Двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: энергетика и транспорт. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания снабжен системой клапанов с механическим и электромагнитным приводом, позволяющей осуществлять переключение его работы с двухтактного цикла на четырехтактный или обратно. Тем самым обеспечивается экономичная работа двигателя в широком диапазоне мощности. 4 з. п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к машиностроению и преимущественно может быть использовано на транспорте в качестве силовой установки.

Известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с лепестковыми (пластинчатыми) или тарельчатыми клапанами и продувочными окнами в цилиндрах. Их основной недостаток повышенная теплонапряженность и потеря рабочего объема цилиндров из-за наличия продувочных окон.

Известны четырехтактные ДВС. Они являются менее теплонапряженными, однако, по массогабаритным показателям заметно уступают двухтактным.

Известны ДВС с переключаемым распределительным валом, способные работать как по двухтактному, так и по четырехтактному циклами прототип. Для работы по двухтактному циклу в нем также предусмотрены продувочные окна в цилиндрах, что обуславливает снижение литровой мощности двигателя.

Целью изобретения являются разработка ДВС, способного работать по двух- и четырехтактному циклам, но не имеющего продувочных окон.

Сущность изобретения: в ДВС, содержащем блок цилиндров с головкой блока, поршнями и кривошипным механизмом, размещенным в картере с туннельной посадкой на подшипниках, систему трубонаддува, систему смазки с баком и масляным насосом, систему газораспределения с распределительным валом и тарельчатым выпускным клапаном, а также устройство переключения двигателя для работы как по четырехтактному так и по двухтактному циклам, цилиндры его выполнены гладкими, без продувочных окон, система газораспределения дополнительно содержит впускные клапаны с электромагнитным управлением, размещенные в картере, и впускной подпружиненный клапан, размещенный на жаропрочном седле в головке поршня, а устройство переключения двигателя выполнено в виде подвижных кулачков, управляемых от рейки с вилками. Картер двигателя выполнен сухим, а система смазки содержит выносной бак, инжектор масляного насоса и подводящие магистрали с обратными клапанами для смазки поршней и подшипников, при этом, щеки кривошипа снабжены кольцевыми канавками, а подшипники с двух сторон герметизированы уплотнительными кольцами. Распределительный вал двигателя снабжен червячным устройством для тонкой регулировки фаз газораспределения. Выпускной тарельчатый клапан расположен наклонно к оси цилиндра двигателя. Распределительное устройство двигателя содержит маятниково-роликовый толкатель со штангой и шарнирной опорой, контактирующий с выпускным кулачком.

На фиг.1 изображен двигатель, общий вид.

Показаны: головка цилиндров с тарельчатым клапаном, расположенным под углом к оси цилиндра, кривошипно-шатунный механизм, имеющий туннельную посадку, с фланцем, приводными шестернями для распределительного вала и масляного насоса с инжектором, система смазки для кривошипно-шатунного механизма и распределительный клапан, золотниковый для порционной смазки, питательная трубка, выносной масляный бак.

На фиг.2 изображена часть картера, карбюратор с воздушным коллектором и фильтром, электромагнитные клапаны с постоянным магнитом, дополнительный магнит для пропуска воздуха при работе по четырехтактному циклу.

На фиг.3 изображен картер с приводным зубчатым ремнем, распределительный вал с прерывателем, впускными и подвижными кулачками, рейкой, переключающим рычагом, включающие контакты для бесконтактных выключателей, секторные пластины, ролико-маятниковый толкатель с выпускным клапаном.

На фиг. 4 изображена часть распределительного вала с опорой и зубчатым ведомым шкивом, червячное устройство для тонкой регулировки, секторные обтекатели с опорой, бесконтактный выключатель.

На фиг.5 изображены щеки с каналами, кольцевые уплотнения подшипников с двух сторон, шатунная шейка с уплотнением, входная трубка для ввода смазки.

На фиг.6 изображен поршень с подпружиненным клапаном и жаропрочным седлом, уплотнительные кольца в головке поршня и уплотнение в юбке, поршневой палец с каналом, вкладышем и уплотнением шатуна.

На фиг.7 изображен шестеренчатый насос с инжектором и всасывающим патрубком.

На фиг.8 изображен оппозитный двигатель с углом развала (например, угол развала равен 165^о).

На фиг. 9 изображена секторная пластина распределительного вала для управления бесконтактными выключателями и выпускными клапанами.

На фиг. 10 изображен роликово-маятниковый, с шарнирной опорой толкатель со штангой. На маятнике имеется обтекатель и выпускной кулачок с заходной фаской для ввода взаимодействий с роликом.

На фиг.11 изображен оппозитный двигатель с нагнетателем, воздушными коллекторами, выхлопными каналами.

На чертеже обозначены: головка цилиндра 1, свеча 2, клапан тарельчатый 3, выпускной канал 4, цилиндр 5, поршень 6 с клапаном 7 и пружиной, поршневой палец 8 с вкладышем, кольцевое уплотнение 9 в юбке, шатун 10, уплотнительное кольцо 11, вкладыш 12, шатунная шейка 13, щеки 14 с кольцевым каналом, кольцевое уплотнение 15, наружная обойма 16 с уплотнением, картер 17, обратная труба 18, нагнетающая трубка 19, фильтр 20, манометр 21, насос 22, инжектор 23, емкость с маслом 24, регулировочный вентиль 25, золотниковый клапан 26, трубка 27, сообщающая трубка 28 с золотником 26, обратная трубка 29, ведущее зубчатое колесо 30, зубчатый ремень 31, ведомое зубчатое колесо 32, регулировочный червяк с червячным колесом 33, распределительный вал 34, кулачки для четырехтактного цикла 35, кулачок для двухтактного цикла 36 с вилками и подвижными рейками, прерыватель 37, бесконтактный выключатель 38, обтекатели 39, фиксирующие гайки 40, обтекателей, бесконтактный выключатель 41 с обтекателем 42 для двухтактного цикла, стойка 43 для распределительного вала, электромагнитный клапан с постоянным магнитом 44, электромагнитный клапан с постоянным магнитом 45 для четырехтактного цикла, блок контактов 46, фильтр воздушный с карбюратором 47, воздушный фильтр 48, ролик 49, штанга 50, стойка 51, обтекатель 52 для включения коромысла 53, натяжной ролик 54, турбонаддув 55, нагнетающий коллектор 56.

Двух-четырехтактный двигатель работает следующим образом.

При вращении кривошипа 14 вращается ведущее 30 и ведомое 32 зубчатое колесо с зубчатым ремнем 31, приводя во вращение газораспределительный вал 34. При четырехтактном цикле пластинчатый сектор 39 под углом β ^o раскрывает бесконтактный выключатель в цепи через контакт 46, в цепи электромагнитного клапана 44 с постоянным магнитом и в картер 17 поступает топливно-воздушная смесь. Через поршневой клапан 7 с пружиной топливовоздушная смесь под напором поступает из картера 17, поршень 6 с клапаном и пружиной движется в направлении от н. м.т. к в.м.т. идет цикл сжатия топливовоздушной смеси. В это время в картере происходит впуск свежего воздуха от турбонаддува 55 через патрубок 56 и открытый электромагнитный клапан с постоянным магнитом 44. Сжатая топливовоздушная смесь по сигналу от прерывателя 37 поджигается свечой 2 и в цилиндре происходит горение топливовоздушной смеси (рабочий ход, поршень 6 из в.м.т. движется в н.м.т.). В картере 17 происходит сжатие воздуха, при этом, рабочий газ препятствует открытию поршневого клапана 7 с пружиной. Кулачок 35 газораспределительного вала 34, взаимодействуя через ролик 49 с маятником 51 и штангой 50, через коромысло 53 открывает тарельчатый клапан 3. В цилиндре 5 отработанный газ после рабочего хода теряет газовое давление, и сжатый картерный воздух пробивается через поршневой клапан 7 с пружиной. Отработанный газ с воздухом под давлением поршня 6 удаляется ускоренно из полости цилиндра 5, поршень 6 при этом доходит до в.м.т. Из-за повышенного объема воздуха и отработанного газа турбонаддув 55 увеличивает обороты, в результате в картер поступает плотный свежий воздух через воздушный фильтр 20 с карбюратором 47, а через открытый электромагнитный клапан 44 с постоянным магнитом происходит впуск в картер 17 по коллектору 56 топливовоздушной смеси. Под давлением бесконтактного выключателя 38 и пластинчатого сектора 39 электромагнитный клапан 44 с постоянным магнитом закрывается, при этом четырехтактный цикл снова повторяется.

Фиг.1, 2, 3, 4. При двухтактном цикле электромагнитный клапан с постоянным магнитом 45 отключается.

Электромагнитный клапан 44 с постоянным магнитом открывает канал коллектора 56 и от турбонаддува 55 воздушного фильтра и карбюратора 47 поступает топливовоздушная смесь в картер 17. При этом поршень 6 с клапаном 7 и пружиной движется от в.м.т. к н.м.т. и в картере 17 происходит сжатие топливовоздушной смеси. С повышением давления в картере 17, поршневой клапан 7 с пружиной открывается, а в конце выхода отработанного газа выпускной тарельчатый клапан 3 закрывается.

В рабочем цикле участвуют выпускные кулачки 35 и 36, так как газораспределительный вал 34 вращается по отношению к кривошипу 14 при соотношении скоростей 1:2.

Фиг.1, 5, 7. Система смазки работает так: масляный насос 22 подает масло из бака 24 через фильтры 20 по трубке 19 через наружную обойму, состоящую из двух колец 15 в шариковую полость. В щеке 14 имеется кольцевой канал, который сообщается с шатунной шейкой 13 каналами, смазывая подшипник 12. Масло сливается из щеки 14 по каналу 18 и возвращается в бак 24.

Фиг. 1, 5, 6, 7. Смазка цилиндра 5 осуществляется по трубке 27 через золотниковый клапан 26, который открывается в н.м.т. поршня 6 от давления в картере 17. По каналу 27 поршневая полость между верхними кольцами и нижним кольцевым уплотнением 9 в юбке заполняется смазкой, попутно смазывается полый поршневой палец 8. Масло возвращается обратно по каналу 29 через золотник 26 в инжектор 23, отсасываясь насосом 22 через инжектор с емкостью 23 и трубкой 29 (фиг.7).

Весь кривошипно-шатунный механизм 14 герметизирован уплотнительными кольцами 11 (фиг.5), а поршневой палец вкладыша 8 уплотнен кольцом. При этом картер 11 остается сухим.

Использование изобретения позволяет улучшить технико-экономические показатели за счет того, что при больших нагрузках, например, свыше 75% от номинальной мощности, двигатель работает по двухтактному циклу, а при малых нагрузках двигатель переходит на работу по четырехтактному циклу.

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий блок цилиндров с головкой блока, поршнями и кривошипным механизмом, размещенным в корпусе с туннельной посадкой на подшипниках, систему турбонаддува, систему смазки с баком и масляным насосом, систему газораспределения с распределительным валом и тарельчатым выпускным клапаном, а также устройство переключения двигателя для работы как по четырехтактному, так и по двухтактному циклам, отличающийся тем, что цилиндры его выполнены гладкими без продувочных окон, система газораспределения дополнительно содержит впускные клапаны с электромагнитным управлением, размещенные в картере, и впускной подпружиненный клапан, размещенный на жаропрочном седле в головке поршня, а устройство переключения двигателя выполнено в виде подвижных кулачков, управляемых от рейки с вилками.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что его картер выполнен сухим, а система смазки содержит выносной бак, инжектор масляного насоса и подводящие магистрали с обратными клапанами для смазки поршней и подшипников, при этом щеки кривошипа снабжены кольцевыми канавками, а подшипники с двух сторон герметизированы уплотнительными кольцами.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что распределительный вал снабжен червячным устройством для тонкой решулировки фаз газораспределения.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что выпускной тарельчатый клапан расположен наклонно к оси цилиндра.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что распределительное устройство содержит маятниково-роликовый толкатель со штангой и шарнирной опорой, контактирующий с выпускным кулачком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11