Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1981 года по МПК F02N17/00 

1

Изобретение относится к областимашиностроения, а именно двигателестроения, в частности к устройствам, облегчающим запуск двигателя внутреннего сгорания при помощи сжатого воздуха.

Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащее компрессорные цилиндры с патрубками отвода сжатого газа, пусковые цилиндры с патрубками подвода .сжатого газа, перепускной трубопровод, подключенный к указанным патрубкам, источник сжатого воздуха и статор раскрутки 1.

В известных двигателях при пуске перекрывается заслонка, установленная на выхлопе, и включаются в работу компрессорные цилиндры, которые сжимают отработавшие газы и свежий воздух, поступившие от пусковых цилиндров и от-источника сжатого воздуха {компрессора), и подают сжатую газовоздушную смесь, имеющую высокую температуру, в пусковые цилиндры. Однако в таких двигателях при запуске ухудшаются процессы газообмена и сгорания в пусковых цилиндрах изза наличия высокого противодавления на выхлопе и большого количества отработавших газов в рабочем теле.

что приводит к снижению экономичности двигателя на пусковых режимах и увеличению времени запуска.

Кроме того, в известных двигателях в качестве стартера раскрутки используется посторонний источник энергии, например электродвигатель, либо источник сжатого воздуха, ко,j, торне из-за габаритных ограничений не могут быть выполнены большой мощности, что приводит также кувеличению времени закуска.

Целью изобретения является уско-рение запуска двигателя за счет улуч 5 шения процессов сгорания и газообмена в пусковых цилиндрах и использования части цилиндров двигателя для его раскрутки.

Поставленная цель достигается

20 хем, чхо двигатель дополнительно содержит воздухораспределитель, подключенный к источнику сжатого воздуха, и пневматические клапаны, установленные в патрубках подвода и отвода

25 сжатого газа и подключенные к воздухораспределителю, а также тем, что стартер раскрутки выполнен в виде блока цилиндров раскрутки, подключенных через воздухораспределитель

30 к источнику сжатого воздуха. При

этом, блок цилиндров раскрутки может быть выполнен заодно с пусковыми и компрессорными цилиндрами.

На фиг. 1 изображена схема описываемого двигателя; на фиг. 2 - вариант двигателя, когда блок цилиндров раскрутки выполнен заодно с пусковыми и компрессорными цилиндрами; на фиг. 3 - диаграмма фаз газораспределителя пусковых цилиндров; на фиг.

4- диаграмма фаз газораспределитяля компрессорных цилиндров; на фиг.

5- конструкция пневматических кла панов; на фиг. 6 - принципиальная схема воздухораспределителя.

Описываемый двигатель внутреннего сгорания содержит компрессорные цилиндры 1, патрубки 2 отвода сжатого газа, пусковые цилиндры 3, патрубки 4 подвода сжатого газа и перепускной трубопровод 5. Воздухораспределители б и 7 подключены к источнику сжатого воздуха (не показан) и к пневматическим клапанам 8 и 9. Стартер раскрутки выполнен в виде блока цилиндров 10 раскрутки, подклк)ченных через воздухораспределитель 7, пневмтические клапаны 8 и 9 и трубопровод 11 к источнику сжатого воздуха. Пневматические клапаны 8 установлены в патрубках 2 и 4 отвода и подвода сжатого газа.

Блок цилиндров 10 раскрутки может быть выполнен заодно с пусковыми и компрессорными цилиндрами 3 и 1 (фиг. 2).

На фиг. 3 изображена диаграмма фаз газораспределения пусковых цилиндров 3 (для четырехтактного двигателя) . На диаграмме обозначо ны следующие точки: 12 - верхняямертвая, точка, 13 - нижняя мертвая точка, 14 - открытие- впускного клапана,

15- закрытие впускного клапана и открытие пневматического клапана 8,

16- дозарядка сжатым газом, 17 закрытие пневматического клапана 8,

18- открытие выпускного клапана,

19- закрытие выпускного клапана. Оптимальная зона дозаряда сжатым газом находится на такте сжатия сразу после закрытия впускного клапана (между точками 15 и J7) .

На фиг. 4 изображена диаграмма фаз газораспределения компрессорных цилиндров 1 (для четырехтактного двигателя). На диаграмме дополнительно обозначены следующие точки: 20 закрытие впускного клапана, 21 - открытие пневматического клапана 8, 22 - отбор сжатого газа. Наиболее оптимальная зона отбора воздуха находится на такте сжатия вблизи верхней мертвой точки 12 (между точками 21 и 17).

На фиг. 5 изображена одна из возможных конструкций пневматических клапанов 8 и 9, которые состоят из штока 23, корпуса 24, тарелки 25,

пружины 26, накидной Гайки 27, ниппеля 28. К управлякнцей полости 29 клапана подводится сжатый воздух от воздухораспределителя б или 7, Рабочая полость 30 клапана предназначена для перепуска сжатого газа из компрессорного цилиндра 1 в трубопровод 5, либо для перепуска сжатого газа из трубопровода 5 в пусковой цилиндр

На фиг, 6 изображена конструктивная схема воздухораспределителей б или 7, которые состоят из золотника 31, корпуса 32 и крышки 33. Через отверстие 34 в крышке 33 в полость 35 воздухораспределителя подводится сжатый воздух. Отверстие 36 в золотнике 31 служит для сообщения полости 35 с отверстиями 37 и 38 в корпусе 32, которые соединены с упр -ляющими полостями 29 пневматических клапанов 8 и 9. В корпусе 32 воздухораспределителя имеется отверстие 39, сообщающее полость 40 золотника

31с атмосферой.

Кромка 41 золотника 31 служит для соединения отверстий 37 и 38 в корпусе 32 воздухораспределителя, а значит и управляющих полостей 29 пневматических клапанов с полостью 40 золотника и через отверстие 39 с атмосферой. Золотник 31 через зубчатую передачу связан с коленчатым валом двигателя и в случае четырехтактного двигателя вращается с число оборотов, равным половине числа оборотов коленчатого вала. Корпус

32и крышка 33 воздухораспределителя неподвижны. Количество отверстий 37

и 38 соответствует количеству управляемых воздухораспределителем пневматических клапанов 8 и 9. На фиг.

6приведентакже вид на торец 42 ЗОЛОТНИКИ 31 и корпуса 32,

Взаимное расположение отверстий 38 в корпусе 32 воздухораспределителя обеспечивает нужный порядок работы пневматических клапанов, обусловленный схемой коленчатого вала, отверстий 37 - нужный порядок работы пневматических клапанов 8, установленных на пусковых цилиндрах; взаимное расположение отвеЕЯзтий 37 и 38 обеспечивает смещение по фазе работы пневматических клапанов 8 в соответствии с наступлением моментов отбора сжатого газа из компрессорных цилиндров I и дозарядки пусковых цилиндров 3.

Конструкция воздухораспределителя

7(см. фиг. 1 и 2) отличается от конструкции воздухораспределителя б

(см. фиг. 6} тем, что отверстия 37 и 38 в корпусе 32 расположены равномерно по окружности, так как подача воздуха из баллона в цилиндры раскрутки должна осуществляться через равные промежутки по углу поворота коленчатого вала в соответствии с моментом наступления в них такта

рабочего хода (для раскрутки коявнчатого вала двигателя воздух в блок цилиндров 10 раскрутки должен подаваться на такте рабочего хода. Золотник воздухораспределителя 7 также через зубчатуто передачу связан с коленчатым валом двигателя и для четырехтактного двигателя вращается с оборотами, равными половине оборотов коленчатого вала.

Двигатель работает следующим образом.

В трубопровод 11 ив полости 35 (см. фиг. б) воздухораспределителей 6 и 7 подается из баллона (источника) сжатый воздух высокого давления. Воздухораспределитель 7 Всегда йыполняется так, чтобы при любом положении вала двигателя отверстие 36 в золотнике 31 сообщалось с одним из отверстий в корпусе 32. Сжатый воздух, пройдя по трубопроводу, соединяющему отверстие 36 в корпусе с управляющей полостью 29 клапана 9 раскрутки (см. .фиг. 5), толкает шток 23 клапана вниз, сообщая с полостью соответствующего цилиндра блока цилиндров 10 раскрутки трубопровод 11. Так как положение поршня в этом, цилиндре соответствует такту рабочего хода (расширения), что дос тигается настройкой воздухораспределителя, то воздух высокого давления толкает поршень вниз, приводя во вращение коленчатый вад двигателя. Золотник 31 воздухораспределителя, механически связанный с коленчатым валом двигателя, начинает вращаться, и отверстия. 36 в золотнике 31 последовательно соединяется с отверстиями 37 и 38 в корпусе 32 воздухораспределителя, открывая доступ сжатого, воздуха из баллона к управляющей полости 29 соответствующих пневматических клапанов 9. Воздух из баллона поступает в блок цилиндров 10 раскрутки, толкает их поршни и раскручивает коленчатый вал Двигателя до оборотов, соответствующих давлению воздуха в баллоне Закрытие пневматических клапанов 9 происходит под действием пружины 26 и давления в цилиндрах 10 сразу после того, как кромка 41 золотника 31 сообщает управляющую полость.29 клаГЕана с полостью 40 и золотника; 31 через отверстие 39 с атмосферой.

В тот же момент, как начинают двигаться поршни цилиндров 10 раскрутки (начинает вращаться коленча-. тый вал), приходят в движение поршния пусковых цилиндров 3 и компрессорных цилиядров 1, начинает вра-. щаться золотник 31 воздухораспределителя 6, полость 35 сообщает с баллоном через отверстия 37 и 38 в корпусе 32 последовательно управляющие полости 29 пневматических клапанов 8-. Штоки 23 клапанов 8, установленных на компрессорных цилиндрах 1, двигаясь вниз, сообщают их рабочие полости 30, а следовательно и трубопровод 5с полостями компрессорных цилиндров 1. Штоки 23 клапанов 8, установленных на пусковых цилиндрах 3, сообщают свои рабочие полости 30 с полостями пусковых ци- линдров 3..

Поскольку воздух из компрессорных цилиндров 1 перепускается в трубо0провод 5 при давлении более высоком в конце такта сжатия , чем давление в пусковых цилиндрах 3 в момент дозарядки, то происходит перепуск воздуха из трубопровода 5 в пусковые

5 цилиндры 3 и дозарядка их,

Закрытие клапанов 8 происходит последоватеЛь но после того, как кромка 41 золотника 31 сообщит их управляющие полости 29 с атмосферой через полость 40 и отверстие 39..

0

Перепуск воздуха из компрессорных цилиндров 1 в трубопровод 5 приводит к тому, .что давление воздушного заряда в них, а следовательно и температура понижается, т.е. само5воспламенение топлива в компрессорных цилиндрах 1 в момент пуска пусковых цилиндров 3 исключено. Поэтому нет необходимости в отключении на этот момент подачи топлива в компрес0сорные цилиндры 1.

Дозарядка пусковых цилиндров 3 порцией сжатого горячего воздуха, отобранного из компрессорных цилиндров 1, приводит к тому, что давление,

5 а следовательно и температура воздушного заряда в них в начале его сжатия (сразу после закрытия впускных клапанов) окажутся выше; чем давление и температура воздушного заряда

0 в цилиндрах 10 раскрутки. В конце сжатия давление и температура воз- душного заряда в пусковых цилиндрах 3 значительно выше, чем в цилиндрах 10 раскрутки и достигают значений, достаточных для самовоспламенения

5 впрыскиваемого топлива.

Происходит пуск пусковых цилиндров 3, и коленчатый вал двигателя начинает крутиться под действием газовых сил,которые будут толкать

0 поршни пусковых цилиндров 3.

После пускапусковых цилиндров 3 принудительно прекращается подача сжатого воздуха из баллона к воздухораспределителям 6 и 7, клапаны

5 8 и 9 перестают функционировать. По мере увеличения скорости вращения вала двигателя работающими пусковыми- цилиндрами 3 и по мере прогрева деталей и систем двигателя в цилинд0 10 раскрутки и компрессорных цилиндрах 1 (в этот момент они уже не выполняют роль цилиндров раскрутки и компрессорных цилиндров) возникают температурные условия, доста5точные для самовоспламенения топлива. Происходит их пуск. Топливо, накопившееся в этих цилиндрах за времй, преяаествуюадее их пуску, спо-собствует обоггидению смеси в них и .ускоряет пуск.

В результате подачи в пусковые цилиндры 3 сжатого воздуха из компрессорных ццлиндров достижение температур, достаточных для самовоспламенения топлива, становится возможным при дозарядке их меньшим количеством воздуха, чем в случае подачи воздуха в цилиндаы из баллона (в последнем случае имеется охлаждай) адий эффект). Это предотвращает возникновение чрезмерно высоких давлений в цилиндрах в момент вспышки при пуске двигателя.

При работе двигателя, изображенного на фиг. 2, раскрутка его сжатым воздухом, процесс отбора воздуха и дозарядки цилиндров осуществляете одними цилиндрами. При этой фазе работы клапаны 8 и 9 не накладываются

друг на друга.

Описываемый дв1 гатель внутреннего сгорания позволяет иметь низкую степень сжатия, сохраняя при этом пусковые свойства и увеличенный ресурс и мощность. Ожидаемый экономический эффект от снижения степен ; сжатия в результате применения описываемого технического решения достигает до 30% от стоимости дизеля.

Формула изобретения

1, Двигатель внутреннего сгорания, содержащий компрессорные цилиндры с патрубками отвода сжатого газа, пусковые цилиндра с патрубками подвода сжатого газа, перепускной трубопровод, подключенный к указанным патрубкам, источник сжатого воздуха и стартер раскрутки/ отличающийс я тем, что, с целью ускорения запуска, двигатель дополнительно содержит воздухораспределитель, подключенный к источнику сжатого воздуха, и пневматические клапаны, установленные в патрубках подвода и отвода сжатого газа и подключенные к воздухораспределителю.

2.Двигатель по п. 1, о т л и- , ч а ю щ и и с я ,тем, что стартер раскрутки выполнен в виде блока цилиндров раскрутки, подключенный через воздухораспределитель к источнику сжатого.воздухаi

3.Двигатель по :пП. 1 и 2, О tл и ч а ю щи и с я тем, что блок

S цилиндров раскрутки выполнен заодно с пусковыми и компрессорными цилиндрами.

источники информации, принятые во внимание при«экспертизе

1. Патент США № 394113, кл. F 02 N 17/00, 1976.

If yfrflff jt/ffft/ ev fft mffrff

В orrrff0f0e/ y