устройство двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Устройство двигателя внутреннего сгорания, содержащего камеру сгорания с изменяющейся степенью сжатия посредством дополнительного поршня, установленного в головке двигателя, основной поршень, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, клапаны, отличающееся тем, что применена гидропневматическая система, состоящая из гидравлического распределителя кранового типа, гидропневматического аккумулятора и насоса шестеренчатого типа, создающего в гидропневматическом аккумуляторе давление Р=80-100 кг/см², под действием которого в момент подхода основного рабочего поршня к верхней мертвой точке в конце процесса сжатия дополнительный поршень движется от крайнего верхнего к крайнему нижнему положению, изменяя степень сжатия в камере сгорания от 6 - 7 до 20 - 23.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с противоположно-движущимися поршнями и воспламенением топливо-воздушной смеси от сжатия.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, в котором воспламенение топливо-воздушной смеси возникает от сжатия при увеличении степени сжатия от 6-7 до 19-20 в результате уменьшения объема камеры сгорания при движении дополнительного поршня, установленного в головке двигателя, от крайнего верхнего положения к крайнему нижнему положению под воздействием блока пружин, имеющих предварительное сжатие посредством упорной штанги, кинематически связанной с кривошипно-шатунным механизмом двигателя (Патент N 2008456 от 28.02.94. Россия). Но при конструировании многоцилиндровых двигателей по известному способу с применением кинематически связанных кривошипного механизма, упорной штанги и блока пружин с дополнительным поршнем необходимо применять сопряженные механические соединения, имеющие минимальную площадь точек касания, что снижает уровень прочности и надежности конструкций двигателя, а также повышает уровень шумности при работе двигателя.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и экономичности двигателя внутреннего сгорания с противоположно-движущимися поршнями и воспламенением топливо-воздушной смеси при изменении степени сжатия в камере сгорания от 6-7 до 20-23.

Указанная задача решается за счет того, что в предложенном устройстве применена гидропневматическая система привода для управления работой дополнительного поршня.

В качестве рабочей жидкости в гидросистеме применено моторное масло, а в пневмосистеме инертный газ (азот, аргон).

На фиг. 1-4 показаны схемы устройства привода дополнительного поршня 8 во время процессов: впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. На фиг. 5 показан продольный разрез головки цилиндров с распределителем 5 кранового типа и гидропневматического аккумулятора 4 в момент рабочего хода в 4-м цилиндре 24 двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2. На фиг. 6 в разрезе А-А показан вал распределителя с поперечным сечением осевого 12 и бокового отверстия 13, по которому подается масло под давлением P=80-100 кг/см² от гидропневматического аккумулятора 4 в полость 14 над дополнительным поршнем 8 в момент воспламенения рабочей смеси. На фиг. 7 в разрезе Б-Б показан вал 11 распределителя 5 с поперечным сечением по осевому отверстию 12 и наружной проточке 15, по которым поступает масло к насосу 1 из полости 14 над дополнительным поршнем 8. Вал 11 распределителя 5 кинематически связан с коленчатым валом двигателя цепной передачей с передаточным числом 1: 2.

Гидропневматическая система состоит из насоса 1 шестеренчатого типа, нагнетательного 3 и входного канала 2, гидропневматического аккумулятора 4, распределителя 5 кранового типа.

Количество масла, подаваемого шестеренчатыми насосами 1 за один оборот коленчатого вала четырехтактного двигателя, расчитывается по формуле:

,

где: V - количество масла, подаваемого насосами за один оборот двигателя,

n - количество цилиндров в двигателе,

S - площадь поперечного сечения дополнительного поршня,

k - добавочный коэффициент для увеличения моторесурса насоса,

L - длина рабочего хода дополнительного поршня.

,

где: h - длина хода основного рабочего поршня двигателя,

_к - степень сжатия в карбюраторном двигателе (6-7 ед.),

_д - степень сжатия в дизельном двигателе (20-23 ед).

Количество насосов в двигателе определяется по формуле:

n=V/Q,

где: n - количество насосов,

V - объем масла, подаваемого насосами за один оборот коленчатого вала двигателя,

Q - объем масла, подаваемого одним насосом за один оборот коленчатого вала двигателя.

Приведенные формулы верны при равных диаметрах основного 7 и дополнительного поршня 8.

Гидропневматический аккумулятор 4 фиг. 5 состоит из камеры 25, заполненной инертным газом (азот, аргон) с P = 80-100 кг/см², и гидроцилиндра 9, разделенных поршнем 10 по диаметру, равному основному рабочему 7 и дополнительному поршню 8.

На схемах (фиг. 1-4) изображен процесс работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя.

С начала такта рабочего хода (фиг. 3, 5) до окончания такта сжатия (фиг. 2) соединительные входные 16 и выходные 17 отверстия между нагнетательным каналом 3 и полостью 14 над дополнительным поршнем 8 перекрыты валом 11 распределителя, и масло от насоса 1 по нагнетательному каналу 3 поступает в полость 18 под поршнем 10 гидропневматического аккумулятора 4, поднимая его на высоту, равную длине рабочего хода дополнительного поршня. Во время такта впуска (фиг. 1) основной рабочий поршень 7 движется к нижней мертвой точке и рабочий цилиндр 19 наполняется топливо-воздушной смесью. Верхняя полость 14 над дополнительным поршнем 8 через наружную проточку 15 на валу 11 распределителя 5 соединена с входным каналом 2 насоса 1, в результате чего дополнительный поршень 8 движется к верхнему положению. Входное отверстие 16 от нагнетательного канала 3 к полости 14 над дополнительным поршнем 8 перекрыта валом 11 распределителя до начала рабочего хода.

К концу такта сжатия (фиг. 2) дополнительный поршень 8 находится в крайнем верхнем положении и выходные отверстие 17 над дополнительным поршнем 8 перекрывается валом 11 распределителя 5. Основной рабочий поршень 7 движется к верхней мертвой точке, создавая в камере сгорания 20 степень сжатия 6-7.

При прохождения основным рабочим поршнем 7 верхней мертвой точки в конце такта сжатия распределитель 5 открывает входное отверстие 16 и масло с P = 80-100 кг/см² из-под поршня 10 гидропневматического аккумулятора 4 поступает в полость 14 над дополнительным поршнем 8, продвигая его к крайнему нижнему положению, повышая степень сжатия в камере сгорания 20 от 6-7 до 20-23. В результате происходит воспламенение и сгорание топливо-воздушной смеси. В начале рабочего хода (фиг. 3) при понижении давления в камере сгорания 20 менее P= 80 кг/см² дополнительный поршень 8 движется к крайнему нижнему положению, где фиксируется отсечным клапаном 21. Основной рабочий поршень 7 совершает полезную работу.

В начале рабочего хода при угле поворота коленчатого вала двигателя 90^o от верхней мертвой точки распределитель 5 перекрывает (фиг. 5) входное отверстие 16 и соединяет полость 14 над дополнительным поршнем 8 через проточку 15 с входным каналом 2 насоса 1. В результате дополнительный поршень 8 движется к верхнему положению.

При такте выпуска (фиг. 4) происходит вытеснение продуктов сгорания основным рабочим поршнем 7. Дополнительный поршень 8 движется к верхнему положению.

Для отвода избытка подаваемого насосами 1 масла в цилиндре 9 гидропневматического аккумулятора 5 (фиг. 5) имеется отверстие 22, соединенное трубопроводом с входным каналом насоса 1. Расстояние от нижней кромки отверстия 22 до плоскости днища поршня 10 гидропневматического аккумулятора 4, находящегося в крайнем нижнем положении, для 4-х цилиндровых двигателей равно длине рабочего хода дополнительного поршня 8. Для 8-ми цилиндрового двигателя расстояние до отверстия 22 увеличивается вдвое.

Предложенное устройство двигателя с гидропневматическим приводом для управления работой дополнительного поршня рассчитано на применение неэтилированного бензина (А-66, А-72, А-76), а также пропан-бутановых смесей.

Устройство предлагается конструировать на базе дизельных или конвертируемых карбюраторных двигателей внутреннего сгорания.