Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению. Цель изобретения - повышение надежности двигателя путем снижения максимальных нагрузок на вал расширительного цилиндра. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1 с поршнем 2, подключенным к валу 12 шатуном 14, при этом поршень 2 со стороны картера 17 двигателя поджат дополнительным упругим рабочим телом 18 или сжатым газом. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению.

Известен двигатель внутреннего сгорания, снабженный гибким шатуном.

Высокие максимальные давления, воздействующие через поршень расширительного цилиндра на шатун и кривошип вала, ограничивают его использование.

Известен также двигатель внутреннего сгорания, выбранный за прототип и содержащий по меньшей мере один цилиндр с поршнем, связанный при помощи шатуна с валом и разделяющий цилиндр на надпоршневую и подпоршневую полости, впускные и выпускные каналы, подключенные к цилиндру и снабженные клапанами, и перепускной канал.

Двигатель недостаточно надежен из-за чрезмерных нагрузок на вал цилиндра.

Целью изобретения является повышение надежности двигателя путем снижения максимальных нагрузок на вал цилиндра.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель дополнительно снабжен упругим элементом, размещенным в подпоршневой полости цилиндра и взаимодействующим с поршнем и со стенкой указанной полости.

Упругий элемент может быть выполнен в виде пружины.

Подпоршневая полость цилиндра может быть герметичной.

Двигатель может быть дополнительно снабжен источником постоянного давления и автоматическим обратным клапаном, причем последний установлен в подпоршневой полости цилиндра и подключен при помощи магистрали к источнику постоянного давления. Кроме того, двигатель может быть дополнительно снабжен испарителем воды, размещенным в выпускном канале и включенным своей паровой полостью в магистраль между источником постоянного давления и автоматическим обратным клапаном, а подпоршневая полость цилиндра выполнена теплоизолированной.

Источник постоянного давления может быть выполнен в виде компрессора, всасывающая полость которого соединена с атмосферой или с выпускным каналом двигателя.

На чертеже изображен двигатель внутреннего сгорания.

Двигатель содержит по меньшей мере одну цилиндропоршневую группу, состоящую из расширительного цилиндра 1 с поршнем 2, к которому перепускным клапаном 3 подключен по меньшей мере один основной цилиндр 4 с поршнем 5, впускной 6 и выпускные 7, 8 клапаны, подключенные к многоступенчатым турбине 9 и компрессору 10 со средствами промежуточного подвода тепла и промежуточного охлаждения, карбюратор 11, валы 12, 13, соединенные между собой шестернями (не показаны), шатун 14 основного поршня и шатун расширительного поршня, состоящий из пружины 15 и гибкого ограничителя 16.

Для уменьшения нагрузок на кривошип вала 13 в картере 17 располагают дополнительное рабочее тело либо пружину 18, либо сжатый газ (продукты сгорания, прорывающиеся в работающем двигателе в картер из надпоршневой зоны цилиндра; водяной пар, нагнетаемый в картер от источника постоянного давления, например испарителя 19 с насосом 20, воздух или негорючий газ, нагнетаемый от емкости постоянного давления 21 и компрессора 22, при этом картер выполняется герметичным, а газ нагнетается через автоматический обратный клапан 23. Картер может быть снабжен предохранительным клапаном 24, через который избыток газов картера удаляется в среду. Поджиг осуществляется свечой 25 зажигания, картер 17 может иметь теплоизоляцию 26, компрессор 22 может быть подключен к холодильнику 27 и компрессору 10.

Воздух (в) сжимают турбокомпрессорами 9, 10, в карбюраторе 11 образуют топливовоздушную смесь и впускают клапаном 6 в основной цилиндр 4, заряд сжимают и поджигают свечой 25, при расположении поршня 5 в области верхней мертвой точки клапан 3 открывается, по меньшей мере часть продуктов сгорания перепускается в цилиндр 1, где в этот момент поршень 2 также располагается в верхней мертвой точке. Под действием высокого давления перепускаемых газов поршень 2 обгоняет вращения вала 13 и перемещается в направлении к нижней мертвой точке, воздействуя на вал 13 пружиной 15, одновременно сжимая рабочее тело картера 17 (либо пружину 18, либо газ картера), которое накапливает работу расширения цилиндра 1. К моменту прихода поршня 2 в нижнюю мертвую точку вал 13 догоняет поршень 2, ограничитель 16 натягивается, при дальнейшем вращении вала 13 поршень 2 перемещается к верхней мертвой точке (на такте выпуск) под действием аккумулированной работы рабочего тела картера с одновременной передачей этой работы на кривошип вала 13.

Объемы цилиндра 1 и картера 17 при заполнении последнего газом подбираются с расчетом получения в картере от перемещающегося поршня степени сжатия порядка 1,1-1,5.

П р и м е р. Свежий заряд с коэффициентом избытка воздуха α = 1 и давлением 0,5 МПа нагнетают в основной цилиндр, сжимают со степенью сжатия ζ = 6 и площадью поршня 1 дм², продукты сгорания перепускают в расширительный цилиндр площадью поршня 4 дм², ходы поршней одинаковы (в известном двигателе при максимальных давлениях перепускаемых газов, воздействующих через поршень на жесткий шатун, шатун и кривошип вала испытывают на себе давления порядка 80 т). Пружины 15, 18 рассчитаны на среднее давление сжатия порядка 3 т. Таким образом кривошип вала 13 будет испытывать на себе давление от пружин и на ходе поршня вниз и на ходе поршня вверх с усилием 3 т, что на порядок ниже усилий, воспринимаемых валом известного двигателя.

Газообразное рабочее тело нагнетают в картер 17 от источника постоянного давления, создаваемого либо насосом 20 (в насос 20 подают воду (в¹), которую нагнетают в испаритель 19 и пар (п) направляют к органу 23), либо от компрессора 22 (с), работающего от вала двигателя. После заполнения картера газом заданного давления дальнейшая подача газа прекращается и имеют место лишь восполнения утечек газа через неплотности в соединениях картера, в том числе через уплотнения подшипников вала.

При использовании в качестве рабочего тела водяного пара (п), получаемого от испарителя 19, во избежание конденсации пара картер теплоизолируют от среды слоем 26, что позволяет сохранить заданную температуру пара и снизить теплопотери от рабочего тела в среду.

К компрессору 22 могут подаваться либо воздух, либо отработавшие газы от холодильника 27.

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий по меньшей мере один цилиндр с поршнем, связанный при помощи шатуна с валом и разделяющий цилиндр на надпоршневую и подпоршневую полости, впускные и выпускные каналы, подключенные к цилиндру и снабженные клапанами, и перепускной канал, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения нагрузки на вал цилиндра, он дополнительно снабжен упругим элементом, размещенным в подпоршневой полости цилиндра и взаимодействующим с поршнем и со стенкой указанной полости.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде пружины.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что подпоршневая полость цилиндра выполнена герметичной.

4. Двигатель по пп.1 и 3, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен источником постоянного давления и автоматическим обратным клапаном, причем последний установлен в подпоршневой полости цилиндра и подключен при помощи магистрали к источнику постоянного давления.

5. Двигатель по пп. 1, 3 и 4, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен испарителем воды, размещенным в выпускном канале и включенным своей паровой полостью в магистраль между источником постоянного давления и автоматическим обратным клапаном, а подпоршневая полость цилиндра выполнена теплоизолированной.

6. Двигатель по пп.1, 3 и 4, отличающийся тем, что источник постоянного давления выполнен в виде компрессора, всасывающая полость которого соединена с атмосферой или с выпускным каналом двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1