Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит два рабочих цилиндра, расположенных на одинаковом расстоянии от всасывающего цилиндра. Все цилиндры работают по двухтактным циклам, причем рабочие цилиндры имеют сдвиг по фазе, равный 180^o. Рабочие поршни приводят во вращение коленчатый вал. Всасывающий поршень и всасывающий коленчатый вал приводят в движение с удвоенной циклической скоростью рабочих поршней и коленчатого вала через зубчатую передачу между соответственными коленчатыми валами. Воздух, всасываемый во всасывающий цилиндр через впускные окна, сжимают и направляют поочередно в рабочие цилиндры по перепускным каналам с клапанным управлением. Все клапаны, отверстия и газовые каналы находятся в головке цилиндров. Обеспечены согласованные по времени впрыск и зажигание топлива. Двигатель может содержать один или несколько силовых модулей. Описан также дизельный двигатель с турбонаддувом, содержащий два силовых модуля с У-образным расположением цилиндров. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента полезного действия и мощности на единицу веса. 18 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение касается поршневых двигателей внутреннего сгорания такого типа, у которых насосного действия или всасывающий и рабочий цилиндры работают на двухтактном цикле.

Двигатели такого типа известны из ряда материалов, которые предназначались для улучшения их коэффициента полезного действия и/или мощности на единицу веса. В патенте США N 1881582 описана конструкция, имеющая всасывающий цилиндр, приводящийся в действие с удвоенной циклической скоростью и поочередно подающий всасываемый продувочный заряд в два рабочих цилиндра через перепускные окна, сообщающиеся с нижними стенками рабочих цилиндров, следовательно, синхронизированные с помощью рабочих цилиндров. Хотя эта конструкция предельно повышает достигаемую экономичность продувки, а по сравнению с двухтактным двигателем с повышенным давлением в полости картера, эта конструкция имеет и сохраняет ряд проблем, связанных с КПД, включая основную неэффективность обычного двухтактного двигателя. Указанная неэффективность является результатом открытия перепускных окон в нижних стенках цилиндра, которое уменьшает объем, в котором происходит расширение, при этом указанное уменьшение используется вместо половины фазы переноса продувки. Кроме того, эта конструкция, вследствие указанного переноса на нижние стенки цилиндра, не имеет возможности того, чтобы добиться существенного увеличения эффективности, если используются контролируемые клапаном камеры сгорания постоянного объема.

Второй тип двигателя, снабженный всасывающим и рабочим цилиндрами, работающий на двухтактном цикле и предназначенный для устранения вышеуказанных нежелательных признаков, описан в патентах США NN 3880126 и 4458635. Эти конструкции имеют всасывающий цилиндр, передающий всасываемый заряд через синхронизированные окна клапана, которые открываются в головную часть рабочего цилиндра. В патенте США 3880126 используется камера сгорания, которая постоянно сообщается с рабочим цилиндром и которая имеет избыточное число деталей, в то время как общий КПД и отдаваемая мощность сильно ограничены низким КПД продувки, который обусловлен, главным образом, длиной фазы передачи продувки, требующейся для этой конструкции. Это еще больше усугубляет очевидное ограничение мощности на единицу веса данной конструкции. В патенте США 4458635 используется управляемая клапаном камера сгорания постоянного объема, применяющая вышеуказанную систему надува, которая приводит к аналогичной потери мощности, повышению КПД наддува и эффективному сгоранию, и следовательно, значительно увеличивает общий КПД. Впоследствии результат дает только средняя мощность на единицу веса, хотя избыточное число деталей по-прежнему является главной проблемой.

Другая конструкция двигателя, в которой имеются аналогичные цилиндр, расположение окон и клапана настоящего изобретения, но которая находится вне технической области настоящего изобретения вследствие того, что рабочие цилиндры работают на четырехтактном цикле, описана в патенте Великобритании N 2071210. Сам по себе всасывающий цилиндр используется только в качестве устройства наддува, и он не нужен для работы двигателя в том плане, как он нужен для настоящего изобретения.

Известен двухтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом, содержащим, по меньшей мере, один узел, имеющий два рабочих цилиндра с соответствующими рабочими поршнями, возвратно-поступательно связанными с общим коленчатым валом и фазированные с интервалом в один ход, насосный цилиндр, с возвратно-поступательно приводимым насосным поршнем с циклической скоростью, вдвое превышающей скорость рабочих поршней, перепускные каналы, соединяющие насосный цилиндр с рабочими цилиндрами, причем насосный и рабочие цилиндры закрыты узлом головки цилиндра, снабженным соответствующими выпускными каналами из рабочих цилиндров, и впускной канал, связанный с насосным цилиндром (патент США 2127114, F 02 B 33/22, 1938). Это изобретение выбрано в качестве ближайшего аналога.

К недостаткам известного изобретения следует отнести невысокий коэффициент полезного действия и мощность двигатели.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик двигателя.

Поставленная задача решается за счет того, что двухтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом содержит, по меньшей мере, один узел, имеющий два рабочих цилиндра с соответствующими рабочими поршнями, возвратно-поступательно связанными с общим коленчатым валом и фазированными с интервалом в один ход, насосный цилиндр с возвратно-поступательно приводимым насосным поршнем с циклической скоростью, вдвое превышающей скоростью рабочих поршней, перепускные каналы, соединяющие насосный цилиндр с рабочими цилиндрами, причем насосный цилиндр и рабочие цилиндры закрыты узлом головки цилиндра, снабженным соответствующими выпускными каналами из рабочих цилиндров, и впускной канал, связанный с насосным цилиндром, в нем приводные тарельчатые клапаны регулируют поток через выпускные каналы, впускной канал и перепускные каналы, причем насосный поршень опережает каждый рабочий поршень цилиндра, к которому передается заряд, до положения верхней мертвой точки, впускной тарельчатый клапан, регулирующий поток через впускной канал, выполнен с возможностью открытия после перемещения насосного поршня за положение его верхней мертвой точки, и закрытия после впуска газов в насосный цилиндр, когда насосный поршень перемещается после положения его нижней мертвой точки, перепускные тарельчатые клапаны, регулирующие поток через соответствующие перепускные каналы, выполнены с возможностью открытия, когда рабочий поршень в рабочем цилиндре, загружаемом впускными газами, перемещается за его положение нижней мертвой точки, и закрытия до того, как рабочий поршень не переместится в положение верхней мертвой точки в загруженном рабочем цилиндре, и выпускные и тарельчатые клапаны, регулирующие поток через соответствующие выпускные каналы, выполнены с возможностью открытия до того, как рабочий поршень загруженного цилиндра переместится в положение его нижней мертвой точки, и закрытия, пока перепускной тарельчатый клапан этого цилиндра открыт.

Предпочтительно, чтобы всасывающий или насосный поршень указанного узла был установлен на равном расстоянии от своих рабочих цилиндров и нагружал поршень рабочего цилиндра впускным зарядом, который должен передаваться или уже поступил в него, до положения "верхней мертвой точки" (в дальнейшем будет обозначаться "ВМТ"), за менее чем 80% времени, необходимого для хода рабочего поршня с целью уменьшения объема. Отдельный механизм главного вала, осуществляющий возвратно-поступательное перемещение рабочих поршней, обеспечивает возвратно-поступательное перемещение всасывающего поршня, и главный вал насоса приводится в действие средствами от рабочего главного вала или выходного вала двигателя.

Предпочтительно также, чтобы вышеупомянутый двигатель работал так, чтобы перепускной и выпускной клапаны рабочих цилиндров открывались и закрывались с одинаковой или аналогичной временной зависимостью от перемещения поршня соответствующих рабочих цилиндров. Указанный впуск всасываемого заряда происходит, по существу, во время хода увеличения объема всасывающего поршня и этот поступивший заряд затем передается в рабочий цилиндр в основном во время хода уменьшения объема всасывающего поршня. После сгорания, когда поршень соответствующего рабочего цилиндра находится возле своей ВМТ, то рабочие поршни движутся через НМТ с выпуском, происходящим, когда соответствующие впускные клапаны открыты, что имеет место после того, как соответствующий рабочий поршень совершит, по крайней мере, 45% своего хода вниз. Упомянутый выпускной клапан затем остается открытым, по крайней мере, в течение 35% времени, необходимого для хода рабочего поршня, и по крайней мере, в основном до тех пор, пока соответствующий перепускной клапан открыт, чтобы обеспечить, по крайней мере, частичную продувку оставшегося объема указанного рабочего цилиндра.

В основном, по крайней мере, в пределах рабочей нагрузки и диапазона скорости двигателя, когда впускной заряд передается, рабочий цилиндр, всасывающий цилиндр осуществляет, по крайней мере, часть работы, требующейся для повышения давления всасываемого заряда до давления, необходимого для сгорания. Указанные клапаны, которые ограждают объем камеры сгорания и включающие, по крайней мере, упомянутые перепускные клапаны, закрываются до того, как происходит сгорание 30% горячей массы и в основном закрываются до того, как произойдет сгорание. Заявлены также предпочтительные фазы распределения, обеспечивающие эффективную работу двигателя в соответствии с вышеупомянутым способом.

Другой целью настоящего изобретения является создание двигателя, описанного выше, дополнительно модифицированного за счет различных улучшений в нем и который имеет упомянутые перепускные окна, являющиеся единственными окнами, через которые воздух поступает в рабочие цилиндры, и расположенные выше, чем поворотная точка верха поршня, главный вал всасывающего цилиндра установлен прямо над главным валом рабочего цилиндра, приводные средства клапана и/или вспомогательное устройство приводятся в действие от средств, предусмотренных или установленных на главном валу всасывающего цилиндра или на главном валу рабочего цилиндра между рабочими цилиндрами, что обеспечивает получение компактного двигателя и узла, желаемых конструкций камер сгорания обеих вышеупомянутых типов с перепускным и вторичным клапанами тарельчатого типа и с желаемым местом их расположения и их распределения. Еще одной целью настоящего изобретения является создание нового У-образного двигателя с трубонаддувом, имеющим всасывающий цилиндр, использующий повышенное давление в полости картера для улучшения эффективности зарядки. Еще одной целью является создание переменного механизма клапанного распределения, изменяющего, по крайней мере, время закрытия выпускного клапана так, чтобы время его закрытия могло изменяться для обеспечения эффективной работы на переходных режимах работы.

Фиг. 1 - схематический вид сверху предпочтительной конструкции, являющейся рядным двигателем, показывающий цилиндры, окна, камеру сгорания и расположение открытия клапана. Фиг. 2 - вид в поперечном сечении, выполненном по линии А-А на фиг. 1, но вокруг механизма коленчатого вала поршня и с удаленным нижним картером. Фиг. 3 - диаграмма фаз распределения предпочтительной конструкции, представленная углом поворота кривошипа рабочего коленчатого вала с линиями, обозначающими время открытия клапана, и с нанесенной на ней ВМТ, принадлежащей первому рабочему поршню. Фиг. 4 - представлена другая конструкция, имеющая два узла, образующих У-образную форму, и снабженная турбонаддувом и повышенным давлением в полости картера всасывающего цилиндра. Один узел или более цилиндров представлен как вид с конца, тогда как другой узел показан в поперечном сечении, выполненном по линии B-B на фиг. 5, но вокруг его механизма коленчатого вала поршня, и показаны частично скрываемые детали и с удаленными картером нижнего рабочего цилиндра и нижнего правого бокового всасывающего цилиндра. Фиг. 5 - схематический вид сверху узла в сечении с фиг. 4, показывающий цилиндр, окна, камеры сгорания и расположение открытия и клапанов. Фиг. 6 - диаграмма фазы распределения другой конструкции, представленной на фиг. 4 и 5, и использующей те же особенности, что описаны для фиг. 3. Фиг.7 - схематический вид с конца альтернативной У-образной конструкции, показывающий расположение цилиндра и коленчатого вала.

Что касается всех форм воплощения настоящего изобретения, то каждый узел имеет всасывающий цилиндр 5 со всасывающим поршнем 16, перемещающимся в нем возвратно-поступательно, и первый и второй рабочие цилиндры соответственно 3 и 4 с первым и вторым рабочими поршнями 13 и 14 соответственно, движущимися возвратно-поступательно в своих соответствующих рабочих цилиндрах. Все цилиндры узла имеют параллельно оси и общий блок 18 и общую головку 19, в то время как всасывающий цилиндр равноудален от каждого из рабочих цилиндров. Всасывающий коленвал 2 и всасывающий шатун 17 обеспечивают возвратно-поступательное перемещение всасывающего поршня 16, а рабочий коленвал 1 и рабочий шатун 15 осуществляют возвратно-поступательное перемещение рабочих поршней. Каждый из указанных коленчатых валов установлен для вращения в подшипниковых средствах, тогда как подшипниковые средства, не показанные на чертежах, обеспечивают вращательное движение на шатунной шейке коленвала и на поршневом пальце шатуна. Приводная шестерня 7 насоса, закрепленная на каждом из коленвалов 2, приводится в действие шестерней 6, при этом диаметр шестерни 7 равен половине диаметра шестерни 6, закрепленной на рабочем коленвале 1. Такой шестеренчатый механизм предназначен для рабочих поршней 16 с целью их возвратно-поступательного перемещения и циклического со скоростью, вдвое превышающей скорость рабочих поршней. Фазирование рабочих поршней узла относительно друг друга составляет 180^o угла поворота кривошипа рабочего коленвала (в дальнейшем будет обозначаться рабочего СА). Первое и второе перепускные окна 21 и 24, соответственно, постоянно сообщаются со всасывающим или насосным цилиндром. Коленчатые валы для воплощения всех вариантов настоящего изобретения являются цельными, тогда как шатуны состоят из двух частей и скрепляются болтами снизу на соответствующем коленвале для вращательного перемещения вокруг него. Безусловно, составные части и вспомогательное оборудование, не представленное на чертежах и не упоминавшееся в описании, но необходимое для эффективной работы двигателя, включены во все виды для осуществления настоящего изобретения, тогда как проходы для охлаждающей жидкости показаны на виде в сечение (фиг. 2 и 3), но они не имеют цифровых обозначений для большей ясности чертежей. Кроме того, соответствующие детали первого и второго рабочего цилиндров соответственно будут называться первыми и вторыми деталями или же они могут называться соответствующими деталями рабочего цилиндра, если речь идет о нем.

Как показано на фиг. 1-3, предпочтительная конструкция или вид для воплощения настоящего изобретения обычно представляет собой рядный вариант конструкции, имеющий насосный цилиндр 5, который при всех нагрузках и режимах рабочих скоростей осуществляет часть работы по повышению давления горючей смеси в рабочих цилиндрах до величины, необходимой для сгорания, и установленный посередине между первым и вторым рабочими цилиндрами 3 и 4 соответственно.

Насосный коленвал 2 имеет доступ и удерживается в положение с помощью крышек 38, крепящихся к блоку 18 двигателя, тогда как рабочий коленвал 1 имеет доступ и закрепляется в положение с помощью нижнего картера, который на фиг. 2 снят.

Фазирование насосного поршня 16 относительно рабочих поршней 13 и 14 обуславливает опережение насосного поршня рабочего поршня рабочего цилиндра, в который должен передаваться всасываемый заряд цикла данного насосного цилиндра, до ВМТ на поворот кривошипа рабочего коленвала на 40^o.

В предложенной конструкции все: впускной, перепускной и впускной клапаны - являются тарельчатого типа. Первая и вторая камеры сгорания 22 и 25 соответственно постоянно сообщаются со своим соответствующим рабочим цилиндром и каждая из них снабжена установленной в ней свечой зажигания 35, осуществляющей воспламенение горючей смеси. Средства 36 впрыска топлива установлены в каждом перепускном окне и впрыскивают заданное количество топлива в него, когда всасываемый заряд подается в рабочий цилиндр. Первый перепускной клапан 8 синхронизирует во времени связь между первым перепускным окном 21 и первым рабочим цилиндром 3, тогда как второй перепускной клапан 10 синхронизирует во времени связь между вторым перепускным окном 24 и вторым рабочим цилиндром 4. Два впускных клапана 12 синхронизируют во времени связь между впускным окном 20 и насосным цилиндром 5. Первый выпускной клапан 9 синхронизирует во времени связь между первым рабочим цилиндром 3 и первым выпускным окном 23, тогда как второй выпускной клапан 11 синхронизирует во времени связь между вторым рабочим цилиндром 4 и вторым выпускным окном 26. Выпускные окна ведут к выпускному коллектору и в конечном счете к выхлопной трубе, тогда как впускные окна ведут к впускному трубопроводу, снабженному устройством для дозирования воздуха. Все указанные клапаны приводятся в действие одним верхним распределительным валом, ось которого параллельна оси коленчатого вала и который расположен прямо над всеми упомянутыми клапанами для непосредственного приведении их в действие. Распределительный вал не показан на фиг. 2 с тем, чтобы не закрывать основные элементы конструкции. Указанный распределительный вал приводится в действие цепью 46 с помощью ведущей звездочки 39, закрепленной на насосном коленвале 2. Диаметр звездочки на упомянутом распредвале, взаимодействующей с цепью, равен половине диаметра ведущей шестерни распредвала, при условии, что распредвал работает с той же циклической скоростью, что и рабочие цилиндры и, как результат, один выступ кулачка приводит в действие перепускной и выпускной клапаны, тогда как два выступа кулачка равномерно расположены вокруг распредвала, где приводятся в действие впускные клапаны, в результате чего впускные клапаны открываются в два раза чаще, чем другие клапаны, что влечет за собой увеличение циклической скорости насосного цилиндра. Переменный вариант закрытия выпускного клапана достигается за счет поворотного блочного типа переменного механизма клапанного распределения, не показанного из-за своей чрезмерной сложности, обеспечивающего закрытие клапанов между 50-70^o СА до ВМТ и зависящего от нагрузки и скорости двигателя. Такое переменное закрытие показано на фиг. 3 штрих-пунктирной линией. Масляный насос подает масло в двигатель и приводится в действие ведущей шестерней 40, закрепленной на рабочем коленвале 1 между рабочими цилиндрами.

Рассмотрим теперь способ работы, включающий клапанное распределение в предпочтительной конструкции. Впускные клапаны 12 открываются, когда насосный поршень перемещается на 60^o СА после ВМТ. Это позволяет сжатому впускному газу из предыдущего цикла расширяться, по существу, до атмосферного давления до того, как клапаны 12 откроются. При открытых впускных клапанах 12 и насосном поршне, движущемся к его "нижней мертвой точке" (НМТ), всасываемый воздух поступает в насосный цилиндр 5. Когда поршень сместится на 40^o СА после НМТ, впускные клапаны 12 закрываются и впуск всасываемого воздуха прекращается. Одновременно с этим впускные клапаны 12 закрываются, один из перепускных клапанов 21 или 24 начинает открываться, начиная фазу перепуска в соответствующий рабочий цилиндр, перепускной клапан которого открывался. Затем перепускной клапан остается открытым до тех пор, пока насосный поршень 16 сместится на 10^o СА за ВМТ, как показано на фиг. 3, и не достигнет 35^o СА прежде, чем поршень соответствующего рабочего цилиндра достигнет ВМТ. Поршень насосного цилиндра затем продолжает движение к НМТ и начинает свой новый цикл, как описано выше, и когда впускные клапаны 12 снова начнут открываться на 60^o СА после ВМТ. Всасываемый воздух следующего цикла передается в другой рабочий цилиндр, а всасываемый воздух последующего цикла, который следует после упомянутого следующего цикла, передается в соответствующий рабочий цилиндр, начиная его новый цикл.

Во время первой части передаточной фазы в соответствующий рабочий цилиндр его выпускной клапан открыт, обеспечивая осуществление последней части фазы выпуска, производящей продувку оставшихся отработавших газов из соответствующего цилиндра за счет перемещения всасываемого воздуха. Выпускной клапан соответствующего рабочего цилиндра остается открытым до тех пор, пока его поршень не сместится на 50-70^o рабочего СА до ВМТ. При большой нагрузке и/или высокой скорости топлива впрыскивается в перепускное окно соответствующего рабочего цилиндра во время фазы перепуска, а при низкой нагрузке или скорости оно чаще всего впрыскивается после закрытия выпускного клапана того рабочего цилиндра. Когда топливо впрыснуто, то под действием искры от соответствующей свечи зажигания 35 происходит сгорание около ВМТ. После этого поршень соответствующего рабочего цилиндра движется в сторону НМТ, тем самым расширяя находящиеся в нем газы до атмосферного давления прежде, чем выпускной клапан начнет открываться, когда указанный поршень будет на 55^o СА до НМТ. После этого начинается первая часть фаза выпуска, которая продувается, а затем происходит принудительная продувка, тогда как поршень движется в сторону ВМТ до тех пор, пока перепускной клапан этого цилиндра не откроется, начиная следующий его цикл, как описано выше. Работа другого рабочего цилиндра является такой же, как только что описанная выше для соответствующего рабочего цилиндра, однако, как будет очевидно, она происходит при угле поворота кривошипа рабочего коленвала на 180^o до и после того, как это имело место у соответствующего цилиндра.

Как показано на фиг. 4-6, альтернативная конструкция или вариант осуществления настоящего изобретения имеет два узла, образующих У-образную форму, каждый из которых представляет блок цилиндров упомянутой У-образной формы. Рабочие цилиндры каждого узла расположены вплотную друг к другу, а насосный цилиндр 5 каждого узла размещен снаружи формы У, но по центру у рабочих цилиндров каждого узла. Камеры сгорания постоянного объема, сообщающиеся со своими соответствующими цилиндрами, синхронизированными во времени вторичными клапанами, используются в альтернативной конструкции с первым упомянутым вторичным клапаном 27 и вторым упомянутым вторичным клапаном 28. Турбонагнетатель 41 установлен посередине У-образной формы с выпускными трубопроводами 23 всех рабочих цилиндров, соединяющихся с ними, при этом выпускные окна 23 и трубопроводы 23 имеют одинаковые цифровые обозначения. Впускной трубопровод 42, находящийся под давлением и идущий от трубонагнетателя 41, соединяется с впускными окнами обоих насосных цилиндров, тогда как впускные окна 33 картера обоих насосных цилиндров естественно всасывают. Один рабочий коленвал 1 осуществляет возвратно-поступательное перемещение всех рабочих поршней, тогда как каждый насосный цилиндр 5 имеет свой собственный насосный коленвал 2. Одна шестерня 6 рабочего коленвала, закрепленная на рабочем коленвале, взаимодействует с ведущими шестернями 7 насосного цилиндра, закрепленными на каждом из насосных коленчатых валов. При фазировании насосных поршней относительно рабочих цилиндров соответствующего узла делается так, что насосный поршень опережает рабочие поршни на 50^o СА до ВМТ. Насосный цилиндр осуществляет всю механическую работу по повышению давления всасываемого воздуха с давлением, образующимся в насосном цилиндре, которое достигается в камере сгорания в результате сжатия. Фазирование рабочих поршней узла, представленного не в сечение, относительно поршней узла в сечении, обусловливает, что первый рабочий поршень 3 узла в сечение опережает указанный первый поршень узла не в сечении на угол поворота кривошипа рабочего коленвала на 90^o. Рабочий коленвал 1 имеет доступ и удерживается в положении с помощью нижнего рабочего картера (не показанного на чертежах), тогда как каждый насосный коленвал 2 имеет доступ и крепится в положении с помощью насосного нижнего картера 47, который показан на узле в сечении на фиг. 4.

Альтернативная конструкция имеет все: впускной, перепускной, выпускной и вспомогательный клапаны тарельчатого типа, тогда как впускные клапаны 32 картера являются клапанами с плоской пружиной. Первая камера сгорания 22 и первый рабочий цилиндр 3 имеют между собой связь, которая контролируется первым вспомогательным или дополнительным клапаном 27, тогда как вторая камера сгорания 25 и второй рабочий цилиндр 4 имеют между собой связь, контролируемую вторым дополнительным клапаном 28. Средства 37 впрыска дизельного топлива встроены в каждую из камер сгорания, а воспламенение в них обеспечивается за счет температуры и давления находящейся в ней горючей смеси. Выступы 31 на верху каждого рабочего поршня направлены вверх так, что они, по крайней мере, поглощают объем каждого дополнительного окна 29 и 30, что приводит к увеличению мощности двигателя. Каждый узел альтернативной конструкции имеет также впускной, перепускной и выпускной клапаны и расположение и функционирование окон, как описано для предпочтительной конструкции, хотя расположение некоторых клапанов и окон изменено. Каждый такой узел имеет два верхних распределительных вала, которые не показаны на чертежах и приводятся в действие шестернями с помощью ведущей шестерни 7 насосного цилиндра. Одна из двух промежуточных шестерен 43 взаимодействует с шестерней 7, тогда как другая промежуточная шестерня 44 взаимодействует с промежуточной шестерней 43 и с шестерней 45 распредвала, которая имеет такой же диаметр, как шестерня 6 рабочего коленвала. Шестерня 45 закреплена на рабочем распредвале, имеющем один выступ кулачка, приводящий в действие каждый из перепускного, дополнительного и выпускного клапанов, тогда как другая шестерня, закрепленная на рабочем распредвале, взаимодействует с шестерней, диаметр которой равен половине ее диаметра и которая закреплена на насосном распредвале. Последний имеет один кулачковый выступ, приводящий в действие впускные клапаны, с разными диаметрами соответствующих шестерен, обеспечивающих повышенные циклические скорости впускных клапанов.

Рассмотрим теперь работу, включающую клапанное распределение альтернативного варианта со ссылками на один узел. Впускные клапаны 12 начинают открываться, когда насосный поршень находится в положении, соответствующем повороту кривошипа рабочего коленвала на 70^o за ВМТ. В результате этого сжатый всасываемый воздух из предыдущего цикла расширяется, достигая, по существу, давления во впускном трубопроводе до того, как он откроется. При открытых впускных клапанах 12 и перемещении насосного поршня в сторону его НМТ всасываемый воздух поступает в насосный цилиндр 5. Хотя поршень 16 движется в сторону НМТ, всасываемый воздух в картере сжимается. Если двигатель работает выше или в пределах 50% допустимой нагрузки, то тогда турбонагнетатель 41 работает эффективно, а когда насосный поршень открывает перепускные окна 34 картера при повороте кривошипа на 50^o до НМТ, то никакого перепуска из картера не происходит, так как давление в указанном цилиндре, обусловленное турбонагнетателем 41, оказывается высоким или выше, чем оно в картере. Это обеспечивает использование компрессии картера при низких нагрузках, но не при высоких нагрузках, а также сводит к минимуму максимальное давление, достигаемое в картере, что в свою очередь снижает требования, предъявляемые к его герметичности и позволяет использовать более легкие материалы для пружинных клапанов при низких давлениях открытия. Когда поршень 16 сместится в положение, соответствующее повороту кривошипа на 50^o после НМТ, то перепускные окна 34 картера закрываются, а когда указанный поршень достигает положения 60^o после НМТ, то выпускные клапаны 12 закрываются и поступление всасываемого воздуха через впускные окна прекращается, в то время как, если двигатель работает при низкой нагрузке, то при ходе поршня вверх, всасываемый воздух будет поступать в картер через его впускные клапаны 32. Один из перепускных клапанов открывается, когда насосный поршень находится в своей НМТ, для начала фазы перепуска в соответствующий рабочий цилиндр, в который открыт перепускной клапан. После этого перепускной клапан остается открытым до тех пор, пока насосный поршень не сместится в положение, соответствующее повороту кривошипа на 10^o за НМТ, являющееся таким же, как показано на фиг. 6, и соответствующее повороту кривошипа на 45^o до ВМТ. Затем поршень насосного цилиндра продолжает движение к НМТ и начинает новый цикл, когда впускные клапаны начинают снова открываться при повороте кривошипа насосного коленвала на 70^o за ВМТ, тогда как всасываемый воздух следующего упомянутого цикла перепускается в другой рабочий цилиндр и так далее, как было описано выше.

В течение первой части фазы перепуска в соответствующий цилиндр его дополнительный или вспомогательный клапан открыт, обеспечивая продувку отработавших газов из камеры сгорания. Вспомогательный клапан закрывается, когда поршень этого соответствующего рабочего цилиндра сместится в положение, соответствующее повороту кривошипа рабочего коленвала на 115^o до ВМТ. В это время выпускной клапан упомянутого соответствующего рабочего цилиндра открыт и закрывается, когда его поршень сместится в положение, соответствующее повороту кривошипа рабочего коленвала на 45^o до ВМТ, обеспечивая удаление почти всех отработавших газов из упомянутого цилиндра, за исключением небольшой остаточной части. Последняя сохраняется с целью обеспечения повышенного давления остаточного газа, вследствие чего, когда вспомогательный клапан открывается, что происходит при достижении поршнем положения, соответствующего повороту кривошипа рабочего коленвала на 5^o до ВМТ, давление в рабочем цилиндре будет слишком низким по сравнению с давлением в его камере сгорания, что может снизить достигаемый термический КПД. Когда поршень достигает положения 40^o до ВМТ, то дизельное топливо впрыскивается в камеру сгорания, в результате чего происходит сгорание сразу же после закрытия соответствующего перепускного клапана и так, чтобы, когда вспомогательный клапан открывается, около 50% или более горючей смеси сгорело бы. При завершении сгорания и движении рабочего поршня в сторону НМТ, газ из камеры сгорания направляется через вспомогательное окно и ее открытый клапан для расширения, по существу, до атмосферного давления до того, как откроется выпускной клапан цилиндра, когда его поршень будет в положении, соответствующем повороту кривошипа рабочего коленвала на 40^o до НМТ. Это начинает фазу выпуска этого цилиндра, и поскольку его поршень движется в сторону ВМТ, то обеспечивается принудительная продувка цилиндра до тех пор, пока не начнется следующая фаза перепуска, которая начинает следующий цикл, как описано выше. Работа другого рабочего цилиндра является аналогичной описанной применительно для соответствующего рабочего цилиндра, но с той лишь разницей, что она происходит на 180^o до или после того, что имело место в соответствующем цилиндре.

Альтернативная У-образная форма на фиг. 7 имеет два узла, каждый из которых является блоком цилиндров двигателя, тогда как его насосный цилиндр 5 расположен с внутренней стороны формы У и рабочих цилиндров. Один насосный коленвал 2 обеспечивает возвратно-поступательное перемещение обоих насосных поршней 16, тогда как один рабочий коленвал 1 обеспечивает возвратно-поступательное перемещение всех рабочих поршней.

Будет очевидно, что могут иметь место различные изменения и модификации, но не выходящие за область настоящего изобретения, и что последнее может быть реализовано иначе, чем это было описано.

Формула изобретения

1. Двухтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом, содержащий по меньшей мере один узел, имеющий два рабочих цилиндра с соответствующими рабочими поршнями, возвратно-поступательно связанными с общим коленчатым валом и фазированные с интервалом в один ход, насосный цилиндр с возвратно-поступательно приводимым насосным поршнем с циклической скоростью, вдвое превышающей скорость рабочих поршней, перепускные каналы, соединяющие насосный цилиндр с рабочими цилиндрами, насосный цилиндр и рабочие цилиндры, закрытые узлом головки цилиндра, снабженным соответствующими выпускными каналами из рабочих цилиндров, и впускной канал, связанный с насосным цилиндром, отличающийся тем, что приводные тарельчатые клапаны регулируют поток через выпускные каналы, впускной канал и перепускные каналы, причем насосный поршень опережает каждый рабочий поршень цилиндра, к которому передается заряд, до положения верхней мертвой точки, впускной тарельчатый клапан, регулирующий поток через впускной канал, выполнен с возможностью открытия после перемещения насосного поршня за положение его верхней мертвой точки и закрытия после впуска газов в насосный цилиндр, когда насосный поршень перемещается после положения его нижней мертвой точки, перепускные тарельчатые клапаны, регулирующие поток через соответствующие перепускные каналы, выполнены с возможностью открытия, когда рабочий поршень в рабочем цилиндре, загружаемый впускными газами, перемещается за его положение нижней мертвой точки и закрытия до того, как рабочий поршень не переместится в положение верхней мертвой точки в загруженном рабочем цилиндре, и выпускные тарельчатые клапаны, регулирующие поток через соответствующие выпускные каналы, выполнены с возможностью открытия до того, как рабочий поршень загруженного цилиндра переместится в положение его нижней мертвой точки и закрытия, пока перепускной тарельчатый клапан этого цилиндра открыт.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что главный коленчатый вал обеспечивает возвратно-поступательное перемещение рабочих поршней и приводит насосный коленчатый вал, обеспечивающий возвратно-поступательное движение насосного поршня, при этом насосный цилиндр расположен, по существу, на равном расстоянии от каждого рабочего цилиндра.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что насосный поршень опережает соответствующие рабочие поршни приблизительно на 40^o, впускной клапан выполнен с возможностью открытия, когда насосный поршень расположен приблизительно у 60^o после верхней мертвой точки.

4. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что перепускные клапаны закрыты до начала сгорания в рабочих цилиндрах.

5. Двигатель по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что перепускные клапаны закрывают перепускные каналы, прилегающие к их проходу к рабочим цилиндрам.

6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что каждый рабочий цилиндр имеет соответствующую камеру сгорания, а перепускные клапаны являются тарельчатыми клапанами, имеющими клапанные головки.

7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что соответствующая камера сгорания содержит соответствующий вторичный клапан, определяющий камеру сгорания постоянного объема между ним и связанным с ним перепускным клапаном, причем эти вторичные клапаны выполнены с возможностью синхронизации сообщения между камерами сгорания и рабочими цилиндрами.

8. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что вторичный клапан связанного с ним рабочего поршня выполнен с возможностью открытия, когда рабочий поршень расположен около его положения верхней мертвой точки, и закрытия, когда поршень соответствующего рабочего цилиндра сместиться в положение, соответствующее повороту кривошипа рабочего коленчатого вала на 115^o до верхней мертвой точки.

9. Двигатель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что насосный поршень опережает рабочий поршень, к которому передается впускной заряд, до положение верхней мертвой точки на поворот кривошипа рабочего коленчатого вала на 40^o.

10. Двигатель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что насосный поршень выполняет, по существу, всю работу сжатия, при этом соответствующий один из перепускных клапанов закрыт при начале горения.

11. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что вал обеспечивает возвратно-поступательное перемещение насосного поршня, причем вал приводится в движение главным валом, при этом вал насосного поршня имеет продольную ось, находящуюся выше продольной оси главного вала, цилиндры имеют продольные оси, параллельные друг другу, а эти оси находятся в линии.

12. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что вал насосного поршня содержит приводные средства для управления клапанами или другим вспомогательным устройством двигателя.

13. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что часть главного вала между рабочими поршнями содержит средства для приведения в движение клапанов или другого вспомогательного устройства двигателя.

14. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит два или больше число узлов, установленных в U-образной конфигурации со всеми рабочими поршнями, общий главный вал обеспечивает возвратно-поступательное движение всех рабочих поршней, а отдельный вал обеспечивает возвратно-поступательное движение насосных поршней.

15. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит картер, перепускные окна, причем перепускные окна в насосном цилиндре открыты, когда насосный поршень находится возле своего положения нижней мертвой точки, при этом средства впускного клапана картера выполнены с возможностью синхронизации сообщения между впускным окном картера и картером так, что заряд впускается в то время, как насосный поршень движется к своему положению верхней мертвой точки.

16. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что он содержит впускной трубопровод, снабженный устройством для дозирования воздуха, ведущий от турбонагнетателя и сообщающийся с впускным окном насосного цилиндра, и во впускном окне картера происходит естественное всасывание.

17. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что он содержит механизм синхронизации регулируемого клапана.

18. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выпускной клапан выполнен с возможностью открытия до тех пор, пока соответствующий перепускной клапан рабочего цилиндра открыт так, что часть остаточного отработанного газа удаляется из рабочего цилиндра посредством перепускного заряда.

19. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что выпускной клапан выполнен с возможностью закрытия до закрывания связанного с ним перепускного клапана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7