Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1982 года по МПК F02M25/25 

(5) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Известны двигатели внутреннего его рания, содержащие цилиндры с впускными и выпускными клапана, газораспре делительный механизм, форсунки, установленные в системе впуска двигателя и подключенные к расходному баку с во дои При помощи магистрали, снабженной дозатором, терморегулятором, камерой постоянного уровня, имеющей водяную и воздушную полости, и регулятором расхода, связанным с топливным насосом высокого давления, регулирование подачи воды в таких двигателях осуществляется в-зависимости отнагрузки, в результате чего повышается эф-. фективность использования топлива . ОднакО в известных двигателях вода поступает в систему впуска двигателя непрерывно на протяжение всего рабочего цикла через форсунки открытого типа, что приводит к некачественному распыливанию воды на впуске, так как при закрытом впускном клапане воздух в двигатель не поступает. Цель изобретения - уменьшение ток сичности и дымности путем повышения точности дозирования воды. Указанная цель достигается тем, что двигатель дополнительно содержит распределитель, жестко связанный с газораспределительным механизмом и установленный в магистрали между в дяной полостью камеры постоянного уровня и форсунками. Камера постоянного уровня выполнена в одном корпусе с терморегулятором. Причем терморегулятор выполнен в виде датчика с твердым наполнителем. Кроме того, распределитель снабжен регулятором расхода воды. Терморегулятор связан с системой охлаждения или с системой смазки. Форсунки установлены непосредстве но перед впускными клапанами. На фиг. 1 приведена общая схемасистемы питания предлагаемого двигат ля; на фиг. 2 - камера постоянного уровня с терморегулятором; на фиг. 3 распределитель; на фиг. - разрез на фиг . 3; на фиг. 5 регулятор расхода; на фиг. 6 - форсунка; на фиг. 7 разрез Б-Б на фиг, 6. Система питания состоит из камеры постоянного уровня с терморегулятором 1 (фиг, 1), водяная полость кото рой сообщена трубкой 2 с расходным баком 3. Воздушная полость камеры со общена трубками k с полостью Г.регулятора 5 расхода {фиг. 1), выполненного в виде пневморедуктора следящег действия. Воздушная полость также со общена с расходным баком 3 Водяная полость камеры через терморегулятор сообщена через трубку 6 с распределителем 7, который связан с газораспределительным механизмом. Распределитель 7 соединен трубками 8 с форсунками 9, установленными во впускных патрубках цилиндров системы 10 впуска. Система 10 впуска сообщена трубкой 11 с полостью В (фиг. t) пневморедуктора 5 (фиг, 1). Пневморедуктор 5 следящего действия связан тягой 12 с рычагом 13 управления регулятором топливного насоса 14 высокого давления и трубкой 15 - с источником сжатого воздуха. Тяга 12 установлена с возможностью свободного перемещения по месту соединения с рычагом 13 управления регулятором. Терморегулятор 1 камеры постоянного уровня связан с выходным каналом системы охлаждения двигателя. Камера постоянного уровня с термо регулятором 1 (фиг. 1} состоит из корпуса 1б (фиг. 2), закрытого сверху крышкой 17 с олонтированным на ней запорным механизмом. Крышка 17 уплотнена по корпусу 16 прокладкой 1 Постоянный уровень жидкости поддержи вается при помощи клапана 14, которы управляет поплавок 20. Поплавок 20 подвешен на оси, установленной между двумя стойками 21 ,зaкpeплeнныf и на крышке 17. Клапан 19 установлен с возможностью перемещения в фасонной гайке 22, в нижней торцевой части которой выполнены отверстия дляпрохода-жидкости . Фасонная гайка 22 с клапаном устаиоалена по резьбе в корпусе 23 клапана, который через верхнюю резьбовую часть закреплен на крышке 17 при помощи штуцера 2 через прокладку 23. Штуцер связан трубкой 2 (фиг. 1) с расходным баком 3- Штуцером 26 (фиг. 2) и трубкой k (фиг,1) воздушная полость камеры терморегулятора сообщена с пневморедуктором 5 и воздушной полостью расходного бака 3-. Выступающая часть днища камеры Закрыта сеткой 27 (фиг. 2), В нижней части корпуса 16 установлен терморегулятор 1. Колпак 28 имеет штуцеры 29 и 30 для подвода и отвода воды из системы охлаждения или масла из системы сжатия. Колпак 28 соединен по резьбе с нижней частью корпуса 16. Между колпаком и корпусом через кольцо 31 и регулировочные прокладки 32 установлен термосиловой датчик 33 с твердым наполнителем. Шток датчика упирается в золотниковую втулку которая установлена в аксиальном отверстии нижней части корпуса и: имеет одно радиальное отверстие, выходящее на цилиндрическую поверхность, и совмещающееся с радиальным отверстием штуцера 35. Золотниковая втулка 3t поджата пружиной 36 и упирается в шток термосилового датчика 33. Через штуцер 35 и трубку 6 (фиг. 1) водная полость камеры постоянного уровня сообщена с распределителем 7. Распределитель 7 состоит из корпуса 37 (фиг. 3), установленного неподвижно на двигателе. Корпус 37 и стакан 38, сопряженные по резьбе через прокладку, образуют полость А для воды. Через штуцер 39 и трубку 6 (фиг. 1) полость А распределителя (фиг. З) сообщена через золотниковую втулку 3 (фиг. 2) с водной полостью камеры 1 (фиг. 1). В корпусе 37(фиг.З) выполнены сверления 40 сложной конфигурации по числу цилиндров двигателя, которыми сообщена полость А распределителя с форсунками 9 (фиг.1) через штуцеры 41 (фиг. 3), трубки 8 (фиг. 1) и отверстие изменяющегося в зависимости от оборотов фланцевой втулки 42 (фиг. 3) сечения. Поверхность корпуса 37,на которую выходят расположенные по кольцу отверстия 40, и фланец контактирующей с ней втулки 42 должны быть выполнены по высокому классу чистоты. Отверстие в фланце имеет сложную форму и изменяющееся в зависимости от частоты вращения сечение с целью сохранения постоянного время-сечения для прохода воды через отверстие на различных скоростных режимах. Для этого во фланце выполнен сквозной паз в форме уступа, обращенный узкой частью к центру фланца. По радиусу от узкой части паза профрезерована канавка, в которую вставлен сухарь 43, имеющий отверстие под возвратную пружину Ц, От выпадания сухарьЧЗ предохраняется пластиной i5, закрепленной двумя винтами. С противоположной стороны фланцевая втулка закрыта резьбовой пробкой t6. В полости Б фланцевой втулки смонтирован механизм прижима. Кроме того, полость Б служит резервуаром для герметизирующей смазки. Вал kj связан с газораспределительным механизмом не указан) через шип и имеет снаружи упорный буртик для уплотнения по месту контакта с корпусом. Вал, установленный в корпусе 37 связан с фланцевой втулкой через упор ную втулку Ц8, два наружных шлица 9 которой сопряжены с двумя шлицевыми канавками фланцевой втулки. Упорная втулка 48 соединена с валом kj через шпонку 50. Упорная втулка имеет бурти прижимающий фланцевую втулку к корпусу 37 через пружину 51. Одним концом пружина упирается в Ьуртик упорной втулки, другим в шайбу 52, которая зафиксирована на валу 47 шплинтом 53. Стакан 38 уплотнен по корпусу 37 прокладкой 54. Пневморедуктор 5 следящего действия (фиг. 1) состоит из большого 55 Сфиг. 5) и малого 56 корпусов, между которыми при помощи болтов 57 зажата диафрагма 58 Центральная часть диафрагмы закреплена на седле 59 гайкой 60. Седло 59 установлено по сколь зящей посадке в корпусе 55. Седло выгюлнено полым и с одной стороны имеет радиальные, выходящие в наружную коль цевую проточку отверстия б1 для выпус ка воздуха. Неподвижная полая втулка 62, закрепленная на опорной шайбе 63 полым болтом 64, имеет радиальные отверстия 65, выходящие в наружную кольцевую проточку, для впуска воздуха. Опорная шайба закреплена в корпусе резьбовой пробкой 66 с штуцером б7 для впуска воздуха. Неподвижная втулка 62 имеет буртик, ограничиваю111ий ход двустороннего золотника 68. Двусторонний золотник установлен по скользящей посадке на сед916 ло 59 и втулку 62. Со стороны втулки 62 в двустороннем золотнике выполнены впускные отверстия б9, со стороны седла 59 в золотнике выполнены выпускные отверстия 70. Между впускными и выпускными отверстиями золотника для снятия демпфирующего усилия выполнены отверстия 71. На наружной поверхности золотника выполнен упорный буртик под пружину 72 золотника, Посадочные поверхности корпуса под седлом 59 и опорную шайбу 63 обрабатываются за одну установку и по высокому классу точности и чистоты. .Поверхности скользящих деталей припираются для получения герметичности. Полость Г, образованная большим корпусом 55 и диафрагмой 58 через штуцер 73 и трубки k (фиг. 1) соединена с воздушными полостями камеры 1 и расходной емкости 3. Со стороны большого корпуса 55 (фиг. 5) диафрагма 58 поджата пружиной 7 (для увеличения ее жесткости). Со стороны малого корпуса 56 через-седло 59 на диафрагму 58 своим усилием действует, пружина 75. Другим концом пружина входит в шток 7б, который, установлен в гиль 77 по скользящей посадке и через резьбовой хвост.овик связан с тягой (фиг. 1). Гильза 77 (фиг. 5) закреплена по резьбе в корпусе 5б и уплотнена прокладкой 78. Полость В, образованная малым корпусом 5б и диафрагмой 58, сообщена с полостью воздухом впускного трубопровода 10 (фиг. 1) через трубку 11 и штуцер 79 (фиг. 5). Форсунка 9 (фиг. 1), установленная в впускном патрубке воздуховпускного трубопровода 10, состоит из корпуса 80 (фиг. 6), во внутренней полости которого установлена запорная игла 81. Верхняя часть иглы заканчивается пятой, на которую снаружи опирается пружина 82. В средней части иглы аыполнен направляющий поясок. В нижней части корпуса 80 выполнено распыливающее отверстие, закрываемое конусом иглы 81. Сверху на корпус навинчена накидная гайка 83) которая поджимает пружину 82 и полое кольцо для подвода воды, соединенное с трубкой 8 (фиг. 1). Полое кольцо поджато гайкой 83 (фиг. 6) через прокладки 84. В торце гайки выполнено отверстие 85 для сбрасывания дренажа. В корпусе 80 выполнены радиальные отверстия 86, соединяющие полость кольца для подвода воды с полостью иглы (полость иглы образована стенками корпуса и нижней поверхностью пяты). Корпус 80 форсунки уплотнен в стенке воздуховпускного трубопровода системы 10 впуска прокладкой 87. Система работает следущим образом. При изменении положения рычага 13 (фиг. 1) управления регулятором топливного насоса высокого давления (ил его рейки) в сторону увеличения пода чи топлива рычагом 13 выбирается зазор в сопряжении с тягой 12, При отсутствии усилия, сжимающего пружиыу 75, вследствие разрежения из воздуховпускного трубопровода диафраг ма 58 прогибается и седло 59 перемещается влево. При этом выпускные от верстия б1 седла и выпускные отверсти золотника 68 совмещаются, и разрежение, определяемое частотой вращения коленчатого вала двигателя, передается через трубки k {фиг. 1) в воздушные полости камеры постоянно уровня и расходного бака 3. Начиная с положения рычага управления регулятором топливного насоса высокого давления, определяющего начало подачи воды через форсунки, зазор в сопряжении тяга 12 - рычаг 13 полностью выбирается, шток-76 сдвигается вправо, сжимается пружина 75, за счет чего диафрагма 58 с седлом 59 также сдвигается вправо. Выпускные отверстия 61 седла 59 и oYвepcтия 70 двустороннего золотника разобщаются. В результате перемещения седла 59 преодолевается усилие пружины 72,сдвигается двусторонний ЗОЛОТНИК 68, впускные отверстия б9 лотника и отверстия б5 неподвижной втулки б совмещаются и сжатый воздух через трубку 15 (фиг. 1), штуцер 67 и полость болта 6 подается в полость Г пневморедуктора и далее в воздушные полости камеры постоянного уровня (фиг. 1) и расходного бака 3. Полость В (фиг. 5) и пневморедуктора разрежается вследствие соединения с воздуховпускным трубопроводом. Силой упругос ти пружин 75 7, 72, действующих на диафрагму, силой упругости самой диафрагмы 58 определяется давление воздуха, поступающего в воздушные полости камеры терморегулятора 1 (фиг. 1 и расходного бака 3. Положение штока 76 определяется силой упругости пружины 75. При установившемся режиме (постоянном положении штока 76) силы 9

5 большем давлении воздуха. 18 давления на диафрагму 58 с левой и правой стороны уравновешиваются - это достигается при определенном давлении воздуха. При этом впускные отверстия 69 золотника 68 разобщаются с впускными отверстиями 65 втулки 62. Подача сжатого воздуха в полость Г прекращается. Дальнейшее увеличение силы упругости пружины 75 вызванное увеличением подачи топлива, приводит к увеличению давления воздуха в полости F пневморедуктора, так как силы, действующие на диафрагму, уравновешиваются при Увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя вызывает увеличение разрежения, в полости В и, как следствие этого, снижение давления редуцируемого воздуха в полости Г пневморедуктора при неизменном положении штока 76. Такое уменьшение давления воздуха позволяет снизить расход . воды на режимах максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя (это, как правило, движение транспортного средства, на которое может быть установлен описываемый двигатель, с максимальной скоростью без груза), когда необходимо уменьшить количество воды, подаваемой в цилиндры. При обратном ходе штока 76 (в сторону уменьшения подачи топлива) сила упругости пружины 75 уменьшается, диафрагма 58 под воздействием силы давления воздуха прогибается, перемещая седло 59 влево, выпускные отверстия 61 и 70 совмещаются (впускные отверстия 69 и 65 S это время разобщены), часть воздуха из полости. Г сбрасывается в полость В и далее в воздуховпускной трубопровод. Сила давления воздуха на диафрагму уменьшается, все действующие на нее силы уравновешиваются, но уже при меньшем давлении воздуха. . Таким образом, изменение положения рычага 13 управления регулятором (фиг. 1) топливного насоса высокого авления преобразуется в соответствущее ему изменение давления воздуха полости Г пневморедукторов, передааемое в воздушные полости камеры тер-, орегулятора 1 и расходного бака 3. Переменное давление в воздушной олости камеры вызывает соответствуюее изменение расхода воды в водной агистрали (каналы терморегулятора- 9ЭЗтрубка 6 - распределитель 7 с каналами - трубка 8 - форсунка. На изменение расхода воды влияет также изменение гидравлического сопротивления каналов терморегулятора, вызываемое перемещением золотниковой втулки под воздействием штока термосилового датчика 33 с твердым напол нителем. Шток датчика изменяет свое поло {ение в зависимости от температу ры охлаждающей жидкости, омывающей его баллон с термочувствительной массой. При увеличении температуры охлаждающеи жидкости проходное сечение терморегулятора увеличивается, при уменьшении - проходное сечение уменьшается, изменяя таким образом расход Поступающая под переменным давлением в полость А (фиг. 3) распределителя 7 (фиг. 1) вода поступает через отверстие во фланце втулки 2 (фиг.З) сверления Q, в трубке 6 (фиг. 1) фор сунок 9. Сухарь ЛЗ (фиг. 3), установленный в отверстии фланца втулки 2,. под воздействием центробежной силы и уравновешивающей ее пружины 44 занимает определенное положение в зависимости от частоты вращения втулки 42ЭО рованного воздуха. и тем самым сохраняет время - сечение отверстия постоянным. Частота вращения вала 47 равна частоте вращения распределительного вала. Трубки 8 (фиг. 1) форсунок 9 соединены cOj штуцерами 41 (фиг. 3) в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя, т.е. при совмещении отверстия во ф ланце втулки 42 с одним из каналов 40 штуцер 41 этого канала трубкой 8 (фиг, 1) соединяется с форсункой первого цилиндра, находящегося в положении такта всасывания, затем следующий штуцер 41 в направлении вращения вала 47 соединяется с цилиндром, в котором такт всасывания выполняется вслед за первым цилиндром и т.д. Вода, поступающая под давлением в полость иглы 81 (фиг. 6), воздействуя на пяту иглы, сжимает пружину 82-, распыливающее отверстие открывается и вода подается во всасывающий тракт. При отсечке подачи вОды в форсунку, по мере расхода ее через распыливающёе отверстие, давление воды падает и под воздействием пружины 82 игла садится на отверстие, подача воды во впускной тракт прекращается. 0 Количество подаваемой в двигатель воды на всасывании изменяется в зависимости от загрузки двигателя, его теплового состояния. Кроме того, увеличивая время - сечение отверстия во фланце втулки k2 (йиг. З) при возрастании частоты вращения вала kj, можно изменять количество воды в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Необходимый закон подачи воды в цилиндры двигателя подбирается исходя из условий его эксплуатации и определяется жесткостью упругих элементов. входящих в конструкцию системы, зазором в сопряжении тяги 12 (фиг. 1) с рычагом 13 управления регулятором топливного насоса Н высокого давления, гидравлическим сопротивлением воздушных и водных магистралей системы питания. Для уменьшения инерционности и быстрого затухания колебательных процессов при редуцировании необходимо, чтобы все подвижные детали пневморедукто{)а 5 следящего действия (фиг.1) имели минимальную массу, минимальный ход и минимальный объем для редуциПродолжительность подачи воды определяется временем-сечением OTseij,стия во фланце втулки 42 (фиг. 3) что зависит от размеров распределителя и его конструкции. Использование предлагаемой системы питания двигателя при эксплуатации при повышенной температуре окружающего воздуха позволяет снизить дымность и токсичность отработавших газов, а также поддерживать оптимальным тепловое состояние двигателя, что в свою очередь увеличивает его моторесурс, снижает угар масла, его коксуемость и т.д. Эксплуатация системы не требует больших затрат на обслуживание. Стоимость его изготовления невелика. Формула изобретения 1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры с впускными и вы У кными клапанами, газораспределительный механизм, форсунки, установленные в системе впуска двигателя и подключенные к расходному баку с водой при помощи магистрали, снабженной термо11 5регулятором, камерой постоянного уров ня, имеющей водяную и воздушную полости, и регулятором расхода, связанным с топливным насо.сом высокого давления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения токсичности и дымности путем повышения точности дозирования воды, он дополнительно содержит распределитель, жестко связанный с газораспределительным механизмо 1 и установленный в магистрали между водяной полостью камеры постоянного уровня и форсунками. 2. Двигатель по п. 1, о т л и ч аю 1д и и с я тем, что камера постояннего уровня выполнена в одном корпусе с терморегулятором. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, о т л и чающийся тем, что терморегуля тор выполнен в виде датчика с твердым наполнителем. . Двигатель по пп. 1-3, отличающийся тем, что распределитель снабжен регулятором расхода воды. 5.Двигатель по пп. 1-4, отличающийся тем, что терморегулятор связан с системой охлаждения. 6.Двигатель по пп. l-, отличающийся тем, что терморегулятор связан с системой смазки. 7.Двигатель по пп. 1-6, отличающийся тем, что форсунки установлены непосредственно перед впускными клапанами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке-If 2721590, кл. F 02 М 25/02, /У

/7

-v

25

22

фие.г Фыг.З ФигЛ