Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидравлическим приводом

 

О П И С А Н И Е (1)87 8968

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 05.09.79 (21) 2816152/25-06 (51) М. Кл.

F 01Â 11/08 с присоединением заявки ¹ (43) Опубликовано 07.11.81. Бюллетень ¹ 41 (53) УДК 621.43 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 07.11.81 (72) Автор изобретения

Б. С. Лобанов!

1 (I!

Государственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидравлическим приводом, содержащий цилиндр, в котором размещен поршень, разделяющий внутренний объем цилиндра на камеру сгорания и подпоршневую полость, напорную и сливную магистрали, сообщенные с поршневой полостью через обратные клапаны, нагрузочный гидромотор, к которому подключены напорная и сливная магистрали, механизм газораспределения, содержащий клапаны с гидроприводом, включающим множительные гидроцилиндры, источник давления, соединенный каналами через управляющий гидрораспределитель с рабочими полостями дополнительных гидроцилиндров, при этом гидроцилиндр одного из клапанов механизма газораспределения снабжен блокировочным клапаном с подпружиненным торцом и имеющим управляющее устройство (1).

Однако этот двигатель обладает недостаточно высоким КПД и нсустойчив в работе, что связано с возможностью рассинхронизации двигателя поршней не менее трех сблокированных цилиндров, которая в известном двигателе неизбежна в связи с отсутствием жесткой системы синхронизации поршней и может произойти, например, изза неравенства сил трения между гильзами цилиндров и поршнями в разных цилинд5 рах, изменения давления в напорной и сливной магистралях, неравномерной топливоподачи по цилиндрам, разности температурного режима работы цилиндров и несогласованности в работе их клапанов ra10 зораспределения.

Кроме того, в известном двигателе отсутствует система, обеспечивающая ручную или автоматическую регулировку фаз газораспределения без разборки и изменения

15 конструкции системы газораспределения, что делает невозможным согласование фаз газораспределения с частотой движения и величиной рабочего хода поршня при изменении нагрузки и режимов работы двига20 теля и усложняет регулировку характеристик при испытаниях, Цель изобретения — повышение коэффициента полезного действия и надежности работы двигателя.

25 Цель достигается тем, что гидрораспределитель выполнен в виде золотника, жестко соединенного с поршнем двигателя и снабженного гильзой, а источник давления выполнен в виде гидроаккумулятора, соеди30 ненного через обратный клапан с напорной

878968

) 5

65 магистралью, при этом золотник и гильза выполнены с возможностью поочередного соединения рабочих полостей исполнительных гидроцилиндров с гидроаккумулятором. и сливной магистралью, а также тем, что управляющее устройство блокировочного клапана выполнено в виде плунжера, соединенного с неподпружиненным торцом клапана и установленного в гильзе, полость которой сообщена клапаном с поршневой полостью. Кроме того, канал каждого исполнительного гидроцилиндра, соединяющий его с гидрораспределителем, содержит две ветви, в каждой из которых установлень| обратный клапан и регулируемый дроссель с возможностью прохода жидкости по каналу в прямом и обратном направлении, и каждый клапан механизма газораспределения снабжен устройством торможения в конце рабочего и обратного ходов, выполненным в виде гидравлического амортизатора, совмещенного с исполнительным гидроцилиндром.

На чертеже схематично представлен предл а гаем ый двигатель.

Двигатель содержит цилиндр 1, в котором размещен поршень 2, разделяющий внутренний объем цилиндра на камеру сгорания 3 и подпоршневую полость 4, сообщенную через обратные клапаны 5 и 6, прикрепленные к днищу 7 цилиндра 1, соответственно, напорной 8 и сливной 9 магистралями гидропередачи, подключенными к нагрузочному гидромотору 10, который имеет установленные в головке цилиндра 11 впускной 12 и выпускной 13 клапаны газораспределения, снабженные пружинами 14 и 15, удерживающими их в закрытом положении, гидроприводом, включающим исполнительные гидроцилиндры 16 и 17 с рабочими плунжерами 18 и 19, соединенными со штоками 20 и 21, и гидроаккумулятор

22, соединенный через обратный клапан 23 с напорной магистралью 8 и подключенный к рабочим полостям 24 и 25 гидроцилиндров 16 и 17 через управляющий гидрораспределитель, выполненный в виде золотника 26, соединенного с поршнем 2 и установленного в гильзу 27. В золотнике 26 выполнены кольцевые проточки 28 и 29, а в гильзе 27 в кольцевые проточки — окна.

30 — 35, причем проточки 30 и 31 соединены, соответственно, каналами 36 и 37 с гидроаккумулятором 22, проточки 32 и 33 — каналами 38 и 39 — со сливной магистралью

9, а проточки 34 и 35 — каналами 40 и 41, соответственно, с полостями 24 и 25 гидроцилиндров 16 и 17. Проточки 28 — 35 выполнены таким образом, что при движении золотника 26 совместно с поршнем 2 проточка

34 с помощью проточки 28 может соединяться поочередно с проточками 30 и 32, а проточка 35 с помощью проточки 29 — поочередно — с проточками 31 и 33. При этом проточки 28 и 29 расположены вдоль оси

4 золотника 26, а проточки 30 — 35 — вдоль оси гильзы 27 таким образом, что указанное соединение проточек, а следовательно, и срабатывание клапанов 12 и 13 происходит в соответствии с фазами газораспределения двигателя, устанавливаемыми по положению поршня 2, записываемому им при рабочем и обратном ходе. Гидроцилиндр

16 впускного клапана 12 снабжен установленным в канале 36 блокировочным клапаном 42 с пружиной 43, соединенным своим неподпружиненным торцом с плупжером

44, рабочая полость 45 которого подключена с помощью канала 46 к подпоршневой полости 4, В каналах 40 и 41 установлен регулировочный элемент 47, содержащий каналы 48 .и 49, параллельно подсоединенные к каналу 40, а также каналы 50 и 51, параллельно подсоединенные к каналу 41, обратные клапаны 52 и 53, установленные соответственно в каналах 48 и 50 и пропускающие рабочую жидкость в направлении от гидрораспределителя к рабочим полостям 24 и 25, обратные клапаны 54 и 55, установленные, соответственно, в каналах 49 и 51 и пропускающие рабочую жидкость в направлении от рабочих полостей 24 и 25 гидроцилиндров 16 и 17 к гпдрораспределитслю, а также установленные по одному в каждом из каналов 48 — 51 регулируемые дроссели, включающие седла 56 — 59 и регулировочные щитовые затворы 60 — 63.

Клапаны 12 и 13 снабжены гидравличсскими амортизаторами, выполненными в виде совмещенных с плунжерами 18 и 19 поршней 64 и 65, камер 66 и 67 торможения, плунжеров 18 и 19 в конце прямого хода, камер 68 и 69 торможения плунжеров 18 и 19 в конце обратного хода и камер

70 и 71 свободного хода плунжеров 18 и 19.

Слив рабочей жидкости, проникающей в торцовую камеру 72, осуществляется по каналу 73, а из подпружиненной полости 74 жидкость через канал 75 сливается в проточку 33, соединенную с магистралью 9.

Для гашения пульсаций давления жидкости в напорной магистрали 8 и обеспечения питания гидромотора 10 рабочей жидкостью подключен гидроаккумулятор 76, а для обеспечения слива рабочей жидкости— гидроаккумулятор 77.

Устройство работает следующим образом.

Поршень 2 совершает колебательное возвратно-поступательное движение в цилиндре 1 под воздействием перепада давления со стороны камеры сгорания 3 и подпоршневой полости 4. Вместе с поршнем 2 движется золотник 26 в гильзе 27.

При рабочем ходе поршня 2 под воздействием давления, образующегося в результате расширения продуктов сгорания в камере 3, рабочая жидкость вытесняется из подпоршневой полости 4 через обратный

878968

g5

З0

5 клапан 5 в напорную магистраль 7, по ко.торой жидкость под высоким давлением поступает на гидромотор 10, приводящий нагрузку. При этом часть жидкости из магистрали 8 поступает через обратный клапан

23 в гидроаккумулятор 22. После прохождения поршнем 2 определенной части его рабочего хода давление в камере сгорания

3 и, соответственно, в напорной магистрали 8 понижается. При этом, когда давление в магистрали 8 становится ниже давления в гидроаккумуляторе 22, обратный клапан 23 под действием образующегося на нем перепада давления закрывается и тем самым блокирует выход жидкости из гидроаккумулятора 22 в магистраль 8. Накопленная таким образом в гидроаккумуляторе 22 под высоким давлением жидкость используется для привода плунжеров 18 и 19 гидроцилиндров 16 и 17.

В процессе колебательного возвратно-поступательного движения совместно с поршнем 2 золотник 26 своими проточками 28 и

29 соединяет проточки 34 и 35. в гильзе 27 и подключенные к этим проточкам рабочие полости 24 и 25 гидроцилипдров 16 и 17 поочередно с гидроаккумулятором 22 и со сливной магистралью 9, благодаря чему обеспечивается срабатывание клапанов газораспределения 12 и 13 в зависимости от положения поршня 2 в соответствии с установленными по положению поршня фазами газораспределения двигателя. При этом последовательно осуществляются открытие выпускного клапана 13 в конце рабочего хода поршня 2 в момент, когда проточка 29 золотника 26 соединяет проточки 31 и 35 в гильзе 27 (начало выхлопа), открытие впускного клапана 12 в начале обратного хода поршня 2 в момент, когда проточка 28 золотника 26 соединяет проточки 30 и 34 в гильзе 27 (начало продувки), закрытие выпускного клапана 13 в момент, когда при обратном ходе поршня 2 проточка 29 золотника 26 соединяет проточки 35 и ЗЗ в гильзе 27 (конец продувки, начало впуска), закрытие впускного клапана 12 в момент, когда при обратном ходе поршня 2 проточка 28 золотника 26 соединяет проточки 34 и 32 в гильзе 27 (конец впуска, начало сжатия). Причем блокировочный клапан 42 блокирует открытие впускного клапана 12 при рабочем ходе поршня 2 в момент, когда проточка 28 золотника 26 соединяет проточки 30 и 34 в гильзе 27. Блокировка клапана 12 осуществляется путем перекрытия клапаном 42 канала 36 с помощью плунжера 44, который, сжимая пружину 43, опускает клапан 42 на седло за счет силы давления жидкости, действующей на плунжер

44 со стороны подпоршневой полости 4 через канал 46.

В конце прямого и обратного ходов плунжеров 18 и 19 их скорость гасится за счет увеличения силы сопротивления движению

6 плунжеров, обеспечиваемого путем запирания поршнями 64 и 65 рабочей жидкости в камерах 66 и 67 в конце прямого (рабочего) хода плунжерон, соответствующего концу открытия клапанов 12 и 13, и в камерах 68 и 69 в конце обратного хода плунжеров, соответствующего концу закрытия клапанов 12 и 13. После запирания жидкости давление в указанных камерах и, соответственно, давление жидкости на поршни

64 и 65 со стороны камер торможения резко возрастает, а скорость движения плунжеров 18 и 19 и связанных с ними клапанов 12 и 13 резко снижается до нуля на коротком участке пути. Длина тормозного пути плунжеров определяется величиной силы инерции подвижных масс (клапанов, плун>керов и рабочей жидкости, находящейся в полостях 24 и 25 и в каналах 40 и 41) в начале торможения, рабочей площадью поршней 64 и 65, объемом, коэффициентом сжимаемости и вязкостью запертой рабочей жидкости, а также площадью и радиальным размером щелевого зазора между поршнем 64 и стенками камер 66 и 68, между поршнем 65 и стенками камер 67 и 69, определяющими скорость дросселирования запертой жидкости из камер торможения в камеры 70 и 71 в процессе демпфирования.

Формула изобретения

1. Свободнопоршпевой двигатель внутреннего сгорания с гидравлическим приводом, содержащий цилиндр, в котором размещен поршень, разделяющий внутренний объем цилиндра на камеру сгорания и подпоршневую полость, напорную н слпвную магистрали, сообщенные с подпоршневой полостью через обратные клапаны, нагрузочный гидромотор, к которому подключены напорная и сливная магистрали, механизм газораспределения, содержащий клапаны с гндроприводом, включающим исполнительные гидроцилиндры, источник давления, соединенный каналами через управляющий гидрораспределитель с рабочими полостями исполнительных гидроцилиндров, при этом гидроцилиндр одного из клапанов механизма газораспределения снабжен блокировочным клапаном с подпружиненным торцом и имеющим управляющее устройство, о тл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия и надежности работы двигателя, гидрораспре,делитель выполнен в виде золотника, жестко соединенного с поршнем двигателя и снаб>кенного гильзой, а источник давления выполнен в виде гидроаккумулятора, соединенного через обратный клапан с напорной магистралью, при этом золотник и гильза выполнены с возможностью поочередного соединения рабочих полостей исполнительных гидроцилиндров с гидроаккумулятором и сливной магистралью.

878968

Я

57

5У

Тирагк 553

Изд. № 573

Заказ 1892/1

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

2. Двигатель по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что управляющее устройство блокпровочного клапана выполнено в виде плунжера, соединенного с неподпружиненным торцом клапана и установленного в гильзе, полость которой сообщена каналом с подпоршневой полостью.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что канал каждого исполнительного гидроцилиндра, соединяющий его с гидрораспределителем, содержит две ветви, в каждой из которых установлены обратный клапан и регулируемый дроссель с возможцостыо прохода жидкости по каналу в пря:, ом и обратном направлении.

4. Дьигатель по и. 1, о тл и ч а ющи и с я тем, что каждый клапан механизма газо5 распределения снабжен устройством торможения в конце рабочего и обратного ходов, выполненным в виде гидравлического амортизатора, совмещенного с исполнительным гидроцилиндром.

10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 2872778, кл. 60 — 12, опублик. 1958.