Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидравлическим приводом Советский патент 1981 года по МПК F01B11/08 

магистралью, при этом золотник и гильза выполнены с возможностью поочередного соединения рабочих полостей исполнительных гидроцилиндров с гидроаккумулятором и сливной магистралью, а также тем, что управляющее устройство блокировочного клапана выполнено в виде плунжера, соединенного с неподпружиненным торцом клапана и установленного в гильзе, полость которой сообщена клапаном с поршневой полостью. Кроме того, канал каждого нсполнительного гндроцилиндра, соединяющий его с гндрораспределителем, содержит две ветви, в каждой из которых установлены обратный клапан и регулируемый дроссель с возможностью прохода жидкости по каналу в прямом и обратном направлении, и каладый клапан механизма газораспределения снабл ен устройством торможения в конце рабочего и обратного ходов, выполненным в виде гидравлического амортизатора, совмещенного с исполнительным гидроцилиндром.

На чертеже схематично представлен предлагаемый двигатель.

Двигатель содерлшт цилиндр 1, в котором размещен норщень 2, разделяющий внутренний объем цилиндра на камеру сгорания 3 и подпорщневую полость 4, сообщенную через обратные клапаны 5 и 6, прикрепленные к днищу 7 цилиндра 1, соответственно, напорной 8 и сливной 9 магистралями гидропередачи, подключенными к нагрузочному гидромотору 10, который имеет установленные в головке цилиндра 11 впускной 12 и выпускной 13 клапаны газораспределения, снабженные пружинами 14 и 15, удерживающими их в закрытом положении, гидроприводом, включающим исполнительные гидроцилиндры 16 и 17 с рабочими плунжерами 18 и 19, соединенными со щтоками 20 и 21, и гидроаккумулятор 22, соединенный через обратный клапан 23 с напорной магистралью 8 и подключенный к рабочим полостям 24 и 25 гидроцилиндров 16 и 17 через управляющий гидрораспределитель, выполненный в виде золотника 26, соединенного с порщнем 2 и установленного в гильзу 27. В золотнике 26 выполнены кольцевые проточки 28 и 29, а в гильзе 27 - кольцевые проточки - окна 30-35, причем проточки 30 и 31 соединены, соответственно, каналами 36 и 37 с гидроаккумулятором 22, проточки 32 и 33 - каналами 38 и 39 - со сливной магистралью 9, а проточки 34 и 35 - каналами 40 и 41, соответственно, с полостями 24 и 25 гидроцилиндров 16 и 17. Проточки 28-35 выполнены таким образом, что при движении золотника 26 совместно с порщнем 2 проточка 34 с помощью проточки 28 может соединяться поочередно с проточками 30 и 32, а проточка 35 с помощью проточки 29 - поочередно- с проточками 31 и 33. При этом проточки 28 и 29 расположены вдоль оси

золотника 26, а проточки 30-35 - вдоль оси гильзы 27 таким об)азом, что указанное соединение проточек, а следовательно, и срабатывание клапанов 12 и 13 происходит в соответствии с фазами газораспределения двигателя, устанавливаемыми по положению порщня 2, записываемому им при рабочем и обратном ходе. Гидроцилиндр 16 впускного клапана 12 снабжен установленным в канале 36 блокировочным клапаном 42 с пружиной 43, соединенным своим неподпружиненным торцом с плуил ером 44, рабочая полость 45 которого подключена с помощью канала 46 к подпорщневой полости 4.

В каналах 40 н 41 установлен регулировочный элемент 47, содерлсащий каналы 48 .и 49, параллельно подсоединенные к каналу 40, а каналы 50 и 51, параллельно подсоединенные к каналу 41, обратные клапаны 52 и 53, установленные соответственно в каналах 48 и 50 и пропускающие рабочую л идкость в направлении от гидрораспределителя к рабочим полостям 24 и 25, обратные клапаны 54 и 55, установленные, соответственно, в каналах 49 и 51 и нропускающие рабочую л идкость в паправлении от рабочих полостей 24 и 25 гидроцилиндров 16 и 17 к гидрораспределитслю, а также установленные по одному в каждом из каналов 48-51 регулируемые дроссели, включающие седла 56-59 и регулировочные щитовые затворы 60-63.

Клапаны 12 и 13 спабл ены гидравлическими амортизаторами, выполненными в виде совмещенных с плунлсерами 18 и 19 порщней 64 и 65, камер 66 и 67 тормол ения, плунжеров 18 и 19 в конце прямого хода, камер 68 и 69 тормол ения плунжеров 18 и 19 в конце обратного хода и камер 70 и 71 свободного хода плунлсеров 18 и 19. Слив рабочей жидкости, проникающей в торцовую камеру 72, осуществляется по каналу 73, а из подпружиненной полости 74 жидкость через канал 75 сливается в проточку 33, соединенную с магистралью 9.

Для гащения пульсаций давления жидкости в напорной магистрали 8 и обеспечения питания гидромотора 10 рабочей жидкостью подключен гидроаккумулятор 76, а для обеспечения слива рабочей жидкости- гидроаккумулятор 77.

Устройство работает следующим образом.

Порщень 2 совершает колебательное возвратно-поступательное движение в цилиндре 1 под воздействием перепада давления со стороны камеры сгорания 3 и подпорщневой полости 4. Вместе с порщнем 2 движется золотник 26 в гильзе 27.

При рабочем ходе порщня 2 под воздействием давления, образующегося в результате расщирения продуктов сгорания в камере 3, рабочая л идкость вытесняется из подпорщневой полости 4 через обратный

клапан 5 в напорную магистраль 7, по которой жидкость под высоким давлением поступает на гидромотор 10, приводящий нагрузку. При этом часть жидкости из магистрали 8 поступает через обратный клапан 23 в гидроаккумулятор 22. После прохождения поршнем 2 определенной части его рабочего хода давление в камере сгорания 3 и, соответственно, в напорной магистрали 8 понижается. При этом, когда давление в магистрали 8 становится давления в гидроаккумуляторе 22, обратный клапан 23 под действием образующегося на нем перепада давления закрывается и тем самым блокирует выход жидкости из гидроаккумулятора 22 в магистраль 8. Накопленная таким образом в гидроаккумуляторе 22 под высоким давлением жидкость используется для привода плунжеров 18 и 19 гидроцилиндров 16 и 17.

В процессе колебательного возвратпо-поступательного движения совместно с порщнем 2 золотник 26 своими проточками 28 и 29 соединяет проточки 34 и 35 в гильзе 27 и подключенные к этим проточкам рабочие полости 24 и 25 гидродилиидров 16 и 17 поочередно с гидроаккумулятором 22 п со сливной магистралью 9, благодаря чему обеспечивается срабатывание клапанов газораспределения 12 и 13 в зависимости от положения порщня 2 в соответствии с установленными по положению порщня фазами газораспределения двигателя. При этом последовательно осуществляются открытие выпускного клапана 13 в конце рабочего хода порщпя 2 в момент, когда проточка 29 золотника 26 соединяет проточки 31 и 35 в гильзе 27 (начало выхлопа), открытие впускного клапана 12 в начале обратного хода порщня 2 в момент, когда проточка 28 золотника 26 соединяет проточки 30 и 34 в гильзе 27 (начало продувки), закрытие выпускного клапана 13 в момент, когда при обратном ходе порщня 2 проточка 29 золотника 26 соединяет проточки 35 и 33 в гильзе 27 (конец продувки, начало впуска), закрытие впускного клапана 12 в момепт, когда при обратном ходе порщня 2 проточка 28 золотника 26 соединяет проточки 34 и 32 в гильзе 27 (конец впуска, начало ежатия). Причем блокировочный клапан 42 блокирует открытие впускного клапана 12 при рабочем ходе поршня 2 в момент, когда проточка 28 золотника 26 соединяет проточки 30 и 34 в гильзе 27. Блокировка клапана 12 осуществляется путем перекрытия клапаном 42 канала 36 с помощью плунжера 44, который, сжимая пружину 43, опускает клапан 42 па седло за счет силы давления жидкости, действующей на плунжер 44 со стороны подпорщневой полости 4 через канал 46.

В конце прямого и обратного ходов плунжеров 18 и 19 их скорость гасится за счет увеличения силы сопротивления

плунжеров, обеспечиваемого путем запирания порщнями 64 и 65 рабочей жидкости в камерах 66 и 67 в конце прямого (рабочего) хода плунжеров, соответствующего концу открытия клапанов 12 и 13, и в камерах 68 и 69 в конце обратного хода плунжеров, соответствующего концу закрытия клапанов 12 и 13. После запирания жидкости давление в указанных камерах и, соответственно, давление жидкости на порщни 64 и 65 со стороны камер торможения резко возрастает, а скорость движения плунжеров 18 и 19 и связанных с ними клапанов 12 и 13 резко снижается до нуля на коротком участке путп. Длина тормозного пути плунжеров определяется величиной силы инерции подвижных масс (клапанов, плунжеров и рабочей жидкости, находящейся в полостях 24 и 25 и в каналах 40 и 41) в начале торможения, рабочей площадью порщней 64 и 65, объемом, коэффициентом сжимаемости и вязкостью запертой рабочей жидкости, а также площадью и радиальным размером щелевого зазора между порщпем 64 п степкамп камер 66 п 68, между порщием 65 и стенками камер 67 и 69, определяющими скорость дросселирования запертой жидкости из камер торможения в камеры 70 и 71 в процессе демпфирования.

Формула изобретения

1. Свободнопорщиевой двигатель внутреннего сгорания с гидравлическим приводом, содержащий цилиндр, в котором размещен порщень, разделяющий внутренний объем цилиндра на камеру сгорания и подпорщневую полость, напорпую и сливную магистрали, сообщенные с подпорщневой полостью через обратные клапаны, нагрузочный гидромотор, к которому подключены напорпая и сливная магистрали, мехапизм газораспределения, содержащий клапаны с гидроприводом, включающим исполнительные гидроцилиндры, источник давления, соединенный каналами через управляющий гидрораспределитель с рабочими полостями исполнительных гидроцилиндров, при этом гидроцилиндр одного пз клапанов механизма газораспределения снабжен блокировочным клапаном с подпружиненным торцом и имеющим управляющее устройство, отличающийся тем, что, с целью повыщения коэффициента полезного действия и надежности работы двигателя, гидрораспре.делитель выполнен в виде золотника, жестко соединенного с порщнем двигателя и снабженного гильзой, а источник давления выполнен в виде гидроаккумулятора, соединенного через обратный клапан с папорпой магистралью, при этом золотник и гильза выполнены с возможностью поочередного соединения рабочих полостей исполнительных гидроцилиндров с гидроаккумулятором и сливной магистралью.

2.Двигатель по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что управляющее устройство блокировочного клапана.выполнено в виде плунжера, соединенного с неподпружиненным торцом клапана и установленного в гильзе, полость которой сообщена каналом с подпорщневой полостью.

3.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что канал каладого исполнительного гидроцилиндра, соединяющий его с гидрораспределителем, содержит две ветви, в каждой из которых установлены обратный клапан и регулируемый дроссель с возможпостьго прохода жидкости по каналу в пря.мом и обратном направлении.

4. /Двигатель по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что каждый клапан механизма газораспределения снабжен устройством торможения в конце рабочего и обратного ходов, выполненным в виде гидравлическою амортизатора, совмещенного с исполнительным гидроднлиндром.

Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе 1. Патент США № 2872778, кл. 60-12, опублик. 1958.