Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с гидравлическим приводом

О П И С А Н И Е 01)878968ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик. Кл,з Г 01 В 11/О ем заявкис присоедин Государственный комите 3) Приорите СССР по делам изобретений(088.8) 43) Опублик о 07.11.81, Бюллетен открытии 5) Дата опубликования описания 07.11.81) Автор изобретения Б. С, Лобано 1 т 3 доста- рабо- инхрое трех 1Изобретение 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 11.Однако этот двигатель обладает не точно высоким КПД и нсустойчив в те, что связано с возможностью расс низации двигателя поршней не мене сблокированных цилиндров, которая в известном двигателе неизбежна в связи с отсутствием жесткои системы синхронизациипоршней и может произойти, например, изза неравенства сил трения между гильзамицилиндров и поршнями в разных цилинд 5 рах, изменения давления в напорной исливной магистралях, неравномерной топливоподачи по цилиндрам, разности температурного режима работы цилиндров и несогласованности в работе их клапанов га 10 зораспределения.Кроме того, в известном двигателе отсутствует система, обеспечивающая ручнуюили автоматическую регулировку фаз газораспределения без разборки и изменения15 конструкции системы газораспределения,что делает невозможным согласование фазгазораспределения с частотой движения ивеличиной рабочего хода поршня при изменении нагрузки и режимов работы двига 20 теля и усложняет регулировку характеристик при испытаниях,Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия и надежностиработы двигателя.25 Цель достигается тем, что гидрораспределитель выполнен в виде золотника, жестко соединенного с поршнем двигателя иснабженного гильзой, а источник давлениявыполнен в виде гидроаккумулятора, соеди 30 ненного через обратный клапан с напорноймагистралью, 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 Ь 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 - кольцевые проточки - окна 30 - 35, причем проточки 30 и 31 соединены, соответственно, каналами 36 и 37 с гидро- аккумулятором 22, проточки 32 и 33 - каналами 38 и 39 в со сливной магистралью 9, а проточки 34 и 35 - каналами 40 и 41, соответственно, с полостями 24 и 25 гидро- цилиндров 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 5 1020 25 30 35 40 45 50 55 бО 65 4золотника 26, а проточки 30 - 35 - вдольоси 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 прпрабочем и обратном ходе. Гидроцилиндр16 впускного клапана 12 снабжен установленным в канале 36 блокировочным клапаном 42 с пружиной 43, соединенным своимнеподпружиненпым торцом с плупжером44, рабочая полость 45 которого подключена с помощью канала 46 к подпоршневойполости 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, обратныеклапаны 52 и 53, установленные соответственно в каналах 48 и 50 и пропускающиерабочую жидкость в направлении от гидрораспределителя к рабочим полостям 24и 25, обратные клапаны 54 и 55, установленные, соответственно, в каналах 49 и 51и пропускающие рабочую жидкость в направлении от рабочих полостей 24 и 25 гидроцилиндров 16 и 17 к гпдрораспределитслю, а также установленные по одному вкаждом из каналов 48 - 51 регулируемыедроссели, включающие седла 56 - 59 и регулировочные щитовые затворы 60 - 63.Клапаны 12 и 13 снабжены гидравличсскими амортизаторами, выполненными ввиде совмещенных с плунжерами 18 и 19поршней 64 и 65, камер 66 и 67 торможения, плунжеров 18 и 19 в конце прямогохода, камер 68 и 69 торможения плунжеров 18 и 19 в конце обратного хода и камер70 и 71 свободного хода плунжеров 18 и 19.Слив рабочей жидкости, проникающей вторцовую камеру 2, осуществляется по каналу 73, а из подпружиненной полости 74жидкость 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, адля обеспечения слива рабочей жидкости -гидроаккумулятор 77.Устройство работает следующим образом.Поршень 2 совершает колебательное возвратно-поступательное движение в цилиндре 1 под воздействием перепада давлениясо 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 изподпоршневой полости 4 через обратный5 о 15 о зо ЗД 40 45 50 55 60 65 5клапан 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 33 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 6плунжеров, 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, плункеров 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, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия и надежности работы двигателя, гидрораспре.делитель выполнен в виде золотника, жестко соединенного с поршнем двигателя и снабкенного 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 зд.573 аказ 1892/ прага 553 Подпнсно Тнпографпя, пр. Сапуно 2. Двигатель по п. 1, отл и чающий с я 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что канал каждого исполнительного гидроцилиндра, соединяющий его с гидро- распределителем, содержит две ветви, в каждой из которых установлены обратный клапан и регулируемый дроссель с возможностьо прохода жидкости по каналу в пря:,ом и обратном направлении.4. Дьигатель по и. 1, отл ич а ющий сятем, что каждый клапан механизма газо 5 распределения снабжен устройством торможения в конце рабочего и обратного ходов,выполненным в виде гидравлического амортизатора, совмещенного с исполнительнымгидроцилиндром.30 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США2872778, кл. 60 - 12,опублик, 1958.