Двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Технический результат направлен на повышение надежности подачи топлива из топливного бака в ДВС на различных режимах его работы. Двигатель внутреннего сгорания содержит возвратно-поступательно движущийся поршень, размещенный в рабочей камере цилиндра, имеющей выхлопное окно, прилежащее к нижней мертвой точке поршня, топливный бак, имеющий топливное и надтопливное пространство, первое из которых сообщено при помощи трубопровода со смесеприготовительным устройством, а второе снабжено каналом подвода повышенного давления, который соединен своим входным окном с рабочей камерой цилиндра. Входное окно канала расположено в зоне, прилегающей к нижней мертвой точке поршня, а верхняя кромка входного окна размещена в одной поперечной плоскости с верхней кромкой выхлопного окна. В топливном баке установлена эластичная диафрагма, разделяющая топливное и надтопливное пространство бака. Эластичная диафрагма имеет боковую гофрированную форму и плоскую опорную пластину и своей верхней частью закреплена на верхней стенке топливного бака. Плоская опорная пластина изготовлена как одно целое с силовым поршнем, установленным в цилиндре, закрепленным на верхней стенке топливного бака и сообщающимся посредством канала подвода повышенного давления через ресивер-охладитель отработавших газов, содержащий запорный клапан с возвратной пружиной и ребра охлаждения, с входным окном и с рабочей камерой цилиндра. В канале подвода повышенного давления установлен регулятор давления топлива в топливном баке, содержащий корпус, золотник с радиальным отверстием и возвратную пружину золотника. Пространство в цилиндре под золотником соединено трубопроводом с топливным пространством топливного бака. В ресивере-охладителе размещен редукционный клапан, соединенный трубопроводом с системой выпуска отработавших газов двигателя. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС).

Известен карбюраторный ДВС (патент РФ №2116495, МПК 6 F 02 М 37/00, 1998 года), содержащий возвратно-поступательно движущийся поршень, размещенный в рабочей камере цилиндра, имеющей выхлопное окно, прилежащее к нижней мертвой точке поршня, топливный бак, имеющий топливное и надтопливное пространство, первое из которых сообщено при помощи трубопровода со смесеприготовительным устройством, а второе снабжено каналом подвода повышенного давления, который соединен своим входным окном с рабочей камерой цилиндра, причем входное окно канала расположено в зоне, прилежащей к нижней мертвой точке поршня, а верхняя кромка входного окна размещена в одной поперечной плоскости с верхней кромкой выхлопного окна, при этом в топливный бак устанавливается эластичная диафрагма, разделяющая топливное и надтопливное пространство бака.

Однако известный карбюраторный ДВС имеет ряд недостатков. В этом двигателе имеет место нагрев топлива отработавшими газами в топливном баке через эластичную диафрагму. Нагрев топлива приводит к испарению легких фракций, концентрации их в баке под диафрагмой и, как следствие, к ухудшению пусковых качеств в особенности карбюраторных двигателей.

Кроме того, на эластичную диафрагму действует переменное по величине давление отработавших газов. Это обуславливает создание переменного давления топлива в топливном пространстве топливного бака и в трубопроводе, соединяющем топливное пространство в баке со смесеприготовительным устройством и, как следствие, приводит к неравномерности подачи топлива в цилиндры двигателя, к падению его мощности и экономичности, к снижению надежности работы.

После остановки двигателя при нахождении поршня в рабочей камере цилиндра в районе нижней мертвой точки отработавшие газы из надтопливного пространства бака будут выходить через входное окно, рабочую камеру и выхлопное окно в атмосферу. При этом пуск двигателя будет затруднен, так как давление топлива в топливном баке будет недостаточным для надежной подачи топлива к смесеприготовительному устройству.

Воздействие на эластичную диафрагму значительных температур и переменных по величине давлений отработавших газов приводит к уменьшению срока службы диафрагмы. Кроме того, форма диафрагмы не обеспечивает вытеснение всего объема топлива, находящегося в топливном пространстве топливного бака, к смесеприготовительному устройству. Это приведет к уменьшению запаса хода транспортного средства.

Технический результат направлен на повышение надежности подачи топлива из топливного бака в ДВС на различных режимах его работы.

Технический результат достигается тем, что ДВС, содержащий возвратно-поступательно движущийся поршень, размещенный в рабочей камере цилиндра, имеющей выхлопное окно, прилежащее к нижней мертвой точке поршня, топливный бак, имеющий топливное и надтопливное пространство, первое из которых сообщено при помощи трубопровода со смесеприготовительным устройством, а второе снабжено каналом подвода повышенного давления, который соединен своим входным окном с рабочей камерой цилиндра, причем входное окно канала расположено в зоне, прилегающей к нижней мертвой точке поршня, а верхняя кромка входного окна размещена в одной поперечной плоскости с верхней кромкой выхлопного окна, причем в топливном баке установлена эластичная диафрагма, разделяющая топливное и надтопливное пространство бака, при этом эластичная диафрагма имеет боковую гофрированную форму и плоскую опорную пластину и своей верхней частью закреплена на верхней стенке топливного бака, а плоская опорная пластина изготовлена как одно целое с силовым поршнем, установленным в цилиндре, закрепленным на верхней стенке топливного бака и сообщающимся посредством канала подвода повышенного давления через ресивер-охладитель отработавших газов, содержащий запорный клапан с возвратной пружиной и ребра охлаждения, с входным окном и с рабочей камерой цилиндра, при этом в канале подвода повышенного давления установлен регулятор давления топлива в топливном баке, содержащий корпус, золотник с радиальным отверстием и возвратную пружину золотника, причем пространство в цилиндре под золотником соединено трубопроводом с топливным пространством топливного бака, а в ресивере-охладителе размещен редукционный клапан, соединенный трубопроводом с системой выпуска отработавших газов двигателя.

Отличительными признаками от прототипа является то, что эластичная диафрагма имеет боковую гофрированную форму и плоскую опорную пластину и своей верхней частью закреплена на верхней стенке топливного бака, а плоская опорная пластина изготовлена как одно целое с силовым поршнем, установленным в цилиндре, закрепленным на верхней стенке топливного бака и сообщающимся посредством канала подвода повышенного давления через ресивер-охладитель отработавших газов, содержащий запорный клапан с возвратной пружиной и ребра охлаждения, с входным окном и с рабочей камерой цилиндра, при этом, в канале подвода повышенного давления крепится регулятор давления топлива в топливном баке, содержащий корпус, золотник с радиальным отверстием и возвратную пружину золотника, причем пространство в цилиндре под золотником соединено трубопроводом с топливным пространством топливного бака, а в ресивере-охладителе размещен редукционный клапан, соединенный трубопроводом с системой выпуска отработавших газов двигателя.

На чертеже изображен ДВС, содержащий возвратно-поступательно движущийся поршень 1, размещенный в рабочей камере 2 цилиндра 3, имеющего выхлопное окно 4, расположенное в зоне, прилежащей к нижней мертвой точке поршня 1, и топливный бак 5, имеющий топливное 6 и надтопливное 7 пространство, разделенное между собой эластичной резиновой диафрагмой, состоящей из опорной пластины 8 и гофрированной боковой поверхности 9. Гофрированная боковая поверхность 9 и опорная пластина 8, позволяют диафрагме принимать форму топливного бака при вытеснении из него топлива. Диафрагма верхней частью боковой гофрированной поверхностью 9 прикреплена к верхней стенке бака 5.

Опорная пластина 8 выполнена за одно целое с силовым поршнем 10, установленным в цилиндре 11. Применение поршня 10 исключает непосредственное воздействие отработавших газов на эластичную диафрагму, что исключает нагрев диафрагмы и топлива в баке 5. Цилиндр 11 крепится к верхней стенке топливного бака 5. Верхняя часть цилиндра 11 соединена с рабочей камерой 2 цилиндра 3 посредством входного окна 12 ресивера-охладителя отработавших газов 14, трубопровода 26 и канала подвода повышенного давления 13.

Ресивер-охладитель отработавших газов 14 предназначен для хранения отработавших газов под избыточным давлением, снижения их температуры и сглаживания пульсаций давления. В ресивере-охладителе 14 установлен запорный клапан 15 с возвратной пружиной 16. Запорный клапан 15 предназначен для исключения утечки отработавших газов из ресивера-охладителя 14 при неработающем двигателе в случае нахождения поршня 1 в районе нижней мертвой точки. В этом случае давление отработавших газов в ресивере-охладителе 14 не снижается до атмосферного вследствие утечки из него отработавших газов через входное окно 12, рабочую камеру 2 цилиндра 3 и выхлопное окно 4 в окружающую среду. Боковая наружная поверхность ресивера-охладителя 14 снабжена ребрами охлаждения 17 для увеличения поверхности отвода теплоты.

В канале подвода повышенного давления 13 установлен регулятор давления топлива в топливном баке 5. Регулятор давления топлива содержит корпус 18, золотник 19 и возвратную пружину 20 золотника 19. В золотнике выполнено радиальное отверстие 21. Пространство в цилиндре 11 под золотником 19 соединено трубопроводом 22 с топливным баком 5.

Входное окно 12 канала расположено в зоне, прилегающей к нижней мертвой точке поршня 1 ДВС, а верхняя кромка входного окна 12 размещена в одной поперечной плоскости с верхней кромкой выхлопного окна 4.

Топливное пространство 6 в топливном баке 5 сообщается при помощи трубопровода 23 со смесеприготовительным устройством, например карбюратором карбюраторного двигателя или топливным насосом высокого давления дизеля (на чертеже не показаны).

Для исключения повышения максимально допустимого давления топлива в топливном баке, исключающего самопроизвольное его истечение в карбюратор через открытый игольчатый клапан поплавковой камеры, в ресивере-охладителе установлен редукционный клапан 24, отрегулированный на избыточное давление 0,3 кгс/см² (0,3·10⁵ Па). Такое избыточное давление создают бензонасосы карбюраторных двигателей при нулевой подаче [1]. У дизелей редукционный клапан 24 должен быть отрегулирован на избыточное давление 0,5-1,0 кгс/см² (0,5-1,0·10⁵ Па), которое создают топливоподкачивающие насосы [2].

Через открытый редукционный клапан 24 отработавшие газы из ресивера-охладителя 14 удаляются по трубопроводу 25 в систему выпуска отработавших газов двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При работе двигателя в начале фазы выпуска отработавших газов поршень 1, двигаясь относительно цилиндра 3 вниз, открывает одновременно выхлопное окно 4 и входное окно 12 канала 13 подвода повышенного давления. Отработавшие газы из рабочей камеры 2 под давлением 4-6 кгс/см² (0,4-0,6 МПа) [1] выходят в выхлопной трубопровод (на чертеже не изображен) двигателя и одновременно по каналу 13 направляются в ресивер-охладитель 14. В ресивере-охладителе 14 происходит сглаживание пульсаций давления отработавших газов, а также уменьшение их температуры за счет передачи тепла через стенки ресивера-охладителя 14 и ребра охлаждения 17.

В том случае, если давление отработавших газов в ресивере-охладителе 14 превысит 0,3 кгс/см² для карбюраторных двигателей и 0,5-1,0 кгс/см² для дизелей, произойдет открытие редукционного клапана 24 и отработавшие газы из ресивера-охладителя 14 и трубопровод 25 будут перетекать в систему выпуска отработавших газов ДВС.

Из ресивера-охладителя 14 отработавшие газы подводятся через трубопровод 26 к корпусу 18 регулятора давления топлива в топливном баке 5. В том случае, если избыточное давление топлива в топливном пространстве 6 топливного бака 5 будет ниже 0,3 кгс/см² (0,03 МПа) для карбюраторного двигателя и 0,5-1,0 кгс/см² (0,05-0,1 МПа) для дизеля [2], золотник 19 под действием возвратной пружины 20 опустится вниз до соприкосновения с нижней стенкой корпуса 18 регулятора давления топлива. В этом случае отработавшие газы из трубопровода 26 через радиальное отверстие 21 золотника 19 будут перетекать через канал подвода повышенного давления 13, в цилиндр 11 и воздействовать на верхний торец силового поршня 10.

Применение силового поршня 10 исключает нагрев опорной пластины 9 и гофрированной боковой поверхности 8 эластичной диафрагмы, что увеличивает срок ее службы. Силовой поршень 10 под действием давления отработавших газов будет опускаться вниз и воздействует на опорную пластину 9. Опорная пластина 9 будет также опускаться вниз, что приведет к увеличению давления топлива в топливном пространстве 6 топливного бака 5, в трубопроводе 22 и под золотником 19 регулятора давления топлива. Под действием давления топлива золотник 19 будет подниматься вверх, сжимая возвратную пружину 20. Радиальное отверстие 21 золотника 19 также переместится вверх относительно трубопровода 26 и канала подвода повышенного давления 13 и отработавшие газы из ресивера-охладителя 14 не будут поступать в цилиндр 11.

По мере расхода топлива в топливном пространстве 6 топливного бака 5 давление топлива в баке 5 уменьшается, что вызовет соответственно и уменьшение давления топлива под золотником 19. Под действием силы упругости пружины 20 золотник 19 переместится вниз, обеспечивая дополнительную подачу отработавших газов через радиальное отверстие 21 золотника 19 к верхнему торцу силового поршня 10 и, как следствие, к восстановлению заданной величины давления в топливном баке 5. Следовательно, регулятор давления топлива в топливном пространстве 6 топливного бака 5 обладает следящим действием, заключающимся в поддержании заданной величины давления топлива в баке на всех режимах работы ДВС.

По мере расхода топлива в топливном пространстве 6 топливного бака 5 опорная пластина 9 эластичной диафрагмы будет опускаться вниз, а ее гофрированная боковая поверхность будет выпрямляться, что обеспечит подачу всего топлива, находящегося в топливном баке 5, и тем самым увеличит запас хода транспортного средства или время работы стационарного ДВС на одной заправке бака 5.

В случае остановки ДВС отработавшие газы не смогут перетекать из ресивера-охладителя во входное окно 12 цилиндра 3, так как запорный клапан 15 под действием возвратной пружины 16 будет закрыт. В ресивере-охладителе 14 будет сохраняться давление отработавших газов, необходимое для создания заданного давления топлива в топливном пространстве бака 5.

Таким образом, применение заявляемого ДВС увеличивает срок службы эластичной диафрагмы за счет исключения отрицательного воздействия на нее высоких температур и колебаний давления отработавших газов, стабилизирует давление в топливном баке в заданных пределах за счет применения регулятора давления топлива, что повышает надежность работы ДВС на различных режимах его работы.

Использование заявляемого ДВС позволит отказаться от применения бензонасосов на карбюраторных двигателях и топливоподкачивающих насосов на дизелях.

Источники информации

1. А.Т.Смирнов и др. Эксплуатация армейских машин. - М.: Воениздат. 1978 г. - 430 с.

2. П.М.Белов. Двигатели армейских машин, ч.II. - М.: Воениздат. 1972 г. 566 с.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий возвратно-поступательно движущийся поршень, размещенный в рабочей камере цилиндра, имеющей выхлопное окно, прилежащее к нижней мертвой точке поршня, топливный бак, имеющий топливное и надтопливное пространство, первое из которых сообщено при помощи трубопровода со смесеприготовительным устройством, а второе снабжено каналом подвода повышенного давления, который соединен своим входным окном с рабочей камерой цилиндра, причем входное окно канала расположено в зоне, прилегающей к нижней мертвой точке поршня, а верхняя кромка входного окна размещена в одной поперечной плоскости с верхней кромкой выхлопного окна, причем в топливном баке установлена эластичная диафрагма, разделяющая топливное и надтопливное пространство бака, отличающийся тем, что эластичная диафрагма имеет боковую гофрированную форму и плоскую опорную пластину и своей верхней частью закреплена на верхней стенке топливного бака, а плоская опорная пластина изготовлена как одно целое с силовым поршнем, установленным в цилиндре, закрепленным на верхней стенке топливного бака и сообщающимся посредством канала подвода повышенного давления через ресивер-охладитель отработавших газов, содержащий запорный клапан с возвратной пружиной и ребра охлаждения, с входным окном и с рабочей камерой цилиндра, при этом в канале подвода повышенного давления установлен регулятор давления топлива в топливном баке, содержащий корпус, золотник с радиальным отверстием и возвратную пружину золотника, причем пространство в цилиндре под золотником соединено трубопроводом с топливным пространством топливного бака, а в ресивере-охладителе размещен редукционный клапан, соединенный трубопроводом с системой выпуска отработавших газов двигателя.