Двигатель внутреннего сгорания

Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфвв Сфветскнк Сфцнаектнческнк Республик(51) М. Кл. Р 02 М 17/00 Государстаеииый комитет СССР ао делам зобретей и открытий(72) Авторы изобретения В.И, Паюсов и В.И, Горохов Ленинградский машиностроительн й завод ,Звезда/ им. К.Е, Ворошилова(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Изобретение относится к области машиностроения, а именно двигателестроения, в частности к устройствам, облегчаюцим запуск двигателя внутреннего сгорания при помоц 1 и сжатого воздуха.Известны двигатели внутреннего сгорания,.содержащее компрессорные цилиндры с патрубками отвода сжатого газа, пусковые цилиндры с патрубками подвода, сжатого газа, перепускной трубопровод, подключенный к укаэанным патрубкам, источник сжатого воздуха и статор раскрутки (1.В известных двигателях при пуске перекрывается заслонка, установленная на выхлопе, и включаются в работу компрессорные цилиндры, которые сжимают отработавшие газы и свежий воздух, поступившие от пусковых цилиндров и рт источника сжатого воздуха (компрессора), и подают сжатую гаэовоэдушную смесь, имеющую высокую температуру, в пусковые цилиндры, Однако в таких двигателях при запуске ухудшаются процессы гаэообмена и сгорания в пусковых цилиндрах изэа наличия высокого противодавления на выхлопе и большого количества отработавших газов в рабочем теле,что приводит к снижению экономичности двигателя на пусковых режимахи увеличению времени запуска,Кроме того, в известных двигателях в качестве стартера раскруткииспользуется посторонний источникэнергии, например электродвигатель,либо источник сжатого воздуха, ко"торые из.-за габаритных ограниченийне могут быть выполнены большоймощности, что приводит также кувеличению времени заауска.Целью изобретения является ускорение запуска двигателя за счет улучшения процессов сгорания и газообмена в пусковых цилиндрах и использования части цилиндров двигателядля его раскрутки.Поставленная цель достигаетсятем, что двигатель дополнительно содержит воздухораспределитель, подключенный к источнику сжатого воздуха,и пневматические клапаны, установленные в патрубках подвода и отвода25 сжатого газа и подключенные к воздухораспределителю, а также тем, чтостартер раскрутки выполнен в видеблока цилиндров раскрутки, подключенных через воздухораспределитель30 к источнику сжатого воздуха, Приэтом, блок цилиндров раскрутки может быть выполнен заодно с пусковыми и компрессорными цилиндрами.На фиг. 1 изображена схема описы-.ваемого двигателяу на фиг. 2 - вариант двигателя, когда блок цилиндров раскрутки выполнен заодно с пус, -ковыми и компрессорными цилиндрамина фиг. 3 - диаграмма фаз гаэораспределителя пусковых цилиндров; на фиг.4 - диаграмма фаз газораспределитяля компрессорных цилиндров на фиг, 105 - конструкция пневматических клапанов на фиг; б - принципиальнаясхема воздухораспределителя.Описываемый двигатель внутреннего сгорания содержит компрессорные 15цилиндры 1, патрубки 2 отвода сжатого газа, пусковые цилиндры Э, патрубки 4 подвода сжатого газа и перепускной трубопровод 5. Воэдухораспре"делители б и 7 подключены к источнику сжатого воздуха (не показан) и кпневматическим клапанам 8 и 9. Стартер раскрутки выполнен в виде блокацилиндров 10 раскрутки, подключенныхчерез воздухораспределитель 7, пневматические клапаны 8 и 9 и трубопровод11 к источнику сжатого воздуха.Пневматические клапаны 8 установленыв патрубках 2 и 4 отвода и подводасжатого газа.Блок цилиндров 10 раскрутки можетбыть выполнен заодно с пусковыми икомпрессорными цилиндрами 3 и 1(Фиг. 2) .На .фиг, 3 изображена диаграммафаэ газораспределения пусковых цилиндров 3 (для четырехтактного двигателя). На диаграмме обозначеныследующие точки: 12 - верхняя мертвая точка, 13 - нижняя мертвая точка, 14 - открыти впускного клапана,15 - закрытие впускного клапана иоткрытие пневматического клапана 8,1 б - дозарядка сжатым газом, 17закрытие пневматического клапана 8,18 - открытие выпускного клапана,4519 - закрытие выпускного клапана,Оптимальная зона дозаряда сжатым газом находится на такте сжатия сразупосле закрытия впускного клапана(между точками 15 и 17).50На фиг. 4 изображена диаграммафаз газораспределения компрессорныхцилиндров 1 (для четырехтактногодвигателя). На диаграмме дополнительно обозначены следующие точки: 20закрытие впускного клапана, 21 - открытие пневматического клапана 8,22 - отбор сжатого газа. Наиболееоптимальная зона отбора воздуха находится на такте сжатия вблизи верхней мертвой точки 12 (между точкамг Я21 и 17) .На фиг, 5 изображена одна иэ воэ.можных конструкций пневматическихклапанов 8 и 9, которые состоят иэштока 23, корпуса 24, тарелки 25, 45пружины 26, накидной гайки 27, ниппеля 28. К управляющей полости 29клапана подводится сжатый воздух отвоэдухораспределителя б или 7, Рабочая полость ЗО клапана предназначенадля перепуска сжатого газа иэ компрессорного цилиндра 1 в трубопровод5, либо для перепуска сжатого газа иэ трубопровода 5 в пусковой цилиндр 3На фиг. б изображена конструктивная схема воздухораспределителей б или 7, которые состоят из золотника Э 1, корпуса 32 и крышки 33. Через отверстие 34 в крышке 33 в полость 35 воздухораспределителя подводится сжатый воздух. Отверстие Зб в золотнике 31 служит для сообщения полости 35 с отверстиями 37 и 38 в корпусе 32, которые соединены с упр ляющими полостями 29 пневматическихклапанов 8 и 9. В корпусе 32 возду"хораспределителя имеется отверстие39, сообщающее полость 40 золотника31 с атмосферой,Кромка 41 золотника 31 служитдля соединения отверстий 37 и 38 вкорпусе 32 воздухораспределителя,а значит и управляющих полостей 29пневматических клапанов с полостью40 золотника и через отверстие 39с атмосферой. Золотник 31 через зубчатую передачу связан с коленчатымвалом двигателя и в случае четырехтактного двигателя вращается с числом оборотов, равным половине числа оборотов коленчатого вала. Корпус 32 и крышка 33 воздухораспределителя неподвижны. Количество отверстий 37 и 38 соответствует количеству управляемых воздухораспределителем пневматических клапанов 8 и 9. На фиг. б приведентакже вид на торец 42 золотника 31 и корпуса 32.Взаимное расположение отверстий 38 в корпусе 32 воздухораспределителя обеспечивает нужный порядок работы пневматических клапанов, обусловленный схемой коленчатого вала, отверстий 37 - нужный порядок работы пневматических клапанов 8, установленных на пусковых цилиндрах 1 взаимное расположение отве(Я:тий 37 и 38 обеспечивает смещение по фазе работы пневматических клапанов 8 в соответ" ствии с наступлением моментов отбора сжатого газа из компрессорных цилиндров 1 и дозарядки пусковых цилиндров 3.Конструкция воэдухораспределителя 7 (см. фиг. 1 и 2) отличается от конструкции воздухораспределителя б (см. фиг. 6) тем, что отверстия 37 и 38 в корпусе 32 расположены равномерно по окружности, так как подача воздуха из баллона в цилиндры раскрутки должна осуществляться через равные промежутки по углу поворота коленчатого вала в соответствии с моментом наступления в них тактарабочего хода (для раскруткиколенчатого вала двигателя воздухв блок цилиндров 10 раскрутки долженнодаваться на такте рабочего хода. Золотник воздухараспределителя 7 также через зубчатую передачу связан с коленчатым валом двигателяи для четырехтактного двигателя вращается с оборотами, равными половине оборотов коленчатого вала.Двигатель работает следующим образом.В трубопровод 11 и в полости 35(см, фиг. 6) воздухораспределителей 6 и 7 подается из баллона (источника) сжатый воздух высокого давления. Воздухораспределитель 7 всегда выполняется так, чтобы при любом доложенин вала двигателя отверстие 36 в золотнике 31 сообщалось с одниМ из отверстий в корпусе 32, Сжатый воздух, пройдя по трубопроводу, соединяющему отверстие 36 в корпусе с управляющей полостью 29 клапана 9раскрутки (см.,фиг. 5), толкает шток23 клапана вниз, сообщая с полостьюсоответствующего цилиндра блокацилиндров 10 раскрутки трубопровод11. Так как положение поршня в этомцилиндре соответствует такту фрабочего хода (расширения), что достигается настройкой воэдухораспределителя, то воздух высокого давления толкает поршень вниз, приводя во вращение коленчатый вад двигателя. Золотник 31 воэдухораспределите.ля, механически связанный с коленча-.тым валом двигателя, начинает вращаться, и отверстия, 36 в золотнике 31 последовательно соединяется с отверстиями 37 и 38 в корпусе 32 воздухораапределителя, открывая доступ сжатого, воздуха из баллона к управляющей полости 29 соответствующих пневматических клапанов 9. Воздух из баллона поступает в блок цилиндров 10 раскрутки,:толкает их поршни и раскручивает коленчатый вал двигателя до оборотов, соответствующих давлению воздуха в баллоне. Закрытие пневматических клапанов 9 происходит под действием пружины 26 и давления в цилиндрах 10 сразу восле того, как кромка 41 золотника 31 сообщает управляющую полость.29 клапана с полостью 40 и золотника 31 через отверстие 39 с атмосферой,В тот же момент, как начинают двигаться поршни цилиндров 10 раскрутки (начинает вращаться коленча-. тый вал), приходят в движение поршния пусковых цилиндров 3 и компрессорных цилиндров 1, начинает вра-. щаться золотник 31 воздухораспределителя 6, полость 35 сообщает сбаллоном через отверстия 37 и 38 вкорпусе 32 последовательно управляющие полости 29 пневматических клапанов 8; Штоки 23 клапанов 8, уста 60 65 мере увеличения скорости вращениявала двигателя работающими пусковыми цилиндрами 3 и по мере прогревадеталей и систем двигателя в цилиндрах 10 раскрутки и компрессорныхцилиндрах 1 (в этот момент они ужене выполняют роль цилиндров раскрутки и компрессорных цилиндров) возникают температурные условия, достаточные для самовоспламенения топлиновленных на компрессорных цилиндрах 1, двигаясь вниз, сообщают ихрабочие полости 30, а следовательнои трубопровод 5 с полостями компрессорных цилиндров 1. Штоки 23 клапанов 8, установленных на пусковыхцилиндрах 3, сообщают свои рабочиеполости 30 с полостями пусковых цилиндров 3,Поскольку воздух иэ компрессорныхцилиндров 1 перепускается в трубопровод 5 при давлении более высокомв конце такта сжатия , чем давлениев пусковых цилиндрах 3 в момент дозарядки, то происходит перепуск воздуха из трубопровода 5 в пусковые5 цилиндры 3 и дозарядка их.Закрытие клапанов 8 происходитпоследовательно после того, как кромка 41 Золотника 31 сообщит их управляющие полости 29 с атмосферой2 О через полость 40 и отверстие 39.:Перепуск воздуха иэ компрессорных цилиндров 1 в трубопровод 5приводит к тому, .что давление воздушного заряда в них, а следовательнои температура понижается, т.е. самовоспламенение топлива в компрессорных цилиндрах 1 в момент пуска пуса ковых цилиндров 3 исключено. Поэтомунет необходимости в отключении наэтот момент подачи топлива в компрессорные цилиндры 1,Доэарядка пусковых цилиндров 3порцией сжатого горячего воздуха,отобранного из компрессорных цилиндров 1, приводит к тому, что давление,а следовательно и температура воздушного заряда в них в начале его сжатия (сразу после закрытия впускныхклапанов) окажутся выше; чем давление и температура воздушного заряда40 в цилиндрах 10 раскрутки. В концесжатия давление и температура воэдушного эаряда в пусковых цилиндрах 3 значительно выше, чем в цилиндрах 10 раскрутки и достигают значений,достаточных для самовоспламенениявпрыскиваемого топлива.Происходит пуск пусковых цилиндров 3, и коленчатый вал двигателя.начинает крутиться под действием о газовых сил,которые будут толкатьпоршни пусковых цилиндров 3.После пускапусковых цилиндров3 принудительно прекращается подача сжатого воздуха из баллона к воэдухораспределителям б и 7, клапаны 8 и 9 перестают функционировать, По861705 Формула изобретения 7ва. Происходит их пуск. Топливо,накопившееся в этих цилиндрах завремя, предшествующее их пуску, спо-.собствует обогащению смеси в них иускоряет пуск,В результате подачи в пусковыецилиндры 3 сжатого воздуха из компрессорных цилиндров 1 достижениетемператур, достаточных для самовоспламенения топлива, становится возможным при доэарядке их меньшимколичеством воздуха, чем в случае подачи воздуха в цилиндры из баллона(в последнем случае имеется охлаждающий эффект). Это предотвращает возникновение чрезмерно высоких давлений в цилиндрах в момент вспышки припуске двигателя.При работе двигателя, изображенного на Фиг. 2, раскрутка его сжатымвоздухом, процесс отбора воздуха идозарядки цилиндров осуществляетяодними цилиндрами. При этой Фазе работы клапаны 8 и 9 не накладываютсядруг на друга.Описываемый двигатель внутреннегосгорания позволяет иметь низкую степень сжатия, сохраняя при этом пусковые свойства и увеличенный ресурси мощность, Ожидаемый экономическийэффект от снижения степени сжатияв результате применения описываемоготехнического решения достигает до30 от стоимости дизеля. 1. Двигатель внутреннего сгорания,содержащий компрессорные цилиндры спатрубками отвода сжатого газа, пусковые цилиндра с патрубками подводасжатого газа, перепускной трубопровод, подключенный к укаэанным патрубкам, источник сжатого воздуха и стартер раскрутки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью ускорения запуска, двигатель дополнительно содержит воздухораспределитель, подключенный к источнику сжатого воздуха,и пневматические клапаны, установленные в патрубках подвода и отвода сжатого газа и.подключенные к воэдухораспределителю,2, Двигатель по п. 1 о т л и"ч а ю щ и й с я ,тем, что стартерраскрутки выполнен в виде блока ци- .20 линдров раскрутки, подключенный че"рез воздухораспределитель к источникусжатого, воздуха3. Двигатель пО .пП. 1 и 2, о тл и ч а ю щ и.й с я тем, что блокцилиндров раскрутки выполнен заоднос пусковыми и компрессорными цилиндрами. Источники информации,3 Опринятые во внимание при 1 экспертизе1, Патент США Р 394113,кл. Г 02 Н 17/00, 197 б.861705 в Корректор Г; Решетни Редактор П. Гор аказ 6493/22 филиал ППП фПатент , г. Уагород, ул. Проектна Составитель В. Ко ова Техред й. Кастеле юаваеююве 5ир ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва, Ж, РаувПодписноекомитета СССРи открытийкаа иаб., д. 4/