Двухтактный дизель

 

Использование: двигателестроение, в частности дизельная топливная аппаратура. Сущность изобретения: двухтактный дизель содержит цилиндро-поршневую группу, кривошипно-шатунный механизм, насосфорсунку 7с приводом, выхлопную систему, воздушный компрессор, клапанный механизм с приводом, кулачки 19, установленные на коренных шейках 13 коленчатого вала. Приводы клапанного механизма и насосов-форсунок 7 выполнены с возможностью взаимодействия с кулачками 19. Каждый из приводов выполнен в виде первого I, второго II, третьего III гидроцилиндров с гидравлическими поршнями 21,

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ фиг.Б

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5003752/06 (22) 08.07,91 (46) 07.09.93. Бюл. М 33 — 36 (76) Внуков Вас.В., Внуков Вад.В, (54) ДВУХТАКТНЫЙ ДИЗЕЛЬ (57) Использование: двигателестроение, в частности дизельная топливная аппаратура.

Сущность изобретения: двухтактный дизель содержит цилиндро-поршневую группу, кривошипно-шатунный механизм, насос(si)s F 02 M 39/00, F 02 M 57/02 форсун ку 7 с приводом, выхлопную систему, воздушный компрессор, клапанный механизм с приводом, кулачки 19, установленные на коренных шейках 13 коленчатого вала. Приводы клапанного механизма и насосов-форсунок 7 выполнены с возможностью взаимодействия с кулачками 19, Каждый из приводов выполнен в виде первого 1, второго II, третьего III гидроцилиндров с гидравлическими поршнями 21, M

С)

С)

С) ф (; Ю () 2000463 гидролинии IV, винта 25 с многозаходной резьбой и пружиной 22, гайки 24, ролика 20, зубчатого колеса 26, закрепленного на ограничительном винте 25 и связанного с зубчатой рейкой 27 подачи топлива.

Гидроцилиндры связаны с гидролинией.

Гидравлический поршень 21 первого гидроцилиндра I соединен с роликом 20 и установлен с возможностью взаимодействия с кулачком 19, ограничительный винт 25 c пружиной 22 размещен во втором гидроцилинИзобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), а более конкретно к устройству двухтактных дизелей, которые могут быть малооборотными, среднеоборотными, повышенной оборотности и высокооборотными.

Известны многочисленные конструкции двухтактных ДВС. В качестве аналога можно принять ДВС Ярославского моторного завода марок ЯАЗ вЂ” 204, ЯАЗ вЂ” 206, использовавшихся на грузовых автомобилях ЯАЗ, МА3, а также иностранных, например фирмы Крупп. В качестве топливной аппаратуры на этих ДВС использовались насосы-форсунки AP — 20, AP-21, AP-23, приводившихся в действие от нижерасположенного распредвала посредством штанг и коромысеч. Величина д" зы топлива на сгорание задавалась плунжером-золотником эа счет его поворота вокруг собственной оси посредством зубчатого колеса в паре с зубчатой рейкой. Клапанный механизм приводился в действие также от нижерасположенного кулачкового распредвала и также посредством штанг и коромысел. На некотсрых современных судовых

ДВС привод кл зпанного механизма осуществляет простейший гидропривод, содержащий ведущее и ведомое звенья, соединенные между собой гидролинией.

Аналогичный гидропривод используется в выжимном устройстве муфты сцепления

ДВС, а также в гидравлической системе тормозов автомобилей. Устройство гидропривода клапанного механизма судовых ДВС приводится в книге Ю.Я,Фомин, А,И.Ãîðбань и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л.: Судостроение. 1989, с.79, рис.2.26, с.127-132, рис.4.4, 4.6, 4.7. Устройство насосов-форсунок ДВС ЯА3-204, ЯАЗ206 приведено в справочнике автомобильного механизма Л.Л.Афанасьева, M.: Машгиэ, 1959, с.205, фиг.80, а схема

40 дре II с возможностью взаимодействия с гайкой 24, выполненный за одно целое с вторым гидроцилиндром. Гидравлический поршень 21 третьего гидроцилиндра III связан с плунжером 33 насоса-форсунки 7 или с клапаном 6. Двухтактный дизель снабжен защитным кожухом 8, установленным на блоке цилиндров с образованием ресивера свежего заряда, вход которого сообщен с воздушным компрессором, а выход — с цилиндрами через клапаны 6, 3 з,п. ф-лы, 6 ил. управления работой насосов-форсунок показана на фиг.81, Известно, что в двухтактных ДВС подача заряда свежего воздуха в цилиндровые полости осуществляется только под избыточным давлением. Например, в ДВС ЯАЗ—

204 и ЯАЗ вЂ” 206 избыточное давление создает объемный нагнетатель винтовой конструкции, а в судовых и транспортных

ДВС вЂ” газотурбонагнетатели, работа которых осуществляется за счет энергии выхлопных газов, поступающих по подводящим каналам в турбокомпрессор. По такой же схеме осуществляется наддув в четырехтактных ДВС. Во всех случаях выхлоп отработавших газов происходит через клапаны, размещаемые в крышках цилиндровых полостей. Подача заряда свежего воздуха осуществляется через окна, размещенные в срединной части высоты стенок цилиндра,,К существенным недостаткам насосовфорсунок можно отнести громоздкость многоэвенного механического привода, снижающего жесткость управления фазами топливоподачи, сложность технологии изготовления плунжера-золотника, повышенную габаритность корпуса за счет наличия поворотного устройства плунжер-золотника. громоздкость системы рычагов управления работой насосов-форсунок, невозможность регулировки по тарированию на существующих стендах.

К недостаткам системы продувки цилиндровых полостей можно отнести излишнюю термонапряженность крышек цилиндровых полостей за счет выхлопа отработавших газов через клапаны, невозможность дозарядки цилиндровых полостей через окна. так как поршень (в данном случае несущий функцию золотника) жестко привязан к углу поворота коленвала. При открывании поршнем нагнетательных окон в силу давления, превышающего давление в

2000463 ресивере заряда свежего воздуха, происходит заброс отработавших газов в ресивер, И нерцион ность движения газов сгоревшего топлива нарастает следом за движением днища поршня, а при продувке через клапаны неизбежно возникает опрокидывание этого движения газов, что ухудшает процесс продувки, так как на опрокидывание необходимо дополнительное время.

Недостатки турбонаддува, Применяемая конструкция рабочего газового колеса относится к радиально-осевой центростремительной реактивной турбине с двухсекционным смешанным подводом отработавших газов, при этом каждую секцию питают от отдельного ряда цилиндров (cM. Райков И.Я., Рытвинский Г,Н. Конструкция автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа, 1986, с,290, рис.10,4). Закрутка патрубков и направляющих лопаток имеет сложную конструкцию.

Осерадиальное колесо нагнетателя заряда свежего воздуха создает резкий неприятный шум-свист. Наблюдаются большие потери газодинамического напора отработавших газов в каналах подвода к рабочему колесу турбины, Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы ДВС.

Достижение цели осуществляется следующим образом. Известно, что общий обьем рабочей жидкости простейшего гидропривода всегда остается постоянным, так как рабочая жидкость из ведущего звена по гидролинии перетекает только в ведомое звено и обратно, следовательно, рабочие ходы гидропоршней ведущего и ведомого гидроцилиндров остаются собственными и постоянными, Для изменения величины хода ведомого гидропоршня предлагается встроить в гидролинию параллельно дополнительный гидроцилиндр с гидропоршнем, в который будет перетекать задаваемый обьем рабочей жидкости из ведущего гидроцилиндра, отчего ведомый (исполнительный) поршень будет иметь задаваемый ход.

Величину хода гидропоршня дополнительного гидроцилиндра можно регулировать, например, с помощью упорного винта, снабженного зубчатым колесом в паре с зубчатой рейкой. Для увеличения размера хода упорного винта за один оборот предлагается применить многозаходную резьбу.

Дополнительный гидроцилиндр предлагается выполнить с одного конца с резьбой для упорного винта, а с другого конца с гидрополостью под гидропоршень. Между гидропоршнем и упорным винтом размещается распорная витая пружина, постоянно

55 отталкивающая гидропоршень от упорного винта.

Предлагается изменить конструкцию насоса-форсунки и ее привод. В основу привода предлагается положить вышеописанный гидропривод. В результате его применения иэ конструкции плунжерной пары насоса-форсунки исключается золотниковое и поворотное устройства, что существенно уменьшит габаритность по диаметру, а использование подпружиненного подвижного распылителя уменьшит высоту насоса-форсунки, Величину подачи дозы топлива будет отмеривать плунжер за счет собственного задаваемого размера хода.

С целью улучшения процесса продувки цилиндровых полостей от отработавших газов предлагается изменить существующее направление продувки на противоположное. Подачу заряда свежего воздуха предлагается осуществлять через клапаны, а не через окна в стенках цилиндра, что существенно снизит термонапряженность клапанов, насосов-форсунок и тело крышек цилиндров. В теле крышек отпадет необходимость выполнения каналов подвода заряда, как это имеет место в существующих

ДВС, при этом защитный кожух клапанного механизма можно использовать как ресивер для размещения объема заряда свежего воздуха. Подача заряда свежего воздуха через клапаны позволяет управлять ее началом, длительностью и концом за счет профиля кулачка и угла поворота коленвала, чего невозможно достичь при продувке через окна, так как движение поршня жестко привязано к углу поворота коленвала, С целью увеличения эффективности использования энергии выхлопных отработавших газов иэ цилиндровых полостей предлагается устанавливать рабочие колеса газовых турбин непосредственно в каналах отвода выхлопных газов из окон, при этом конструкция рабочего колеса должна быть активного типа, что упростит конструкцию и повысит КПД. Например, в предлагаемой конструкции ДВС можно установить по два турбоколеса на одном общем валу по одному с каждого конца и с каждого бока блока цилиндров, т.е. четыре нагнетателя, и из них два могут быть первой ступени нагнетания, а два — второй степени нагнетания. Валы турбоколес (газовых) между собой соединяются муфтами. С целью устранения излишнего шума нагнетателями в конструкции турбоколеса можно использовать тип "Сирокко", На фиг.1 изображен поперечный разрез

ДВС; на фиг.2 — поперечный разрез по ко200046 ренной шейке коленвала; на фиг.3 -- вид блока-картера со стороны поддона; на фиг.4 — вид блока-картера с клапанным механизмом: на фиг,5 — устройство привода клапанного механизма; на фиг.б — устройство привода насоса-форсунки, В качестве примера конкретного применения изобретения предлагается конструкция двухтактного ДВС для крупносерийных выпусков автомобилей и тракторов.

ДВС содержит блок-картер 1, в котором размещены гильзы цилиндров 2, закрытые крышками 3. В гильзах цилиндров 2 выполнены выхлопные окна 4. сообщающиеся с турбоколесами 5. В крышках 3 размещены нагнетательные клапаны 6 и насосы-форсунки 7, Блок-картер 1 закрыт защитным кожухом 8, несущим функцию ресивера заряда свежего воздуха. В гильзах цилиндров

2 размещены поршни 9, сочлененные посредством шатунов 10 с шатунными шейками 11 коленвала 12, коренные шейки 13 которого подведены на постелях 14, замкнутых крышками 15 и зафиксированных шкантами 16 к блоку-картеру 1, закрытому поддоном 17. В постелях 14 размещены штуцера 18 подвода жидкостной смазки к вкладышам. На коренных шейках 13 размещены кулачки 19, взаимодействующие с роликами 20 гидропоршней 21, размещенных в полости гидроцилиндра I ведущего звена простейшего гидропривода. Поршни снабжены возвратными пружинами 22, а посредством штуцеров 23 гидрополости сообщаются с гидролин: ей подпитки утечек рабочей жидкости иэ общего объема гидропривода. Гидрополость посредством гидролинии IV сообщается с гидрополостью цилиндра II и гидрополостью цилиндра III, Гидрополость цилиндра !! образована гайкой 24 для ограничительного винта 25 с многозаходной резьбой и зубчатым колесом

26 в паре с зубчатой рейкой 27. Крышки 3 имеют рубашки 28 охлаждения. Турбоколеса 5 имеют валы 29, соединенные между собой муфтами 30. Насосы-форсунки 7 сообщены с топливопроводом 31, Рубашка 28 охлаждения пссредством патрубков 32 сообщается с отводящим коллектором в радиатор охлаждения. Насос-форсунка 7 имеет плунжер 33 и подпружиненный распылитель 34 топлива, Клапанный механизм ДВС работает следующим образом.

Кулачок 19 набегает на ролик 20 гидропоршня 21, отчего гидропоршень получает поступательное движение, вытесняя рабочую жидкость иэ гидрополости по гидролинии IV в глдрополость III клапанного механизма 6, или насоса-форсунки 7. Если

55 ограничительный винт 25 (фиг.5) подпирает гидропоршень 21, то гидропоршень в гидрополости III открывает нагнетательный клапан и заряд свежего воздуха иэ ресивера 8 устремляется в цилиндровую полость 2. Если ограничительный винт 25 образует зазор для перемещения гидропоршня 21, то вытесняемая рабочая жидкость из гидрополости поступает в гидрополость III, отчего гидропоршень в гидрополости III остается без движения и клапан закрыт, а плунжер ЗЗ остается без движения, Количество топлива на сгорание отмеривает плунжер 33 по величине собственного хода, размер которого задает гидропоршень 21 посредством ограничительного винта 25 через зубчатое колесо 26 и зубчатую рейку 27.

В качестве примера технико-экономической эффективности заявляемого ДВС приводится сравнительный упрощенный расчет параметров, например, КамА3-740.

Следует отметить, что среднее эффективное давление газов на поршень при двухступенчатом наддуве может иметь значительно большее значение нежели 8 кг/см, но даже при вышеприведенном упрощенном сравнительном расчете дает основание заявлять, что предлагаемая конструкция имеет все преимущества перед серийными ДВС, Формула изобретения

1. Двухтактный дизель, содержащий цилиндропоршневую группу, соединенную с кривошипно-шатунным механизмом, прямоточно-клапанную систему продувки, насос-форсунку с приводом, выхлопную систему, воздушный компрессор, клапанный механизм с приводом, кулачки, установленные на коренных шейках коленчатого вала, причем приводы клапанного механизма и насосов-форсунок выполнены с возможностью взаимодействия с кулачками, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, каждый иэ приводов выполнен в виде первого, второго и третьего гидроцилиндров с гидравлическими поршнями, гидролинии, ограничительного винта с многоэаходной резьбой и пружиной, гайки, ролика, зубчатого колеса, закрепленного на ограничительном винте и связанного с зубчатой рейкой подачи топлива, гидроцилиндры связаны с гидролинией, гидравлический поршень первого гидроцилиндра соединен с роликом и установлен с возможностью взаимодействия с кулачком, ограничительный винт с многоэаходной резьбой и пружиной размещен во втором гидроцилиндре с воэможностью взаимодействия с гайкой. выполненной ээ одно целое с вторым гидроцилиндром, причем гидрял10

2000463

Заявляемый ДВС

Камаз-740

Показатель

8 Ч 12/12

4 ДН 12/12

12

113,097

113,097

12

Размер хода поршня, см

Среднее эффективное давление газов. кг/см

6,69

8,00

904,77

108,57

757,15

90,85

21,67

9.6

10,4

57,90

26,29

231,62

209,98

Литровая мощность ДВС, л,с, Максимальное число оборотов колвала, и/мин

19,34

42,67

2400

2600 нет один нет нет нет один нет четыре лический поршень третьего гидроцилиндра связан с плунжером насоса-форсунки или с клапаном.

2, Дизель по и 1, отличающийся тем, что он снабжен защитным кожухом, установленным на блоке цилиндров с образованием ресивера свежего заряда. вход коМарка ДВС по ГОСТ 4393-82

Диаметр цилиндров, см

Площадь сечения цилиндров, см г

Сила газов на площадь поршня, кгс

Работа одного рабочего хода, кгм

Число рабочих ходов, с

Средняя скорость поршня, м/с

Цилиндровая мощность, л.с.

Число цилиндров ДВС, шт.

Аграгатйая мощность ДВС, л.с

Наличие распредвала, шт.

Число насосов-форсунок, шт.

Число элементарных форсунок, шт.

Наличие ТНВД, шт.

Число коренных опор коленвала, шт.

Наличие газотурбонагнетэтелей, шт. торого сообщен воздушным компрессором, а выход — с цилиндрами через клапаны.

3.Дизель по пп.1 и2, от л и ч а ю щ и йс я тем, что воздушный компрессор выпол5 нен в виде турбокомпрессора, причем турбины установлены в выхлопной системе по числу цилиндров и связаны с компрессором через муфты и общий вил.

БАРР(, 1я

20Г)0 163

2000463

Составитель B,Âíóêîâ

Редактор Н, Цалихина Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар

Заказ 3072

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагарина. 101