RU2132954C1 - Поршневой двигатель внутреннего сгорания найда - Google Patents

Поршневой двигатель внутреннего сгорания найда Download PDF

Info

Publication number
RU2132954C1
RU2132954C1 RU98104311A RU98104311A RU2132954C1 RU 2132954 C1 RU2132954 C1 RU 2132954C1 RU 98104311 A RU98104311 A RU 98104311A RU 98104311 A RU98104311 A RU 98104311A RU 2132954 C1 RU2132954 C1 RU 2132954C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
engine
cooling jacket
working
air
Prior art date
Application number
RU98104311A
Other languages
English (en)
Inventor
В.Ф. Найда
Original Assignee
Найда Виктор Филиппович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Найда Виктор Филиппович filed Critical Найда Виктор Филиппович
Priority to RU98104311A priority Critical patent/RU2132954C1/ru
Priority to EP99913782A priority patent/EP0985809A4/en
Priority to JP11545694A priority patent/JP2000516686A/ja
Priority to PCT/RU1999/000070 priority patent/WO1999046490A2/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2132954C1 publication Critical patent/RU2132954C1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/02Cylinders; Cylinder heads  having cooling means
    • F02F1/04Cylinders; Cylinder heads  having cooling means for air cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/44Passages conducting the charge from the pump to the engine inlet, e.g. reservoirs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B75/021Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having six or more strokes per cycle

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению. Предложенный поршневой двигатель снабжен по меньшей мере одним на каждый рабочий цилиндр дополнительным клапаном, сообщающим рабочую полость цилиндра с полостью рубашки охлаждения и по меньшей мере одним клапаном, размещенным в этом канале, с возможностью впуска в первом такте рабочего цикла из рубашки охлаждения в цилиндр с наддувом непрерывно обмениваемого в ней охлаждающего тела и подачи в нее посредством насосного действия этого рабочего цилиндра во втором дополнительном такте под давлением порции воздуха, предварительно отобранной из атмосферы в первом дополнительном такте, без подачи топлива или с одновременной подачей его либо его части, при этом привод вращения распределительного устройства от коленчатого вала выполнен с передаточным отношением 2:(Т+2), где Т- исходная тактность двигателя, а рубашка охлаждения представляет собой одну или несколько замкнутых герметичных при повышенном давлении камер и предварительно заполнена в качестве охлаждающего тела воздухом или топливовоздушной смесью преимущественно под давлением. Каждый рабочий цилиндр снабжен инжектором. Рубашка охлаждения выполнена в виде одной или нескольких улиткообразных камер. Для безынерционного повышения давления наддува двигатель снабжен ресивером с возможностью аккумулирования в нем сжатого воздуха и перепуска его в рубашку охлаждения. Изобретение позволяет упростить конструкцию двигателя, повысить полный эффективный КПД, значительно уменьшить затраты на изготовление, обслуживание и эксплуатацию. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в силовых агрегатах автомобилей, тракторов и других транспортных средств, а также в стационарных силовых установках. Известны конструкции поршневых двухтактных и четырехтактных двигателей внутреннего сгорания с термодинамическим циклом Р.Дизеля (дизельные), например, двухтактный ЯАЗ 204 , четырехтактные: рядный Д 260Т , V-образный ЯМЗ 240Б [л. 1, с.322], а также с термодинамическим циклом Н.Отто (бензиновые: карбюраторные и с непосредственным впрыском топлива), например, Mersedes-Benz С 230 [л.9, с.9-12], с наддувом атмосферного воздуха в цилиндры и с жидкостным охлаждением двигателя, содержащие корпус, один или несколько рабочих цилиндров с поршнями, размещенных в корпусе или в блоке цилиндров, коленчатый вал, размещенный в корпусе и шарнирно связанный с поршнями при помощи шатунов с возможностью возвратно-поступательного насосного действия поршней в цилиндрах при вращении коленчатого вала, одну или несколько головок цилиндров с впускными каналами и впускными клапанами, размещенными в них, для подвода воздуха (в дизельном) или топливовоздушной смеси (в карбюраторном двигателе) в каждый цилиндр, а также с выпускными каналами и выпускными клапанами, размещенными в них, для отвода отработавших газов из цилиндров в атмосферу, одно или несколько распределительных устройств с управляющими элементами и с механизмами привода клапанов, например, кулачковых распределительных валов с профильными кулачками и с толкателями, штангами, коромыслами в совокупности с пружинами клапанов, размещенных в корпусе или в головках цилиндров, привод вращения распределительных устройств от коленчатого вала, выполненный в виде шестеренной или цепной передачи [л. 1, с. 126] , радиатор, размещенный преимущественно отдельно от корпуса, и рубашку охлаждения двигателя, выполненную в корпусе или в блоке и головках цилиндров с охватом цилиндров, образующие своими полостями общую замкнутую герметичную при повышенном давлении полость, заполненную охлаждающим телом, насос, размещенный в корпусе или в блоке цилиндров двигателя, с приводом вращения от коленчатого вала для обеспечения принудительной циркуляции охлаждающего тела в полости рубашки охлаждения и радиатора, вентилятор, установленный вблизи радиатора, преимущественно на корпусе, и приводимый во вращение от коленчатого вала для интенсивного отбора тепла от охлаждающего тела в радиаторе с рассеиванием его в атмосферу при помощи создаваемого воздушного потока, компрессор, размещенный, например, на корпусе, сообщенный при помощи воздушного тракта с впускными каналами для наддува воздуха в цилиндры и приводимый во вращение за счет отбора мощности от коленчатого вала двигателя или за счет использования остаточной энергии выхлопных газов в газовой турбине турбокомпрессора, а также теплообменное устройство для охлаждения наддуваемого в цилиндры воздуха, размещенное вблизи вентилятора либо снабженное дополнительным охлаждающим устройством [л.5, с. 165-170].
Рабочий цикл двухтактного двигателя включает в себя первый такт впуска в цилиндр с наддувом и сжатия в нем заряда воздуха или топливовоздушной смеси и второй такт с совмещенными с ходом поршня: горением, расширением рабочего тела и рабочим ходом, выпуском отработавших газов и продувкой цилиндра.
У четырехтактных двигателей рабочий цикл осуществляется таким образом: 1 такт впуска с наддувом в цилиндр атмосферного воздуха или топливовоздушной смеси; 2 - сжатие воздуха с подачей топлива и его самовоспламенением или сжатие топливовоздушной смеси и принудительное ее воспламенение; 3 - горение, расширение рабочего тела и рабочий ход; 4 - выпуск отработавших газов в атмосферу (с использованием их остаточной энергии для привода вращения турбокомпрессора наддува или с другим ее использованием, или без использования вообще) с продувкой цилиндра, заканчивающейся в первом такте.
Полный рабочий цикл при работе двухтактных двигателей реализуется за один, а четырехтактных - за два оборота коленчатого вала путем согласованного по углу его поворота открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов при помощи распределительных устройств с управляющими элементами, выполненными для этой цели с определенными формами профилей и с определенным взаимным расположением, а также при помощи механизмов привода клапанов, приводимых в совокупности в действие от коленчатого вала посредством привода вращения распределительных устройств, выполненного с передаточным отношением: 2 : Т, где Т - тактность двигателя.
Охлаждение двигателей осуществляется путем отбора циркулирующим в полости рубашки охлаждения охлаждающим телом тепла от стенок и головок цилиндров и последующей передачи и рассеивания тепла через радиатор в атмосферу. При этом регулирование режима охлаждения двигателя (для предупреждения его переохлаждения при запуске и на режимах частичной нагрузки) производится путем автоматического выключения вентилятора, а также путем переключения циркуляционного круга на малый при помощи термостата [л. 1, с. 151-165].
Наддув в карбюраторных двигателях осуществляется с подводом сжатого воздуха либо до -, либо после карбюратора [л. 1, с. 287; л.2, с.169,рис.85]. Регулирование давления наддува на различных режимах нагрузки и дизельных, и карбюраторных двигателей осуществляется при помощи устройств автоматического управления, например, путем направления потока выхлопных газов в обход соплового аппарата турбины турбокомпрессора [л. 1, с.289], а охлаждение наддуваемого воздуха (с целью повышения плотности заряда) производится путем пропускания его перед подачей в цилиндры через теплообменное устройство с рассеиванием тепловой энергии в атмосферу [л.5, с. 165- 170].
В качестве прототипа выбрана конструкция поршневого четырехтактного четырехцилиндрового рядного дизельного двигателя с турбонаддувом и с замкнутой системой жидкостного охлаждения СМД-17 КН / 18 КН [л.3 с.46, 47], устройство и работа которого наиболее полно соответствуют описанным выше аналогам.
К недостаткам данной конструкции относится недостаточно высокий показатель топливной экономичности, а также повышенное содержание вредных токсичных веществ в отработавших выхлопных газах из-за несовершенства рабочего цикла (неполного сгорания топлива, высокой степени остаточных газов в цилиндрах и невысокого термического КПД двигателя), вызванного, в общем случае, недостатком предоставляемых условий и времени в рабочем цикле для тонкого испарения топлива и более тщательного перемешивания компонентов топливовоздушной смеси в совокупности с недостатком предоставляемого времени и хода поршня в рабочем цикле для более полного использования работы расширяющегося рабочего тела и для более полной очистки цилиндров от отработавших газов, а также из-за существенной потери тепла через охлаждающее тело в окружающую среду и с выхлопными газами - также в окружающую среду, составляющие в сумме 53% от произведенного при сгорании топлива [л.2, с. 147, таб.9].
Использование в конструкции двигателя турбокомпрессора с автоматическим регулированием давления наддува воздуха в цилиндры на различных режимах его работы существенно улучшает показатели двигателя по топливной экономичности и по уровню вредных выбросов в атмосферу в сравнении с безнаддувными двигателями, но только за счет усложнения его конструкции и без существенного повышения термического и индикаторного КПД из-за остающихся неизменными потерь тепла в систему охлаждения (23%) [л.2, с. 147, таб.9] и приобретаемых насосных потерь в турбокомпрессоре. При этом сама необходимость в использовании энергии отработавших газов возникает из-за недостаточно полного использования энергии расширяющегося рабочего тела при каждом рабочем ходе поршней в цилиндрах двигателя.
Существенным недостатком такого двигателя является также и повышенная сложность конструкции, вызванная нерациональным использованием насосных возможностей собственных рабочих цилиндров и наличием из-за этого таких дополнительных насосных агрегатов, как насос и вентилятор системы охлаждения, как турбина и компрессор наддува, с их насосными потерями и механическими потерями в их приводах, снижающими полный эффективный КПД на 5-10% [л.2, с. 183] . Наличие перечисленных дополнительных насосных агрегатов с их приводами, а также наличие радиатора системы охлаждения, теплообменника, а в некоторых случаях и компрессорной установки для приготовления и аккумулирования запаса сжатого воздуха, питающего бортовые пневмосистемы транспортных средств (например, для привода тормозов, в пневмогидроусилителях различных исполнительных механизмов или в салонных кондиционерах автомобилей), существенно удорожает конструкцию двигателя, увеличивает его вес, габариты и эксплуатационные расходы, снижает его надежность.
Для вывода двигателя после его пуска на режим рабочих температур в холодное время года требуются существенные затраты топливной энергии и длительное (порядка десяти минут) время его работы вхолостую из-за необходимости прогревания кроме деталей двигателя и его смазочных материалов также и охлаждающего тела. Нестабильный температурный режим двигателя приводит к снижению его долговечности из-за ускоренного износа деталей при длительной работе в условиях отличных от расчетных по величинам зазоров в парах трения и по обеспечению смазкой трущихся поверхностей.
Цель настоящего изобретения - повышение эффективных показателей поршневого двигателя внутреннего сгорания: повышение топливной экономичности, снижение уровня вредных выбросов в атмосферу, а также упрощение его конструкции и снижение на этой основе его габаритов, снижение затрат на изготовление и эксплуатацию, повышение надежности и долговечности в работе, облегчение обслуживания двигателя, в том числе облегчение пуска в холодное время, путем совершенствования его рабочего и термодинамического циклов (более тщательного приготовления смеси, улучшения продувки и наполнения цилиндров, более полного использования энергии расширяющегося рабочего тела при каждом рабочем ходе и уменьшения потерь тепла с охлаждающим телом), а также путем использования насосных возможностей рабочих цилиндров для выполнения ими вспомогательных работ по наддуву, прогреву и охлаждению двигателя, по приготовлению и аккумулированию сжатого воздуха в двух дополнительных тактах.
Цель достигается посредством снабжения двигателя по меньшей мере одним дополнительным на каждый рабочий цилиндр каналом, выполненным, например, в головке цилиндра и сообщающим полость этого цилиндра с полостью рубашки охлаждения и по меньшей мере одним дополнительным клапаном, размещенным, например, в головке цилиндра с возможностью перекрытия этого канала и связанным с распределительным устройством, с возможностью впуска в первом такте рабочего цикла из рубашки охлаждения с наддувом в цилиндр непрерывно обмениваемого в ней в процессе работы двигателя охлаждающего тела и нагнетания в нее во втором дополнительном такте из цилиндра под давлением взятой из атмосферы в первом дополнительном такте порции воздуха без подачи топлива или с одновременной подачей его либо его части (в зависимости от способа приготовления смеси и способа воспламенения), для чего распределительное устройство снабжено по меньшей мере одним дополнительным управляющим элементом и одним дополнительным механизмом привода клапана, при этом механизм привода вращения распределительных устройств от коленчатого вала выполнен с передаточным отношением: 2: (Т+2), где Т - исходная тактность двигателя, а рубашка охлаждения двигателя представляет собой одну или несколько замкнутых кольцевых герметичных при повышенном давлении камер, выполненных в корпусе или в блоке цилиндров с охватом цилиндров, и предварительно заполнена в качестве охлаждающего тела воздухом или топливовоздушной смесью преимущественно под повышенным давлением.
Для повышения эффективности наддува двигатель оснащен по меньшей мере одним на каждый цилиндр инжектором, включающим в себя входное устройство, тракт активного газа с соплами, камеру смешения и выходной диффузор, подключенным последовательно впускному каналу и сообщенным своим трактом активного газа через дополнительный канал с рубашкой охлаждения с возможностью инжектирования атмосферного воздуха, поступающего по впускному каналу, в рабочую полость цилиндра с повышением его температуры, скорости и давления за счет энергии потока сжатого и подогретого охлаждающего тела, движущегося из рубашки охлаждения и истекающего через сопла в камеру смешения в первом такте рабочего цикла при открытых впускном и дополнительном клапанах.
Для организации упорядоченного движения потока взятого в качестве охлаждающего тела и непрерывно обмениваемого в рубашке охлаждения сжатого воздуха или сжатой топливовоздушной смеси, внутренние поверхности рубашки охлаждения и дополнительных каналов, соединяющих полости цилиндров с полостью рубашки охлаждения, выполнены с совместной улиткообразной конфигурацией, обеспечивающей направленное движение охлаждающего тела при поступлении его в рубашку охлаждения тангенциально наружным поверхностям цилиндров с принудительным обдувом термически наиболее нагруженных участков поверхностей, смежных с их рабочими полостями и выпускными каналами.
При этом объем полости рубашки охлаждения соотносится по величине с полным рабочим объемом цилиндров двигателя условием достижения необходимого давления наддува в режиме номинальной нагрузки двигателя и номинальных его оборотов.
Для обеспечения дополнительной массой воздуха, необходимой для сжигания дополнительного количества топлива в случаях резкого увеличения нагрузки на двигатель и предупреждения при этом неполного сгорания топлива с дымлением и выбросом в атмосферу вредных окислов, а также для облегчения пуска и для обеспечения возможности дополнительного регулирования режима охлаждения двигателя последний оснащен ресивером, подключенным параллельно рубашке охлаждения и включающим в себя герметичную при повышенном давлении емкость, напорный тракт с размещенным в нем напорным, например пневмоуправляемым автоматическим перепускным клапаном, сообщающий рабочие полости цилиндров с полостью ресивера, а также расходный тракт с размещенным в нем расходным, например, пневмо-управляемым автоматическим перепускным клапаном, сообщающий полость ресивера с полостью рубашки охлаждения, с возможностью подачи сжатого воздуха из рабочих цилиндров в ресивер после предварительного наполнения рубашки охлаждения, аккумулирования его запаса в нем и перепуска его из ресивера в рубашку охлаждения с увеличением давления наддува по командам, подаваемым на соответствующие клапаны, и при наличии определенных перепадов давлений в соответствующих полостях.
На фиг. 1 и фиг. 2 приведена соответственно в разрезе и в плане примерная конструктивная схема предлагаемого поршневого четырехцилиндрового рядного шеститактного (4+2) двигателя внутреннего сгорания. На фиг. 3 приведена примерная конструктивная схема инжектора наддува. На фиг. 4 приведена примерная пневматическая схема с направлениями движения рабочего и охлаждающего тел. На фиг. 3 показано взаимное расположение шатунных шеек коленчатого вала для примерного порядка работы цилиндров: 1-4-3-2.
Двигатель состоит из корпуса 1 с гильзовыми цилиндрами 2, поршней 3, коленчатого вала 4, шатунов 5, головки цилиндров 6 с впускными 7 и выпускными 8 каналами, впускных 9 и выпускных 10 клапанов, двух кулачковых распределительных валов 11 и 12, механизмов привода клапанов с толкателями 13, штангами 14, коромыслами 15 и клапанными пружинами 16, зубчатых колес привода вращения распределительных валов 17, связанных с шестерней 18 коленчатого вала с передаточным отношением: 2: (4+2), общей для всех цилиндров замкнутой герметичной при повышенном давлении рубашки охлаждения 19, охватывающей гильзы цилиндров, наполненной, в зависимости от способов смесеобразования и воспламенения, воздухом или топливовоздушной смесью преимущественно под повышенным давлением и сообщенной с рабочими полостями 20 цилиндров 2 посредством дополнительных каналов охлаждения 21 и дополнительных каналов наддува 22 с размещенными в них, соответственно, дополнительными клапанами 23 и 24, связанными при помощи механизмов привода клапанов с распределительным валом 11, инжекторов наддува 25 с трактами активного газа 26, камерами смешения 27 и диффузорами 28, подключенных своими входными устройствами 29 последовательно впускным каналам 7 и сообщенных своими трактами активного газа с рубашкой охлаждения, а также ресивера 30 с напорным 31 и расходным 32 трактами и с размещенными в них управляемыми автоматическими перепускными клапанами: напорным 33 и расходным 34, подключенного параллельно рубашке охлаждения.
Двигатель работает следующим образом.
В первом такте рабочего цикла, при ходе поршня 3 от ВМТ вниз и при открытых впускном 9 и дополнительном 24 клапанах, производится наполнение цилиндра зарядом воздуха из атмосферы по впускному каналу 7 и зарядом охлаждающего тела (воздуха или топливовоздушной смеси) из рубашки охлаждения по каналу наддува 22, сообщающимся в камере смешения 27 инжектора 25. При этом сжатое и подогретое охлаждающее тело, совершая в инжекторе работу расширения, отдает часть своей энергии атмосферному воздуху, повышая его давление и скорость его потока, а также обмениваясь с ним теплом, чем способствует поддержанию стабильной температуры и плотности суммарного заряда и, соответственно, полноценному наполнению цилиндра. В диффузоре 28 инжектора происходит торможение потока суммарного заряда также с некоторым повышением его давления.
Во втором такте, при закрытых клапанах, движением поршня от НМТ вверх производится сжатие воздуха или топливовоздушной смеси в рабочей полости цилиндра с подачей в конце хода распыленного топлива в цилиндр и его самовоспламенением (в дизельном) или подачей основной порции топлива и принудительным воспламенением смеси (в карбюраторном двигателе), как и у аналогов.
В третьем такте, при закрытых клапанах, происходит горение топлива с расширением рабочего тела и совершением поршнем рабочего хода вниз. При этом, путем увеличения хода поршня в отношении к его диаметру (S/D)c более глубоким расширением рабочего тела, а также более поздним, по сравнению с аналогами, открытием выпускного клапана, достигается более полное использование энергии расширяющегося рабочего тела, более существенное снижение его температуры и давления на выходе из цилиндра и соответствующее уменьшение потерь энергии с выхлопными газами в атмосферу.
В начале четвертого такта, при прохождении поршнем НМТ, производится открытие выпускного клапана 10 и отработавшие газы ходом поршня вверх вытесняются из цилиндра в выпускной канал 8, при этом для преодоления сопротивления выпуску, как и у аналогов, используется импульс их остаточного давления.
В первом дополнительном такте, при ходе поршня от ВМТ вниз, производится вначале продувка цилиндра с некоторым перекрытием срабатывания выпускного и впускного клапанов в начале такта, а затем всасывание в цилиндр атмосферного воздуха через впускной канал 7 при открытом только впускном клапане 9, как и у аналогов в первом такте, или же всасывание без продувки, либо с менее продолжительной продувкой для выполнения в последующих тактах рециркуляции продуктов неполного сгорания. Впуск новой порции охлаждающего тела из атмосферы сопровождается первичным охлаждением цилиндра с обдувом его внутренней поверхности атмосферным воздухом. В этом такте может также производиться, например, предварительное приготовление топливовоздушной смеси.
Во втором дополнительном такте, при открытом дополнительном клапане 23, ходом поршня вверх производится нагнетание воздуха через дополнительный канал 21 в рубашку охлаждения с некоторым повышением его давления или, например, нагнетание воздуха с повышением его давления и с одновременной подачей некоторой порции топлива для заблаговременного образования более гомогенизированной топливовоздушной смеси, либо с продолжением гомогенизации смеси, образованной в предыдущем такте. При этом, с одной стороны, предоставляется возможность более тщательной подготовки смеси и более рациональной продувки цилиндра с направлением непрореагировавших остатков топлива и газов с неполным окислением углерода и азота в рубашку охлаждения для последующего их более полного использования при повторном сжигании и, соответственно, меньшим количеством экологически вредных выбросов в атмосферу, с другой стороны, производится дальнейшее охлаждение стенок цилиндра и его головки с направлением потока охлаждающего тела по касательной к его наружной поверхности и с принудительным обдувом свежей порцией охлаждающего тела участков поверхностей наиболее термически нагруженных деталей двигателя.
Полный рабочий цикл в цилиндре двигателя осуществляется за три оборота коленчатого вала (1080o). При этом примерная последовательность работы цилиндров четырехцилиндрового двигателя со взаимным расположением шатунных шеек коленчатого вала согласно приведенной на фиг. 5 конструктивной схеме производится по формуле: 1-4-3-2. Чередование рабочих ходов в двигателе происходит равномерно, через каждые 270o угла поворота коленчатого вала, чем облегчается его уравновешивание [л. 8, с.266].
При исполнении двигателя с одним на каждый цилиндр дополнительным каналом и одним дополнительным клапаном, перекрывающим его, наддув и охлаждение производятся разнонаправленным движением потока воздуха или топливовоздушной смеси в этом канале: в одном направлении - на охлаждение двигателя, с открытием дополнительного клапана в шестом такте и в противоположном направлении - на наполнение цилиндра новым зарядом, с закрытием этого клапана в конце первого такта, одновременно с закрытием впускного клапана или несколько раньше его закрытия, для предупреждения этим обратного движения воздуха во впускном канале. Таким образом охлаждение и наддув в каждом цикле осуществляются при одном открытии дополнительного клапана, а преодолению застоя охлаждающего тела от силы инерции его массы при быстром его возврате из рубашки охлаждения способствует вихреобразная организация движения его потока и его сила упругости, позволяющие возвратить затраченную на сжатие энергию с минимальными потерями на повышение температуры, частично возвращаемыми в последующем, в виде работы расширения в инжекторе.
При выполнении двигателя с двумя дополнительными каналами: каналом охлаждения и каналом наддува без инжектора, в первом такте рабочего цикла воздух из атмосферы в цилиндр поступает по впускному каналу 7, а охлаждающее тело из рубашки охлаждения по каналу наддува 22. При этом, для предотвращения обратного движения атмосферного воздуха во впускном канале, открытие дополнительного клапана 24 по отношению к впускному клапану 9 производится с некоторым запаздыванием, а закрытие - с некоторым опережением.
При пуске двигателя с отсутствием повышенного давления в рубашке охлаждения вначале, по команде на расходный клапан 34, производится ее наполнение сжатым воздухом из параллельно подключенного ресивера 30, а при отсутствии повышенного давления также и в ресивере пуск и начало работы двигателя осуществляются в безнаддувном режиме. При этом за счет избытка подаваемого в рубашку охлаждения воздуха или топливовоздушной смеси во втором дополнительном такте над расходом из нее на наполнение цилиндра в первом такте (например, при малой нагрузке двигателя, а также ввиду одновременного наполнения цилиндра также и воздухом из атмосферы) в ней происходит наращивание давления. Наполнение же ресивера сжатым воздухом (без образования топливовоздушной смеси) осуществляется через напорный тракт 31 после достижения необходимого для данного режима нагрузки давления охлаждающего тела в рубашке охлаждения, по команде на напорный клапан 33.
Аккумулирование сжатого воздуха в ресивере позволяет, с одной стороны, предупредить застой охлаждающего тела в рубашке охлаждения и, соответственно, опасность перегрева двигателя в режиме частичной нагрузки, с другой стороны, - создать запас сжатого воздуха для использования его при пуске двигателя и в случаях резкого увеличения нагрузки на двигатель путем его перепуска из ресивера через расходный тракт 32 в рубашку охлаждения по команде на расходный клапан 34 с повышением при этом давления наддува и достижением безынерционного снабжения сжигаемой дополнительной массы топлива дополнительной массой воздуха, с быстрым набором мощности и с предупреждением неполного сгорания топлива, а также, например, для поддержания необходимого давления в бортовой пневматической сети.
Ввиду того, что рабочий ход в цилиндре повторяется через 1080o поворота коленчатого вала, а охлаждение производится на протяжении трех из шести тактов, температурный режим двигателя менее напряжен, чем у аналогов. Таким образом облегчается возможность стабилизации температуры двигателя на разных режимах его работы, становится возможным осуществление его охлаждения без отвода избыточной теплоты в атмосферу. А с учетом того, что охлаждающее тело находится в рубашке охлаждения в состоянии повышенного давления (повышенной плотности и теплоемкости) и непрерывно обновляется подобно тому, как это производится в двигателях с проточными системами охлаждения, становится возможным использование менее теплоемкого охлаждающего тела, устраняется необходимость его охлаждения до первоначальной температуры, как при круговой циркуляции у аналогов.
При том, что охлаждение двигателя производится подогретым от сжатия воздухом, а на наддув поступает подогретое также и в рубашке охлаждения тело, облегчается пуск холодного двигателя и быстрый вывод его на режим рабочих температур, улучшаются условия горения топлива. Некоторое же снижение плотности заряда от нагрева и связанное с ним возможное ухудшение наполнения цилиндров компенсирует повышенное давление наддува, легко реализуемое при работе цилиндров двигателя в сравнении с достигаемым в лопастных компрессорах, а также снижение температуры заряда, достигаемое в результате эндотермических процессов парообразования при заблаговременном испарении топлива (или, например, топлива с водой) и начала возгорания топлива, например, по форкамерному типу, реализуемых в рубашке охлаждения. Кроме того, применение в конструкции двигателя для наддува атмосферного воздуха в цилиндры струйного насоса, работающего по способу инжекции за счет энергии предварительно сжатого и подогретого охлаждающего тела, позволяет обратить избыточную тепловую энергию последнего в кинетическую энергию потока атмосферного воздуха во впускном канале и на повышение его давления, а также на теплообмен с ним и этим поддерживать приемлемую и стабильную температуру и плотность заряда на различных режимах его нагрузки и на различных оборотах без снижения эффективности наполнения цилиндров двигателя в сравнении с аналогами.
Автоматическое увеличение интенсивности охлаждения с ростом оборотов двигателя за счет пропускания через цилиндры и рубашку охлаждения в единицу времени большей массы охлаждающего тела, в том числе и за счет повышения давления наддува, ограничивает нагрев двигателя в верхнем диапазоне его рабочих температур при увеличении нагрузки и соответствующем сжигании большего количества топлива (обогащении смеси), что также способствует поддержанию стабильной рабочей температуры двигателя.
За счет выполнения конструкции двигателя с использованием двух дополнительных тактов для полной вентиляции цилиндров, для охлаждения и наддува двигателя, а также за счет использования при этом в качестве охлаждающего тела постоянно обмениваемого и подогреваемого при сжатии и пропускании через рубашку охлаждения предназначенного для горения в цилиндрах заряда воздуха или топливовоздушной смеси, устраняются потери тепла через охлаждающее тело в атмосферу, улучшаются условия приготовления топливовоздушной смеси (в том числе и вне рабочей полости цилиндров) улучшаются условия сгорания топлива и рециркуляции отработавших газов, уменьшается выброс вредных веществ в атмосферу, повышается термический КПД двигателя и уменьшается расход топлива по сравнению с аналогами.
Таким образом, за счет того, что тепло, отведенное в охлаждающее тело, используется в дальнейшем на повышение энергии рабочего тела, а не отводится в атмосферу, как у аналогов, рабочий цикл предлагаемой конструкции двигателя по условиям теплообмена приближен к идеальному рабочему циклу адиабатного двигателя [л.2, с. 150], у которого в процессе расширения рабочего тела полностью отсутствует теплообмен с внешней средой.
Возможность использования сжатого воздуха, производимого в результате насосного действия рабочих цилиндров в двух дополнительных тактах, для наддува, вентиляции и охлаждения двигателя, а также для его резервирования в ресивере, позволяет отказаться от применения дублирующих насосных агрегатов с их приводами, повысить за счет этого механический КПД двигателя, освободить носок коленчатого вала для отбора (при необходимости) мощности, существенно снизить затраты на изготовление, обслуживание и эксплуатацию силовой установки.
Относительную, по сравнению с аналогами, потерю литровой мощности из-за выполнения двигателя с увеличенным на два такта рабочим циклом частично компенсирует сокращение нерациональных потерь и соответствующее повышение полного эффективного КПД двигателя, а в остальной части ее может компенсировать некоторое увеличение давления наддува воздуха или топливовоздушной смеси, легко осуществимое в предлагаемой конструкции двигателя и существенно повышающее его мощность [л. 1, с. 287].
Литература
1. Райков И. Я. Конструкции автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа, 1986.
2. Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль (перевод с чешского). М.: Машиностроение, 1987.
3. Тракторные дизели. Справочник . Под ред. Б.А.Взорова. М.: Машиностроение, 1981.
4. Коваль, Шеховцов и др. Двигатели внутреннего сгорания. Вып. N 50. Харьков: Высшая школа, 1989, с.10.
5. Ханин Э.В. Автомобильные двигатели с турбонаддувом М.: Машиностроение, 1991.
6. Повышение эффективности автотракторных двигателей. Сборник научных трудов МАДИ, 1988, с.127.
7. Ененков В.Г. и др. Авиационные эжекторные усилители тяги. М.: Машиностроение, 1980.
8. Богданов. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1987.
9. Журнал Автомобильная промышленность США, 1996, N 2, с.9-12.
10. Журнал Автомобильная промышленность, 1997, N 10, с.10-11.
11. А. с. СССР N 756058, F 02 В 29/04 (продувка парами воды), опубл. в 1980.
12. А.с. СССР N 889878, F 02 В 29/00 (две с ресивером), опубл. в 1981.
13. А. с. СССР N 510584, F 02 В 1/06 (эжектор газов и воздуха), опубл. 15.06.76.
14. А. с. СССР N 691587, F 02 В 17/00 (рециркуляция газов), опубл. 25.10.79.
15. А. с. СССР N 705133, F 02 В 21/00 (подвод сжатого воздуха от постороннего источника), опубл. 17.12.82.
16. А.с. СССР N 866250, F 02 В 33/02 (инжектирование в ресивер), опубл. 28.09.81.
17. А. с. SU N 1023121, F 02 В 33/22 (охлаждение перепускамой смеси), опубл. 11.08.83.
18. Заявка ФРГ N OS 3017095, F 02 В 75/02 (шеститактный две), опубл. 5.11.81, N 45.

Claims (5)

1. Поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, один или несколько рабочих цилиндров с поршнями, размещенных в корпусе или в блоке цилиндров, связанном с корпусом, коленчатый вал, размещенный в корпусе и шарнирно связанный с поршнями посредством шатунов с возможностью возвратно-поступательного насосного действия поршней в цилиндрах при его вращении, одну или несколько головок цилиндров с впускными каналами для подвода атмосферного воздуха или топливовоздушной смеси в каждый цилиндр и выпускными каналами для выпуска отработавших газов из цилиндров, впускные и выпускные клапаны, размещенные, например, в головках цилиндров с перекрытием соответствующих каналов, одно или несколько распределительных устройств, например распределительных валов с управляющими элементами в виде профильных кулачков и с механизмами привода клапанов, например, в виде толкателей со штангами, коромыслами и клапанными пружинами, размещенных, например, в корпусе или в головках цилиндров и связанных с коленчатым валом при помощи привода вращения, представляющего собой, например, шестеренную или цепную передачу, с возможностью открытия и закрытия клапанов в соответствии с углом поворота коленчатого вала и обеспечения этим впуска в первом такте рабочего цикла атмосферного воздуха или топливовоздушной смеси в цилиндры, герметизация рабочих полостей цилиндров при сжатии и рабочем ходе и выпуска из цилиндров отработавших газов после окончания горения и выполнения газами работы расширения, а также замкнутую герметичную при повышенном по сравнению с атмосферным давлении рубашку охлаждения двигателя, выполненную в корпусе или в блоке и в головках цилиндров с охватом цилиндров и заполненную охлаждающим телом, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним на каждый рабочий цилиндр дополнительным каналом, выполненным, например, в головке этого цилиндра и сообщающим рабочую полость цилиндра с полостью рубашки охлаждения, и по меньшей мере одним дополнительным клапаном, размещенным, например, в головке цилиндра, перекрывающим этот канал и связанным с распределительным устройством, с возможностью впуска в первом такте рабочего цикла из рубашки охлаждения в цилиндр с наддувом непрерывно обмениваемого в ней в процессе работы двигателя охлаждающего тела и подачи в нее под давлением посредством насосного действия этого рабочего цилиндра во втором дополнительном такте, предварительно отобранной из атмосферы в первом дополнительном такте порции воздуха, без подачи топлива или с одновременной подачей его либо его части, для чего последнее снабжено по меньшей мере одним дополнительным управляющим элементом и одним дополнительным механизмом привода этого клапана, при этом привод вращения распределительных устройств от коленчатого вала выполнен с передаточным отношением 2 : (Т + 2), где Т - исходная тактность двигателя, а рубашка охлаждения представляет собой одну или несколько замкнутых кольцевых герметичных при повышенном давлении камер, выполненных в корпусе или в блоке цилиндров с охватом цилиндров, и предварительно заполнена в качестве охлаждающего тела воздухом или топливовоздушной смесью преимущественно под повышенным давлением.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним на каждый рабочий цилиндр инжектором, включающим в себя входное устройство, тракт активного газа с соплами, камеру смешения и выходной диффузор, подключенным последовательно впускному каналу и сообщенным своим трактом активного газа через дополнительный канал с рубашкой охлаждения, с возможностью наддува атмосферного воздуха, поступающего по впускному каналу в этот цилиндр, с повышением его давления, скорости его потока и с его подогревом за счет энергии сжатого и подогретого охлаждающего тела, движущегося из рубашки охлаждения по дополнительному каналу и истекающего через сопла в камеру смешения в первом такте рабочего цикла при открытых впускном и дополнительном клапанах.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что его рубашка охлаждения выполнена с конфигурацией, обеспечивающей тангенциальное относительно наружной поверхности рабочих цилиндров направление движения поступающего при нагнетании в нее охлаждающего тела с принудительным обдувом термически наиболее нагруженных участков поверхностей цилиндров и их головок, смежных с поверхностями рабочих полостей цилиндров и выпускных каналов, и представляет совместно с конфигурацией дополнительных каналов одну или несколько замкнутых герметичных при повышенном давлении улиткообразных полостей.
4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что величина объема полости его рубашки охлаждения определяется по отношению к величине его полного рабочего объема из условия достижения необходимого давления наддува в режиме номинальной нагрузки на двигатель и номинальных его оборотов.
5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен ресивером для сжатого воздуха, подключенным параллельно рубашке охлаждения и включающим в себя герметичную при повышенном давлении емкость, напорный тракт, сообщающий рабочие полости цилиндров с полостью ресивера, и расходный тракт, сообщающий полость ресивера с полостью рубашки охлаждения, с размещенными в них соответственно напорным и расходным, например, пневмоуправляемыми автоматическими перепускными, клапанами, с возможностью подачи сжатого воздуха из рабочих цилиндров в ресивер после предварительного заполнения рубашки охлаждения и аккумулирования его запаса в нем по управляющей команде на напорный управляемый автоматический перепускной клапан, а также с возможностью дополнительного регулирования давления охлаждения тела в рубашке охлаждения и соответственно давления наддува путем перепуска в нее сжатого воздуха из ресивера при пуске двигателя и при резком увеличении на него нагрузки по управляющим командам, подаваемым на расходный управляемый автоматический перепускной клапан, и при условии наличия определенных перепадов давлений в соответствующих полостях.
RU98104311A 1998-03-10 1998-03-10 Поршневой двигатель внутреннего сгорания найда RU2132954C1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98104311A RU2132954C1 (ru) 1998-03-10 1998-03-10 Поршневой двигатель внутреннего сгорания найда
EP99913782A EP0985809A4 (en) 1998-03-10 1999-03-01 "NAIDA" INTERNAL COMBUSTION AND PISTON ENGINE
JP11545694A JP2000516686A (ja) 1998-03-10 1999-03-01 ピストン型内燃機関naida
PCT/RU1999/000070 WO1999046490A2 (fr) 1998-03-10 1999-03-01 Moteur a combustion interne et a pistons ?naida?

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98104311A RU2132954C1 (ru) 1998-03-10 1998-03-10 Поршневой двигатель внутреннего сгорания найда

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2132954C1 true RU2132954C1 (ru) 1999-07-10

Family

ID=20203152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98104311A RU2132954C1 (ru) 1998-03-10 1998-03-10 Поршневой двигатель внутреннего сгорания найда

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0985809A4 (ru)
JP (1) JP2000516686A (ru)
RU (1) RU2132954C1 (ru)
WO (1) WO1999046490A2 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663314C1 (ru) * 2017-03-21 2018-08-03 Игорь Иванович Линич Двигатель внутреннего сгорания
RU190215U1 (ru) * 2018-09-19 2019-06-24 Публичное акционерное общество "Автодизель" (Ярославский моторный завод) Тракторный дизельный двигатель
CN112282957A (zh) * 2020-11-11 2021-01-29 西华大学 一种二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统与方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2850705B1 (fr) * 2004-01-30 2006-08-04 Pierre Albert David Un moteur thermique a 2 ou 4 temps fonctionnant avec une distribution "mecano-fluide" a 3 circuits distincts et successifs
US10116078B1 (en) 2017-08-01 2018-10-30 Delphi Technologies, Inc. High current compression blade connection system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB145533A (en) * 1914-01-14 1921-05-12 Friedrich Kuers Improvements in a process for cooling internal combustion engines by air
DE605412C (de) * 1933-02-05 1934-11-15 Henschel & Sohn A G Kuehleinrichtung fuer Zwei- oder Viertaktbrennkraftmaschinen, vornehmlich von Fahrzeugen
DE3302604A1 (de) * 1983-01-27 1983-09-22 Plottek, Horst, 4358 Haltern Brennkraftmaschine mit sechs takten
DE3324137A1 (de) * 1983-07-05 1985-07-18 Emil 7500 Karlsruhe Kovacs Sechstaktmotor
DE3406732A1 (de) * 1984-02-24 1985-08-29 Reinhard 3501 Ahnatal Bennedik Arbeitsverfahren fuer hubkolbenverbrennungskraftmaschinen mit innerer verbrennung und verbrennungskraftmaschine dafuer
JPH0196430A (ja) * 1987-10-07 1989-04-14 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の燃料供給方法及び燃料供給装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Тракторные дизели. Справочник под ред. Взорова Б.А., - М.: Машиностроение, 1981. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663314C1 (ru) * 2017-03-21 2018-08-03 Игорь Иванович Линич Двигатель внутреннего сгорания
RU190215U1 (ru) * 2018-09-19 2019-06-24 Публичное акционерное общество "Автодизель" (Ярославский моторный завод) Тракторный дизельный двигатель
CN112282957A (zh) * 2020-11-11 2021-01-29 西华大学 一种二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统与方法
CN112282957B (zh) * 2020-11-11 2022-08-19 西华大学 一种二冲程航空活塞发动机性能优化的热管理系统与方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO1999046490A3 (fr) 1999-11-25
WO1999046490A9 (fr) 2000-03-02
WO1999046490B1 (fr) 1999-12-29
WO1999046490A2 (fr) 1999-09-16
EP0985809A4 (en) 2004-06-23
EP0985809A2 (en) 2000-03-15
JP2000516686A (ja) 2000-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8371256B2 (en) Internal combustion engine utilizing dual compression and dual expansion processes
US4969329A (en) Two cycle engine with exhaust emission control
CN105971776B (zh) 具有排气再循环的发动机
US20050115547A1 (en) Internal combustion engine and working cycle
US20080201058A1 (en) Internal combustion engine and working cycle
EP1179676A1 (en) In-cylinder injection engine
CN101779016A (zh) 内燃机操作方法以及内燃机
US5261238A (en) Internal combustion steam engine
US20120285415A1 (en) Internal combustion engine with direct air injection
CN102877931A (zh) 涡轮增压发动机
US8505504B2 (en) Two-stroke engine and related methods
US7703422B2 (en) Internal combustion engine
US20160025002A1 (en) Improved opposed piston engine
RU2132954C1 (ru) Поршневой двигатель внутреннего сгорания найда
CA2581826C (en) Engine with charge air-cooling system with water fumigation
US4599863A (en) Compound internal combustion and external combustion engine
US6796127B2 (en) One cycle internal combustion engine
GB2450616A (en) Internal combustion engine and method of operation
US3970057A (en) Internal combustion engine
US20180149079A1 (en) Spark-ignition engine with subsequent cylinders
WO1984004779A1 (en) Internal combustion engine
JPH09250429A (ja) 燃料噴射供給式エンジン
Sahu et al. A Critical Review on the Concept of Effect on Scavenging and Fuel Injection Timing on Two Stroke Engine
SI8910580A (sl) Motor z notranjim, od delovnega valja ločenim zgorevanjem in z zunanjim komprimiranjem

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080311

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20100420

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120311