Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия

 

Изобретение относится к двигателестроению. в частности к аксиально-поршневым двухтактным двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Двухтактный аксиально-поршневой дизель содержит корпус с цилиндрами и встречно движущимися в них поршнями, кинематически связанными с коренным валом, камеры сгорания и топливоподающие устройства с приводом от кулачка. Коренной вал снабжен шлицами, кольцевым упором с пружиной и муфтой с грузиками, кулачок привода топливоподающих устройств размещен на шлицах между пружиной и муфтой с возможностью взаимодействия с ними и осевого поступательного перемещения по валу. Топливоподающие устройства размещены в пространстве корпуса между цилиндрами и выполнены в виде насосов-форсунок, привод которых осуществлен от одного кулачка посредством установленных в корпусе на осях двуплечих коромысел, одно плечо которых снабжено роликом для взаимодействия с кулачком, а другое сопряжено с толкателем насоса-форсунки. Технический результат заключается в увеличении механического КПД и в упрощении конструкции двигателя путем обеспечения взаимозаменяемости цилиндров при повышенном ресурсе двигателя. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предполагаемое изобретение относится к области двигателестроения, в частности к аксиально-поршневым двухтактным двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, а также к приводам топливоподающей аппаратуры, соединенным с коренным валом двигателя посредством соединительных муфт, и может быть использовано на автомобилях и тракторах.

Уже известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащие корпус с параллельно расположенными по меньшей мере двумя цилиндрами и встречно движущимися в них поршнями, кинематически связанными с коренным валом, являющимся осью симметрии цилиндров. Камеры сгорания ограничены стенками цилиндров и днищами поршней. Топливные форсунки установлены в них посередине цилиндра, перпендикулярно его оси.

Привод топливных форсунок осуществлен от кулачков распределительного вала, который посредством редуктора связан с коренным валом /Заявка РСТ N W 86/06136, F 02 B 75/26, опубл. 1986./.

Указанный двигатель наиболее близок к предлагаемому решению как по существенным признакам, так и по техническому результату, и характеризуется эффективным рабочим процессом, однако привод топливной аппаратуры в нем громоздок и мало эффективен, потери мощности достаточно велики, а кроме того двигатель проблематичен в эксплуатации на тяжелонагруженной наземной технике.

Задачей изобретения является увеличение механического КПД двигателя путем сокращения числа передаточных механизмов, упрощение конструкции двигателя путем обеспечения взаимозаменяемости цилиндров и повышение ресурса двигателя.

Для достижения поставленной задачи в известном двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащем корпус с размещенными в нем по меньшей мере двумя цилиндрами и встречно движущимися в них поршнями, кинематически связанными с коренным валом, ось вращения которого параллельна оси симметрии цилиндров, камеры сгорания, ограниченные стенками цилиндра и днищами обоих поршней, и снабженные топливоподающими устройствами с распыливающими соплами и приводом от кулачка, согласно изобретению коренной вал снабжен шлицами, выполненными напротив места установки топливоподающих устройств, кольцевым буртом и пружиной, на него опирающейся, и муфтой с центробежными грузами, а кулачок привода топливопроводящих устройств размещен между пружиной и муфтой на шлицах коренного вала с возможностью осевого поступательного перемещения по нему путем взаимодействия с пружиной и муфтой, причем топливоподающие устройства размещены в пространстве корпуса между цилиндрами и выполнены в виде насосов-форсунок, привод которых осуществлен от одного кулачка посредством двуплечих коромысел, установленных на осях с возможностью поворота относительно последних. Одно плечо коромысел снабжено роликом для взаимодействия с кулачком, а другое примыкает к нагруженному пружиной толкателю насоса-форсунки.

Шлицы на поверхности сопряжения кулачка и коренного вала могут быть выполнены косыми.

Место закрепления на наружной стенке цилиндра или на корпусе двигателя оси двуплечевого коромысла, а следовательно, и место установки насоса-форсунки выбирается из условия достижения взаимозаменяемости цилиндров. Так, для двухцилиндрового двигателя и угла между плечами коромысел, равного 90^o, такая компоновка достигается поворотом одного цилиндра с закрепленным на оси коромыслом на 180^o относительно оси коренного вала. Для трехцилиндрового двигателя с цилиндрами, равноудаленными от оси коренного вала, величина этого угла составляет 120^o, т.е. величина угла поворота цилиндра относительно оси вращения коренного вала выражена зависимостью где n- число цилиндров двигателя.

Для двухцилиндрового двигателя оси насосов-форсунок расположены параллельно между собой, а распыливающие сопла ориентированы в противоположные стороны, причем оси коромысел и приводимые каждым из них насос-форсунки размещены диаметрально противоположно по обе стороны плоскости, проходящей через оси цилиндров и коренного вала.

При неравномерном угловом расположении цилиндров относительно оси коренного вала последующий цилиндр относительно предыдущего повернут вокруг своей оси на угол, образованный лучами, исходящими от оси коренного вала к осям обоих цилиндров.

Ширина кулачка выбирается из условия постоянного контакта с роликами коромысел. Для достижения этого соотношение ширины кулачка и длины ролика выполнено равным по меньшей мере 1,5-10:1.

Анализ патентной и научно-технической литературы не выявил двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия с заявленной совокупностью признаков.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично показан: а) продольный разрез двигателя и б) его поперечное сечение по А-А.

На фиг.2 показан узел двигателя, содержащий муфту и кулачок, взаимодействующий с роликом на коромысле.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия содержит корпус 1 с размещенными в нем, например, двумя рабочими цилиндрами 2 и встречно движущимися в них поршнями 3, механически через механизм преобразования 4 связаны с коренным валом 5. Каждый рабочий цилиндр 2 содержит продувочные 6 и выпускные 7 окна. Камера сгорания 8 двигателя ограничена днищами 9 обоих поршней 3 и стенками цилиндра 2. Коренной вал 5 двигателя расположен параллельно цилиндрам 2, а его ось 10 является осью симметрии обоих цилиндров 2. На коренном валу 5, посередине его установлен кулачок 11 с возможностью его осевого перемещения по валу 5, для чего на поверхности сопряжения кулачка 11 и коренного вала 5 предусмотрены шлицы 12, возможно косые. Шлицы 12 выполнены напротив места установки насосов-форсунок 13, привод которых осуществляют от одного кулачка 11 посредством роликов 14 и двуплечих коромысел 15, ось 16 качания которых закреплена на наружной поверхности последующего, а для двухцилиндрового двигателя противолежащего цилиндра 2. Возможно крепление оси 16 и на корпусе 1. Оба насоса-форсунки и привод их размещены в пространстве корпуса 1 между цилиндрами 2. Распыливающее сопло 17 насосов-форсунок 13 ориентировано в камеру сгорания 8 посередине рабочего цилиндра 2. Ось 18 насосов-форсунок 13 пересекает ось 19 цилиндра 2 под углом 90^o, а с плоскостью, проходящей через ось 10 вращения коренного вала 5 и оси 19 цилиндров 2 составляет угол, например, равный 45^o. Ролик 14 размещен на плече 20 коромысла 15, другое плечо 21 коромысла 15 примыкает к толкателю 22 насосов-форсунок. Оси 18 насосов-форсунок 13 обоих цилиндров 2 в двухцилиндровом двигателе параллельны между собой, а их сопла 17 ориентированы в противоположные стороны.

Коренной вал 5 снабжен кольцевым буртом 23, пружиной 24, на него опирающейся, и муфтой 25 изменения опережения впрыска топлива, соединенной с центробежным чувствительным элементом - подпружиненными грузиками 26. Кулачок 11 расположен на валу 5 между пружиной 24 и муфтой 25. Пружина 24, и ширина кулачка 11 и длина ролика 14 привода насоса-форсунки подобраны таким образом, чтобы кулачок 11 и ролик 14 при любых нагрузках двигателя оставались во взаимодействии.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении коренного вала 5 в одном цилиндре 2 поршни 3 сходятся, двигаясь к ВМТ. Происходит процесс сжатия воздушного заряда, поступившего через продувочные окна 6. Кулачок 11 набегает на ролик 14 и через коромысло 15 действует на насос-форсунку 13, который подает топливо в камеру сгорания 8 двигателя. Топливо, поданное в камеру сгорания, воспламеняется, поршни 3 проходят ВМТ и начинают расходиться. Происходит процесс сгорания и расширения, при котором горячие газы действуют на поршень 3, усилие от которых передается на механизм преобразования 4, преобразуясь в крутящий момент коренного вала 5. В конце такта расширения один из поршней 3 открывает выпускные окна 7, через которые поступает свежий воздушный заряд в цилиндр 2. После того, как поршни 3 дойдут до ВМТ, начинается следующее сближение поршней 3, при котором происходит вначале перекрытие выпускных 7 и продувочных окон 6, а затем начинается процесс сжатия воздушного заряда. В дальнейшем таким же образом цикл в данном цилиндре повторяется.

В других цилиндрах двигателя в той же последовательности происходят такие же процессы, но со смещением по углу поворота коренного вала 5 на то значение угла, на котором находится ось 19 следующего цилиндра от рассматриваемого относительно оси 10 коренного вала в направлении вращения.

При увеличении частоты вращения коренного вала под действием центробежных сил грузики 26 начинают расходиться и двигать через муфту 25 кулачок 11, преодолевая усилие пружины 24 при ее сжатии. Кулачок 11 имеет такую ширину и такое соотношение размеров ширины кулачка и длины ролика 14, что при своем движении по шлицам 12 вдоль коренного вала 5 постоянно находится в контакте с роликами коромысла 15.

При уменьшении частоты вращения усилие пружины 24 становится больше центробежных сил грузиков 26 и кулачок 11 движется в обратном направлении вдоль коренного вала 5.

Если шлицы 12 на коренном валу 5 выполнены не вдоль оси, а под углом /косыми/, то при своем движении вдоль оси кулачок 11 также поворачивается относительно вала 5 и тем самым изменяет момент набегания ролика 14 на кулачок 11 и, следовательно, момент подачи топлива в каждый цилиндр 2 в зависимости от частоты вращения вала 5.

Если профиль кулачка 11 по длине оси 10 вала 5 переменный, то при своем движении вдоль оси 10 кулачок 11 работает с роликом 14 по другому закону и тем самым изменяет характер и величину подачи топлива в каждый цилиндр 2 в зависимости от частоты вращения вала. Так как все насосы-форсунки 13 приводятся от одного кулачка, то характер изменений для них идентичен.

Изменение угла поворота кулачка 11 и его профиля от частоты вращения вала выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемые характеристики двигателя.

В предложении конкретизирована величина угла поворота цилиндра с установленными насосами-форсунками и их приводом относительно своей оси этот угол образован двумя прямыми, исходящими из оси 10 коренного вала 5 до пересечения с осями обоих цилиндров.

Заявляемая совокупность признаков представляет собой оптимальное техническое решение компактного эффективного взаимодействия приводных и топливоподающих устройств для аксиально-поршневых двухтактных двигателей. По сравнению с прототипом в предложении отсутствует топливный насос высокого давления, длинные топливопроводы, снижающие давление впрыска, отсутствует редуктор, связывающий коренной вал с распределителем. Вместе с тем установка кулачка на коренном валу позволяет совместить функцию коренного и распределительного валов, т. е. снизить число передаточных механизмов и повысить КПД двигателя.

Осевое перемещение кулачка относительно ролика позволяет увеличить рабочую поверхность кулачка, а следовательно, увеличить ресурс двигателя.

Установка кулачка на косых шлицах и при осевом его перемещении возможность поворота относительно коренного вала реализует функции муфты опережения впрыска топлива, при одновременном использовании кулачка для привода насосов-форсунок.

Использование грузиков, установленных на коренном валу для привода кулачка, позволяет исключить промежуточные шестрени и обеспечить автоматическое перемещение кулачка при изменении частоты вращения вала.

Таким образом, в предлагаемом решении достигается: - компактная компоновка, позволяющая снизить габариты и массу двигателя, - взаимозаменяемость цилиндров, снабженных насосами-форсунками и их приводом, - сокращение длины трубопроводов подвода топлива и идентичность работы всех насосов-форсунок при высоком давлении впрыска, приводящие к улучшению характеристик двигателя, в том числе экологических и экономических.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, особенно целесообразно его использовать на тяжелых тракторах и автомобилях.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащий корпус с размещенными в нем по меньшей мере двумя цилиндрами и встречно движущимися в них поршнями, кинематически связанными с коренным валом, ось вращения которого параллельна осям цилиндров, камеры сгорания, ограниченные стенками цилиндров и днищами обоих поршней и снабженные топливоподающими устройствами с распыливающими соплами, отличающийся тем, что коренной вал снабжен шлицами, кольцевым буртом с пружиной, на него опирающейся, и муфтой с грузиками, а кулачок привода топливоподающих устройств размещен на шлицах между пружиной и муфтой с возможностью взаимодействия с ними и осевого поступательного перемещения по валу, причем топливоподающие устройства размещены в пространстве корпуса между цилиндрами и выполнены в виде насосов-форсунок, привод которых осуществлен от одного кулачка посредством установленных в корпусе на осях двуплечих коромысел, одно плечо которых снабжено роликом для взаимодействия с кулачком, а другое сопряжено с толкателем насоса-форсунки.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что шлицы на поверхности сопряжения кулачка и коренного вала выполнены косыми.

3. Двигатель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что соотношение ширины кулачка и длины ролика по меньшей мере равно 1,5 - 10 : 1.

4. Двигатель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что при компоновке цилиндров с установленными насосами-форсунками и их приводом величина угла поворота вокруг своей оси каждого последующего цилиндра относительно предыдущего принята равной углу, образованному пересечением прямых, соединяющих ось коренного вала с осями обоих цилиндров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2