многоцилиндровый дизельный двигатель (варианты)

Формула изобретения

1. Многоцилиндровый дизельный двигатель, содержащий систему питания, снабженную топливным насосом высокого давления прямого действия, кулачковый вал которого кинематически связан с коленчатым валом двигателя и выполнен с возможностью подачи топлива одним плунжером по меньшей мере в два цилиндра, причем кулачковый вал выполнен с количеством кулачков по меньшей мере в два раза меньшим числа цилиндров двигателя, отличающийся тем, что для 4-тактного двигателя число оборотов кулачкового вала больше или равно числу оборотов коленчатого вала, а передаточное отношение кулачкового вала к коленчатому валу кратно 0,5 и выбрано из соотношения I_ц/2I_к, где I_ц - количество цилиндров, I_к - количество кулачков.

2. Многоцилиндровый дизельный двигатель, содержащий систему питания, снабженную топливным насосом высокого давления прямого действия, кулачковый вал которого кинематически связан с коленчатым валом двигателя и выполнен с возможностью подачи топлива одним плунжером по меньшей мере в два цилиндра, причем кулачковый вал выполнен с количеством кулачков, большим одного, и по меньшей мере в два раза меньшим числа цилиндров двигателя, отличающийся тем, что для 2-тактного двигателя число оборотов кулачкового вала больше числа оборотов коленчатого вала, при этом передаточное отношение кулачкового вала к коленчатому валу кратно 1,0 и выбрано из соотношения I_ц/I_к, где I_ц - количество цилиндров, I_к - количество кулачков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к многоцилиндровым дизельным двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением от сжатия, а именно к системе питания многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания.

Известны ДВС с воспламенением от сжатия, содержащие систему подачи топлива аккумуляторного типа, имеющую топливный насос высокого давления, который не имеет механической связи с коленчатым валом ДВС, аккумулирующую емкость и распределитель топлива по цилиндрам. Подобные системы питания позволяют получить высокое давление впрыска топлива в широком диапазоне оборотов коленчатого двигателя.

Однако такие двигатели не получили большого распространения из-за конструктивной сложности, повышенного веса и габаритов, и главное из-за высокой себестоимости, обусловленной высокой стоимостью аккумулирующей емкости (см. Б. Н. Фанлейб. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник, Л., Машиностроение, Ленинградское отделение, 1974 г., с. 149).

Известны многоцилиндровые дизельные двигатели, содержащие систему питания, снабженную топливным насосом высокого давления, кулачковый вал которого кинематически связан с коленчатым валом двигателя и выполнен с возможностью подачи топлива одним плунжером по меньшей мере в два цилиндра, причем кулачковый вал выполнен с количеством кулачков по меньшей мере в два раза меньшим числа цилиндров двигателя, а обороты кулачкового валы связаны с оборотами коленчатого вала для 4-тактного ДВС соотношением 1:2, а для 2-тактного ДВС соотношением 1:1 (см. Б.Н. Фанлейб. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Справочник, Л, Машиностроение, Ленинградское отделение, 1974 г., с. 61-68, табл.II.1, с.121-131).

Недостатком известной системы питания ДВС является относительно невысокое давление впрыска топлива в цилиндры двигателя, обусловленное низкими оборотами кулачкового вала, а также геометрией профиля кулачка, контактирующего с плунжером, определяющей минимальные радиусы кривизны и контактные напряжения в паре "ролик-кулачок". Недостаточно высокое давление впрыска топлива вызывает трудности в организации рабочего процесса дизеля, приводит к снижению его экономических, экологических и пусковых показателей.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение коэффициента полезного действия (КПД) и снижение себестоимости ДВС, а также совершенствование рабочего цикла дизеля.

Технический результат заключается в увеличении давления впрыска топлива и увеличении оборотов кулачкового вала топливного насоса, при этом обороты кулачкового вала увеличивают по отношению к коленчатому валу по меньшей мере в 2 раза, не изменяя цикличности рабочего процесса.

Поставленная задача может быть решена двумя вариантами выполнения многоцилиндрового дизельного двигателя.

Согласно первому варианту для достижения указанного технического результата при решении поставленной задачи многоцилиндровый дизельный двигатель содержит систему питания, снабженную топливным насосом высокого давления, кулачковый вал которого кинематически связан с коленчатым валом двигателя и выполнен с возможностью подачи топлива одним плунжером по меньшей мере в два цилиндра, причем кулачковый вал выполнен с количеством кулачков по меньшей мере в два раза меньшим числа цилиндров двигателя, согласно изобретению для 4-тактного двигателя число оборотов кулачкового вала больше или равно числу оборотов коленчатого вала, а передаточное отношение кулачкового вала к коленчатому валу кратно 0,5 и выбрано из соотношения I_ц/2I_к, где I_ц - количество цилиндров, I_к - количество кулачков.

Согласно второму варианту для достижения технического результата при решении поставленной задачи многоцилиндровый дизельный двигатель содержит систему питания, снабженную топливным насосом высокого давления, кулачковый вал которого кинематически связан с коленчатым валом двигателя и выполнен с возможностью подачи топлива одним плунжером по меньшей мере в два цилиндра, причем кулачковый вал выполнен с количеством кулачков, большим одного, и по меньшей мере в два раза меньшим числа цилиндров двигателя, согласно изобретению для 2-тактного двигателя число оборотов кулачкового вала больше числа оборотов коленчатого вала, при этом передаточное отношение кулачкового вала к коленчатому валу кратно 1,0 и выбрано из соотношения I_ц/I_к, где I_ц - количество цилиндров, I_к - количество кулачков.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения указанного технического результата. А именно, изменение в соответствии с указанным выше соотношением частоты вращения кулачкового вала предопределяет изменение кинематической связи между коленчатым и кулачковым валами, что, в свою очередь, приводит к увеличению линейной скорости перемещения плунжера топливного насоса прямого действия, обеспечивающей существенное увеличение давления впрыска топлива в цилиндры двигателя.

На фиг.1 изображена принципиальная схема работы топливного насоса прямого действия распределительного типа в составе 4-тактного 4-цилиндрового ДВС, при условии, что число оборотов кулачкового вала больше или равно числу оборотов коленчатого вала.

На фиг.2 - сечение А-А по фиг.1.

На фиг.3 - сечение Б-Б по фиг.1.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью признаков заданного технического результата.

Дизельный двигатель 1 выполнен многоцилиндровым и снабжен системой питания, имеющей топливный насос 2 высокого давления прямого действия, кулачковый вал 3 которого кинематически связан с коленчатым валом 4 и установлен с возможностью взаимодействия с плунжером 5, При этом число оборотов кулачкового вала 3 больше или равно числу оборотов коленчатого вала 4. Плунжер 5 обеспечивает подачу топлива по меньшей мере в два цилиндра двигателя 1, совершая вращательное движение от распределительной шестерни и возвратно-поступательное движение от взаимодействия с кулачками 6 кулачкового вала 3.

Кулачковый вал 3 выполнен с количеством кулачков 6, по меньшей мере в два раза меньше числа цилиндров двигателя, при этом для 4-тактного двигателя передаточное отношение кулачкового вала 3 к коленчатому валу 4 является кратным 0,5 и определяется из соотношения I_ц/2I_к, где I_ц - количество цилиндров, I_к - количество кулачков.

Применительно к 2-тактному двигателю передаточное отношение кулачкового вала 3 к коленчатому валу 4 является кратным 1 и определяется из соотношения I_ц/I_к, где I_ц - количество цилиндров, I_к - количество кулачков.

Система питания ДВС согласно изобретению работает следующим образом.

В соответствии с изображенной на фиг.1 принципиальной схемой рассмотрим процесс работы топливного насоса прямого действия распределительного типа в составе 4-тактного 4-цилиндрового ДВС, при условии превышения оборотов кулачкового вала 6 над оборотами коленчатого вала 4.

При вращении коленчатого вала 4 вращение передается на кулачковый вал 3 и плунжер 5, при этом обороты (Z₂) кулачкового вала 3 согласно указанному выше соотношению в 2 раза выше оборотов (Z₁) коленчатого вала 4, а обороты (Z₃) плунжера 5 вокруг своей оси в два раза меньше оборотов коленчатого вала 4 (фиг. 1). Для обеспечения 4-тактного цикла работы ДВС количество кулачков на кулачковом валу 3 выполнено равным одному. Таким образом, за два оборота коленчатого вала 4 двигателя плунжер 5 под действием кулачка 6 совершает четыре возвратно-поступательных движения. При этом отверстие 8 в плунжере 5 при закрытии впускных окон 7 последовательно совпадало с одним из четырех отверстий 9 в гильзе топливного насоса, обеспечивая тем самым подачу топлива в один из четырех цилиндров двигателя 1. Таким образом, линейная скорость перемещения плунжера 5 возросла вчетверо по сравнению с известным двигателем, у которого обороты кулачкового вала 3 в два раза меньше оборотов коленчатого вала 4 (для 4-тактного 4-цилиндрового ДВС), изменение скорости перемещения плунжера 5 обеспечило увеличение давления впрыскивания топлива в цилиндры, улучшая тем самым процесс смесеобразования и обеспечивая более полное сгорание топливной смеси.

Пример реализации изобретения

Настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологий. Применение изобретения позволяет улучшить эксплуатационные и технические показатели ДВС, повысить его кпд, способствует усовершенствованию рабочего цикла дизеля.