцилиндровых двигателей, камеры сжатия, состоящей из двух труб 21 и 22 (фиг. 2-4), соединенных между собой на одном конце (фиг. 5) или же раз′единенных (фиг. 6) и связанных: - с холодильником 25 другими своими концами и с цилиндрами двигателя - патрубками 23 и 24, снабженными автоматическими клапанами (фиг. 5 и 6).