Двигатель внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с отключаемыми цилиндрами содержит кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, системы питания, смазки, охлаждения, трансмиссионный вал (14), шестерни (13) трансмиссионного вала (14) и шестерни (12) коленчатых валов (7). Шестерни (13) связаны с трансмиссионным валом (14) через муфты свободного хода (15). Шестерни (13) трансмиссионного вала (14) находятся в зацеплении с шестернями (12) коленчатых валов (7). Шестерни (12) расположены симметрично и попарно с боковых сторон шестерен (13). Передней опорой (10) последующего коленчатого вала является отверстие (11) в задней части предыдущего. Передаточное отношение от шестерни (12) на шестерню (13) может составлять 0,5. Газораспределительный механизм получает привод от шестерни (18) привода систем двигателя трансмиссионного вала (14). Трансмиссионный вал (14) выполнен полым. Пуск отключенных цилиндров ДВС может осуществляться при помощи гидродинамических муфт или муфт сцепления. При асимметричном расположении цилиндров коленчатые валы (7) поочередно связаны шестернями (12) с шестернями (13) трансмиссионного вала. Технический результат заключается в повышении экономичности, «живучести» и срока службы ДВС. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания.

Известны двигатели внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным и газораспределительным механизмами, системами питания, смазки, охлаждения, зажигания, электронным управлением, когда в многоцилиндровых двигателях при малых нагрузках прекращается подача топлива в часть цилиндров, при этом их клапаны остаются закрытыми, чтобы предотвратить переохлаждение отключенных цилиндров [1, 2, 3]. Потребление топлива снижается на 8-20%.

Недостатком такого способа отключения цилиндров является работа кривошипно-шатунно-поршневых механизмов отключенных цилиндров в паразитном режиме, что вызывает использование мощности работающих цилиндров на их привод и износ трущихся поверхностей.

Известен также двигатель внутреннего сгорания аксиально-поршневого типа с приводом от наклонной шайбы, отключение цилиндров которого осуществляется гидродомкратами, воздействующими на сферические замки штоков [4].

Устройство сложное в изготовлении и применение его невозможно для двигателей внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом.

Известна заявка на изобретение №95114626, в котором отключение цилиндров осуществляется разъемом кривошипов и шатунных шеек ступенчатой формы механизмом отключения, состоящего из сухаря цилиндрической формы в пазе в виде кольцевой проточки в шатунной шейке [5].

Данное устройство значительно снижает надежность работы двигателя и усложняет конструкцию.

Известна система пуска двигателя внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, содержащая пусковой баллон и резервуар-накопитель, блок сравнения, регулирующий, управляющие пусковой и обратный клапаны, пусковой и управляющий магистрали для сжатого воздуха [6, 7]. Система сложна в управлении.

Цель изобретения - повышение экономичности, «живучести» и срока службы двигателя внутреннего сгорания с останавливающимися кривошипно-шатунными и газораспределительными механизмами при отключении цилиндров. Поставленная цель достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания имеет полый трансмиссионный вал с установленными на нем шестернями, связанными с валом через муфты свободного хода и находящимися в зацеплении симметрично с двух боковых сторон попарно расположенными шестернями коленчатых валов отдельных цилиндров, причем коленчатые валы соединены между собой, причем передней опорой последующего коленчатого вала является отверстие в задней части предыдущего вала. Пуск отключенных цилиндров в работу осуществляется при помощи гидромуфт, насосное колесо которых жестко связано с трансмиссионным валом, а турбинное - с шестерней трансмиссионного вала, или же при помощи муфт сцепления на шестернях полого трансмиссионного вала, управляемых гидро- или пневмоцилиндрами, размещенными внутри трансмиссионного вала. От шестерен трансмиссионного вала получают привод газораспределительные механизмы соответствующих цилиндров.

На фиг.1 изображен двигатель в поперечном разрезе, на фиг.2 - разрез симметричного восьмицилиндрового двигателя в горизонтальной плоскости разъема коленчатых валов, на фиг.3 - система пуска отключенного цилиндра гидромуфтой, на фиг.4 - система пуска муфтой сцепления, на фиг.5 - вид с фиг.4, на фиг.6 - схема асимметричного десятицилиндрового двигателя с отключаемыми цилиндрами.

Двигатель содержит симметрично расположенные цилиндры 1, поршни 2, шатуны 3, свечи зажигания 4 или форсунки 5, впускные и выпускные клапаны 6, систему газораспределения, систему питания, систему охлаждения, систему смазки, систему зажигания, систему электронного управления, коленчатые валы 7 отдельных цилиндров, установленные на подшипниках 8 - постелей блока цилиндров 9 и передней опорой 10 последующего коленчатого вала является отверстие 11 в задней части предыдущего вала. На коленчатых валах 7 жестко установлены шестерни 12, симметрично зацепленные с шестернями 13, установленными на полом трансмиссионном валу 14 на муфтах свободного хода 15 с передаточным отношением 0,5. С одной шестерней трансмиссионного вала 13 симметрично с противоположных сторон связаны две шестерни 12 коленчатых валов. Трансмиссионный вал 14 вращается на подшипниках 16 опор 17. На трансмиссионном валу спереди установлена шестерня 18 привода систем двигателя, сзади - маховик 19 с муфтой сцепления трансмиссии 20. От шестерен трансмиссионного вала получают привод газораспределительные механизмы соответствующих цилиндров.

Для пуска двигателя в работу предусмотрена шестерня 21 на переднем коленчатом валу, связанная со стартером, а шестерня 13 трансмиссионного вала 14 имеет гидромуфту 22, насосное колесо 23 которого жестко связано с трансмиссионным валом 14, а турбинное 24 - с шестерней 13. От продольного смещения шестерня с гидромуфтой фиксируется кольцами 25. Для подвода - отвода масла к гидромуфте в трансмиссионном валу 14 выполнено отверстие 26, связанное с проточкой 27 кольца 28, установленного на неподвижной трубе 29. Уплотнение сопряжений с зазором кольцо 28 - трансмиссионный вал 13 достигается манжетами 30, а турбинное колесо 24 - трансмиссионный вал - манжетой 31. Во втором варианте (фиг.4) на шлицах 32 трансмиссионного вала 14 с торца шестерни 13 установлен ведущий диск 33 сцепления с фрикционными накладками 34 и нажимной диск 35, в проушины 36 которого на осях 37 установлены рычаги 38, концы которых через отверстия 39 пропущены внутрь полого трансмиссионного вала, в котором на направляющих 40 закреплен гидро- или пневмоцилиндр 41, шток 42 которого связан с диском 43 с упорным подшипником 44, для пропуска трубопроводов 45 в диске 43 выполнены отверстия 46.

При асимметричном расположении цилиндров шестерня 12 каждого коленчатого вала зацеплена со своей шестерней 13 трансмиссионного вала 14 (фиг.6).

Двигатель работает следующим образом. Включается стартер и заводится первая (передняя) пара цилиндров. Запускаемая первая пара цилиндров через шестерни 12 на коленчатых валах 7 передают крутящий момент на шестерню 13 и при заклинивании муфты свободного хода 15 - на полый трансмиссионный вал 14. Затем рабочая жидкость подается в гидродинамическую муфту 22 второй произвольной пары, насосное колесо 23 передает момент на турбинное колесо, шестерню и кривошипно-шатунные механизмы, запускается следующая пара цилиндров, которая работает синхронно с первой. Затем запускаются соответственно последующие пары цилиндров. При снабжении двигателя пусковым устройством в виде муфты сцепления в гидро- или пневмоцилиндр 41 подается рабочая жидкость или воздух, усилие от штока 42 передается на диск 43, упорный подшипник 44, конец рычага 38 и нажимной диск 35. Нажимной диск давит на ведущий диск 33 и вращение трансмиссионного вала 14 от него передается шестерне 13 и далее шестерням 12 коленчатых валов и запускается другая пара цилиндров.

Если мотор не нагружен, то отключается часть цилиндров, при симметричном расположении цилиндров - противоположно относительно трансмиссионного вала расположенные, прекращением подачи топлива. При этом ролики 15 муфты свободного хода освобождаются от заклиненного состояния и коленчатые валы, шатуны, поршни отключенных цилиндров останавливаются.

Включение остановленных цилиндров в работу осуществляется подачей рабочей жидкости в гидродинамические муфты этих цилиндров или же подачей рабочей жидкости или воздуха в гидро- или пневмоцилиндры для работы муфты сцепления пускового устройства.

При использовании предложенного двигателя на боевых машинах и повреждении цилиндра, этот цилиндр отключается от работы прекращением подачи топлива, выключением системы смазки, охлаждения, газораспределения при помощи электромагнитных клапанов. Такой двигатель может работать даже на двух цилиндрах, обеспечивая «живучесть» боевой машины.

Применение двигателя внутреннего сгорания с останавливающимися шатунно-поршневой группой при отключении цилиндров повышает срок службы, экономичность, надежность двигателя, а также «живучесть» при повреждении деталей механизмов двигателя боевой машины.

Источники информации

1. «Автоцентр», №8, 2005 г. /Техника и сервис/ Новые технологии.

2. Интернет. http://www.sae.org.

3. «В мире науки» (научно-информационный журнал). №2, 2005 г.

4. Патент РФ №2045667, МПК F02В 75/00 «Двигатель внутреннего сгорания».

5. Заявка №95114626/06 «Двигатель внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами», http://www.fips.ru/cdfi/fips.dll?kev.

6. Патент РФ №2030611, МПК F02D 017/02, F02D 009/04, F04В 041/04. Система пуска двигателя внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами.

7. Патент РФ №2116484, МПК F02D 17/02, F02D 13/06 «Система управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами».

1. Двигатель внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, содержащий кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, системы питания, смазки, охлаждения, отличающийся тем, что двигатель имеет трансмиссионный вал с установленными на нем шестернями, связанными с валом через муфты свободного хода, и находящимися в зацеплении симметрично с двух боковых сторон попарно расположенными шестернями коленчатых валов привода шатунно-поршневых групп.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что коленчатые валы в ряду соединены между собой, причем передней опорой последующего коленчатого вала является отверстие в задней части предыдущего вала.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что передаточное отношение от шестерни коленчатого вала на шестерню трансмиссионного вала составляет 0,5.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что от шестерни трансмиссионного вала получает привод газораспределительный механизм цилиндра.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что трансмиссионный вал выполнен полым.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что пуск отключенных цилиндров осуществлен при помощи гидродинамических муфт, насосное колесо которых жестко связано с трансмиссионным валом, а турбинное - с шестерней трансмиссионного вала.

7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что подвод масла к гидромуфте осуществлен по трубопроводам, размещенным в полости трансмиссионного вала через неподвижное кольцо, закрепленное на трубе внутри трансмиссионного вала.

8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что к торцу шестерен трансмиссионного вала на шлицах вала установлен ведомый диск пускового устройства в виде муфты, рычаги нажимного диска которого входят внутрь в полость трансмиссионного вала.

9. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внутри трансмиссонного вала расположены неподвижно на направляющих гидро - или пневмоцилиндры, штоки которых через диск с упорным подшипником воздействуют на концы рычагов нажимного диска муфты сцеплений пусковых устройств.

10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что при асимметричном расположении цилиндров двухрядно расположенные смещенные коленчатые валы поочередно связаны своими шестернями с соответствующими шестернями трансмиссионного вала.