Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания

СОЮЗ СО 8 ЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ЕСПУБЛИК 51)5 Р 02 В 27/00 ОМИТЕТОТКР ЫТИ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР перепускнс возвратныилиндра воллектора с, 7 - золотнии авляемым о каобласти маигателестро- внутреннего м элеериод выпу- ковый ся повышевыпу ема цилиндра и выполнения никового клана фиг. 1; на 2; на фиг,4 - е фазы выпуд соединения и 2 впуск ми 5,в ановле ПИСАНИЕ ИЗСБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССР М 705134, кл. Р 02 В 27/00. 1976.Авторское свидетельство СССР М 1430570, кл. Г 02 В 27/00, 1987.(54) СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГГ СГОРАНИЯ И ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение позволяет повысить экономичность двигателя внутреннего сгорания, Двигатель содержит по меньшей мере один цилиндр с впускными окнами, соединенными впускными патрубками с источником сжатого воздуха, и выпускными окнами, соединенными с выпускными патрубками и входом в перепускной канал, выход которого сообщен с впускными окнами. Система газораспределения содержит обратный клапан во впускном патрубке и золотниковый Изобретение относитсяшиностроения, в частности к дению, а именно к двигателясгорания,Целью изобретения явля ние экономичности.На фиг. 1 представлена сх двигателя с двумя вариантам перепускного канала и золот пана; на фиг, 2 - разрез А - А фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг. золотниковый клапан в начал скэ; на фиг, 5 - то же, в перио., Ж 1694954 клапан, посредством которого в фазе свободного выпуска продукта сгорания со значительным избыточным давлением направляются на вход перепускного канала, затем вход перекрывается золотниковым клапаном и выпуск газов происходит в выпускной патрубок, а продувка и наполнение осуществляются воздухом, сжатым в перепускном канале. Рассмотрены варианты золотникового клапана-распределителя с поступательным и вращательным движениями и с регулируемым в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя режимом работы, а также вариант, совместимый с двигателем, имеющим клапанное газораспределение, Изобретение обеспечивает более эффективное использование импульсов давления в выпускном тракте, повышает топливную экономичность, устраняет необходимость в агрегате турбонаддува, улучшает массогабари-,ные характеристики упрощает конструкцию, 2 с. и 11 з.п, ф-лы, 7 ил. выпускного коллектора инала; на фиг. 6 - то же,ментом в виде пневмоцсоединения выпускного кскным патрубком; на фигклапан, сопряженный с у р скным клапаном,Двигатель содержит по меньш один рабочий цилиндр 1 с ребрам душного охлаждения, форсункой 3 ными окнами 4 и выпускными окна цилиндре подвижно и оппозитно уст ны поршни 6 и 7, Снаружи цилиндновлен воздушный кожух-ресивер 8, во внутренних стенках 9 которого выполнены ряды отверстий 10, сообщающихся с впуск- ными патрубками 11, соединенными с источником низконапорного сжатого воздуха, например с установленной на валу двигателя крыл ьчаткой. Отверстия 10 закрыты автоматическими обратными клапанами, выполненными в виде упругих пластин 12, жестко присоединенных к планкам 13 с направляющими штифтами 14, подвижно сопряженными с отверстиями 10. Снаружи цилиндра смонтированы перепускные каналы 15 и 16 с входными отверстиями 17 и 18 и выходными отверстиями 19 и 20, соединенными с кожухом-ресивером 8.На фиг, 1 изображены два варианта выполнения перепускного канала. Первый вариант, канал 15 с разделительной перегородкой 21, выполненной в виде качающейся пластины из легкого жаропрочного материала, например из титанового сплава или углепластика, снабженной на периферийных поверхностях лабиринтными уплотнениями, например, в виде ячеек или продольных канавок и сопряженной с минимальным зазором с корпусом канала, В плане пластина имеет прямоугольную форму, соответственно корпус канала 15 образован цилиндрической стенкой и двумя плоскими торцовыми крышками. Перегородка 12 жестко закреплена на валике 22 с возможностью поворота в подшипниках, выполненных в торцовых стенках канала 15. Ло меньшей мере на одном конце валика снаружи камеры неподвижно закреплен рычаг 23, соединенный с пружиной 24 растяжения, зафиксированной другим концом в корпусе,Второй вариант: перепускной канал 16 не содержит размещенных внутри подвижных элементов, поэтому форма канала в продольном и поперечном направлениях достаточно произвольна и определяется, в основном, требованиями минимального аэродинамического сопротивления и обеспечения беэвихревого безотрывного потока газов, Поперек канала целесообразна установка диафрагмы 25, выполненной из жаропрочного материала, например, в виде проволочной сетки или листа, перфорированного отверстиями, при этом предпочтител ьно дифференцированное исполнение ячеек или отверстий; на периферии диаметр отверстий и их относительная проницаемость (площадь отверстий, отнесенная к единице площади диафрагмы, например к 1 см ) больше, чем в центре, в области газового потока с наибольшими скоростями. Выпускные окна 5 сообщены с выпускным коллектором 26, охватывающим цилиндр подобна кожуху-ресиверу 8, в коллекторе установлены выпускные клапа ны-распределители золотникового типа, Золотниковый клапан-распределитель 27 (вариант выполнения клапана-распределителя 28) содержит диск 29, выполненный за одно целое со стержнем 30, и цилиндриче ский стакан 31 с расположенными по окружности распределительными окнами 32.Стакан клапана с минимальными зазорами сопряжен с отверстием 33, выполненным в цилиндре и коллекторе, это отверстие имеет 15 разнесенные по длине кольцевые распределительные каналы, иэ которых канал 34 соединяет полость отверстия 33 с выпускными оверстиями 5, канал 35 - с входным отверстием 17 перепускного канала, а канал 36 - 20 с выпускным патрубком 37.В стенке цилиндра, являющейся торцом отверстия 38, выполнены окна 38, которые отличаются от выпускных окон 5 большей высотой, т, е, они выше окон 5 на 25 величину ЬЬ. Между диском клапана икорпусом предусмотрена демпфирующая полость 39. На конце стержня 30 закреплена тарелка 40, с которой сопряжен упругий элемент - пружина 41 сжатия, второй конец 30 которой опирается на тарелку 42 с толкателем 43, подвижно установленным в корпусе и снабженным приводом поступательного движения (например, кинетически связанным с центробежным регулятором частоты 35 вращения вала двигателя, с регуляторомцикловой подачи топлива или с шаговым электродвигателем, действующим по команде ЭВМ). Вместо пружины может быть применен пневматический упругий элемент 40 в виде пневмоцилиндра 44 (фиг, 6) с поршнем 45 и выпускными отверстиями 46, расположенными на расстоянии Ь от конца рабочей полости пневмоцилиндра, Надпоршневая полость пневмоцилиндра сообщена 45 с емкостью 47, соединенной с источникомсжатого газа, например с полостью перепускного канала 15 через дополнительный обратный клапан 48.В другом варианте емкость 47 соедине на с управляемым газовым редуктором 49,соединенным с источником сжатого газа, например с бортовой пневмосистемой, при этом отверстия 46 сообщены с перепускным каналом 15, Привод управления газовым ре дуктором кинематически связан или с центробежным регулятором, или с регулятором цикловой подачи топлива. или с электроприводом и бортовым микропроцессором.Вариант золотникового клапана-распределителя 28 является аналогом клапана 1694954чительны, поскольку полость 70 имеет 55 небольшую емкость, а ход клапана в начальной фазе ускорения мал, После прохождения клапаном расстоянияполость 70 соединяется с полостью выпускного коллектора 26, в этот момент поршень 7 открывает распределителя 27, но с поворотным рабочим элементом, выполненным в виде пустотелого сектора с цилиндрической частью 50,. имеющей окно 51, и двух плоских торцовых поверхностей 52 с окнами 53.Клапан с минимальными зазорами раз- мещен в соответствующей секторной полости 54, имеющей распределительные окна 55, 56 и 57 на цилиндрической и торцовых поверхностях, сообщающиеся соответственно с выпускными окнами 5, отверстием 18 перепускного канала 16 и выпускным патрубком 58. Клапан имеет на торцовых стенках две цилиндрические цапфы 59, сопряженные с подшипниками в корпусе, Одна из цапф снаружи жестко скреплена с рычагом 60, соединенным с пружиной 61 растяжения, которая вторым концом соединена с тягой 62, соединенной с регулирующим приводом, действующим или от центробежного регулятора, или от регулятора цикловой подачи, или от бортового вычислительного устройства (подобно устройству управления клапаном-распределителем 27),На фиг, 1 - 6 рассмотрены варианты реализации способа в двухтактном двигателе с прямоточной щелевой продувкой,На фиг. 7 изображено устройство, применяемое в двигателях с клапанным газораспределением, например в двигателях с клапанно-щелевой продувкой или в четырехтактных двигателях с выпускным и впускным клапанами. На стерженьуправляемого выпускного клапана 63 коаксиально и с возможностью осевого перемещения установлен золотниковый клапан-распределитель 64 с юбкой 65 стакана и отверстиями 66, а в сопряженном склапаном отверстии корпуса выполнены кольцевой канал 67, сообщающийся с входом в перепускной канал, и канал 68, сообщающийся с выпускным патрубком. Клапан-распределитель 64 поджат пружиной 69.Способ осуществляется следующим образом,В конце процесса расширения поршень 7 открывает выпускные окна 38 большейвысоты, газы с ударным расширением заполняют подклапанную полость 70 клапана- распределителя 27 (фиг. 4) и сообщают ему .ускоренное движение. При этом энергетические потери процесса расширения незна 5 10 15 20 25304045 с 50 выпускные окна 5, а распр дзлит.лен.е ок на 32 клапана соединяосч с кольцевыми каналами 35 и далее с входным отверстием 17 перепускного канала 15, начинается фаза свободного выпуска газов, в которой газы, расширяясь в полость канала 15, сжимают в ней воздух, поступивший через впускной патрубок 11, пластинь 12 при этом закрывают отверстия 10, При дальнейшем ходе клапана его юбка перекрывает канал 35 и открывает канал 36, сообщающийся с выпускным патрубком 37. Сжатым воздухом из канала 15 и кожуха-ресивера 8 через окна 4 и 5 осуществляется интенсивная продувка рабочей полости цилиндра 1 (фиг. 1 и 6),Продукты расширения иэ патрубка 37 направляются или в атмосферу, или в ниэконапорный нагнетатель, выход которого сообщен с впускным патрубком 11. В конце прямого хода клапан-распределитель 27 безударно тормозится воздушным демпфером (полость 39), затем движется в обратном направлении под действием пружины 41 В конце обратного хода клапан тормозится демпфером и останавливается в исходном положении (фиг, 4), при котором перепускной канал 15 через каналы 35 и 36 сообщены с выпускным патрубком, что обеспечивает возврат перегородки 21 в исходное положение 71 давлением воздуха в кожухе-ресивере 8, Возвратный ход перегородки 21 совершается в течение фаз сжатия и расширения.Длительность фазы продувки рабочей полости цилиндра 1 зависит от скорости обратного хода клапана, эта скорость может быть увеличена поджатием пружины 41 посредством связанного с толкателем 43 автоматического привода, действующего,. например, от центробежного регулятора частоты вращения вала двигателя.При использовании упругого элемента в виде пневмоцилиндра (фиг. 6) скорость возврата клапана уменьшается с ростом давления в перепускном канале 15, полость которого сообщена с отверстиями 46, и увеличивается с повышением давления в емкости 47, автоматически регулируемого управляемым газовым редуктором, таким образом обеспечивается автоматическое увеличение времени продувки при повышении цикловой подачи и уменьшение его с ростом частоты вращения.Поворотный клапан-распределитель 28 действует аналогично клапану-распределителю 27. В конце процесса расширения через окна 72 сжатый газ проникает во внутреннюю полость клапана. сообщая ему ускоренное вращательное движение. в фазе свободного выпуска продукты сгорания че 16949545 10 15 20 30 35 40 45 50 55 рез канал 56 и отверстие 18 поступают в перепускной канал 16 и сжимают воздух. при этом профиль скорости потока выравнивается сетчатой диафрагмой 25 и фронт раздела горячих газов и холодного воздуха близок к плоской форме, что препятствует перемешиванию горячего и холодного компонентов и проникновению продуктов сгорания в воздушный кожух-ресивер 8. После окончания фазы свободного выпуска окна 51 и 53 клапана соединяются с окном 57 выпускного патрубка 58 и продукты сгорания выпускаются в атмосферу или в нагнетатель, вход в перепускную камеру при этом перекрыт цилиндрической частью 50 клапана, сжатый воздух поступает в цилиндр через окна 4 и осуществляет вихревую прямоточную продувку его рабочей полости, В конце прямого хода клапан-распределитель 28 мягко останавливается пневмодемпфером 73 и упруго отражается обратно,Реализацию данного способа в двигателях с клапанным газораспределением обеспечивает устройство, показанное на фиг. 7. действующее следующим образом, При открытии выпускного кладана 63 сжатые газы сообщают ускоренное движение золотниковому клапану-распределителю 64, который, перемещаясь по стержню управляемого клапана 63 и сжимая пружину 69, в фазе свободного выпуска соединяется отверстиями 66 с выпускным каналом 67 и далее с входом в перепускнои канал, затем канал 67 перекрывается юбкой 65, открывается канал 68 в выпускной патрубок и осуществляется продувка цилиндра воздухом из перепускного канала (или дозарядка соседнего цилиндра при четырехтактном цикле).Формула изобретения 1, Способ работы двигателя внутреннего сгорания путем продувки цилиндра предварительно сжатым воздухом, дополнительного сжатия воздуха в цилиндре, подачи топлива в сжатый воздух, сгорания, расширения продуктов сгорания и их выпуска с использованием импульсов давления в перепускном канале между выпускными и впускными патрубками, о т л и ч а ющ и й с я тем, что,. с целью повышения экономичности, в начале выпуска продукты сгорания перепускают на вход перепускного канала, отсоединенного от впускного патрубка, воздух предварительно сжимают в перепускном канале, предварительно сжатый воздух направляют во впускной патрубок, во время дополнительного, сжатия, сгорания и расширения продукты сгорания выпускают, из перепускного канала, связанного входом с выпускным патрубком, авыходом с впускным патрубком.2. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндрс впускными окнами, соединенными впускным патрубком с источником предварительно сжатого воздуха, и выпускными окнами,соединенными с выпускным патрубком через выпускной коллектор. поршни, размещенные в цилиндре с воэможностьюдвижения навстречу друг другу, перепускной канал, соединенный входом с выпускным патрубком, а выходом с впускнымпатрубком,отличающийся тем,что,сцелью повышения экономичности, он снабжен золотниковым клапаном с распределительными окнами, связанным с упругимвозвратным элементом и подвижно установленным в выпускном патрубке с возможностью последовательного соединениявхода перепускного канала с выпускнымпатрубком, с выпускным коллектором и соединения выпускного коллектора с выпускным патрубком, а во впускном патрубкеустановлен обратный клапан.3, Двигатель по и. 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что золотниковый клапан выполненв виде цилиндрического стакана, снабженного стержнем. и распределительные окнавыполнены в боковой стенке стакана.4, Двигатель по и. 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что золотниковый клапан выполненв виде пустотелого сектора, установленногос воэможностью поворота вокруг неподвижной оси, и распределительные окна выполнены в цилиндрической и торцовой стенкахсектора.5. Двигатель по пп,2 - 4, отл ича ю щий с я тем, что золотниковый клапан снабжендемпферами-ограничителями хода,,6. Двигатель по пп. 2, 3 и 5 - о т л и ч а.ю щ и й с я тем, что упругий возвратныйэлемент выполнен в виде пневмоцилиндрас поршнем, соединенного с источникомпредварительно сжатого воздуха.7,Двигатель пои. 6, отл ич а ю щи йс я тем, что он снабжен дополнительнымобратным клапаном, надпоршневая.полость пневмоцилиндра соединена через дополнительный обратный клапан сперепускным каналом.8. Двигатель по пп. 2-7, о т л и ч а ю щ и йс я .тем, что упругий возвратный элемент снабжен регулятором возвратного усилия,9. Двигатель по пп, 2, 3, 5, 6 и 8, о т л ич а ю щ и й с я тем, что он снабжен управляемым газовым редуктором, надпоршневаяполость пневмоцилиндра сообщена с источником предварительно сжатого воздуха через управляемый газовый редуктор, аподпоршневая полость - с перепускным каналом.10, Двигатель по пп. 2-9. о т л и ч э ющ и й с я тем, что перепускной канал выполнен в виде камеры с заслонкой, установленной с возможностью поворота в камере и сопряженной с ней,11. Двигатель по пп, 2-9, о т л и ч а ющ и й с я тем, что перепускной канал выполнен в виде камеры с размещенной в ней неподвижной диафрагмой с отверстиями,12, Двигатель по и. 11, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что отверстия в диафрагме выполнены с диаметрами, уменьшающимися от периферии к ее центру,5 13. Двигатель по п. 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что выпускной патрубок снабжен управляемым выпускным клапаном, на его штоке подвижно установлен золотниковый клапан, выполненный в виде цилиндриче ского стакана, и распределительные окнавыполнены в боковой стенке стакана.1694954СоставительК. Дементьев Редактор Н. Цалихина Техред М.Моргентал Корректор М. Максимишине каз 4145 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10