RU2300650C1 - Дизельный двигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к дизелям. Изобретение позволяет обеспечить повышение КПД дизеля, равномерность вращения и нагрузки на коленчатый вал, уменьшение выброса не сгоревшего топлива. Дизельный двигатель содержит блок цилиндров, цилиндровые крышки, привернутые болтами к блоку цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, насос высокого давления, механизм привода вспомогательных агрегатов, системы смазки, питания, охлаждения и запуска. В двигателе применены цилиндры двустороннего действия. Каждый цилиндр с одной стороны в верхней и нижней частях имеет выпускные патрубки, которые через клапаны газораспределительного механизма соединены с выпускным коллектором и через вытяжной вентилятор с атмосферой. С другой стороны в верхней и нижней частях каждого цилиндра двустороннего действия выполнены впускные патрубки. Внутрь цилиндров двустороннего действия вставлены поршни с элементами уплотнения, которые посредством штока и соединенного с ним шатуна связаны с коленчатым валом. Отделенные от цилиндров двустороннего действия камеры сгорания, по две на каждый цилиндр двустороннего действия, одинаковы по конструкции и выполнены в форме пустотелого сосуда, рассчитанного на высокое давление. Каждая камера сгорания имеет рубашку охлаждения, впускной и выпускной патрубки, причем выпускной патрубок одной камеры сгорания соединен через клапан газораспределительного механизма с верхним впускным патрубком цилиндра двустороннего действия. Выпускной патрубок другой камеры сгорания соединен с нижним впускным патрубком этого же цилиндра двустороннего действия. Каждая камера сгорания имеет форсунку, которая посредством трубопровода соединена с насосом высокого давления, который кинематически связан с коленчатым валом, свечу зажигания, представляющую собой спираль, намотанную на изоляционное основание и нагреваемую электрическим током, и впускной продувочный клапан, который через воздушный фильтр связан с атмосферой. Баллон-ресивер имеет впускной и выпускные патрубки, причем последние соединены через клапаны газораспределительного механизма с впускными патрубками каждой камеры сгорания. Многоцилиндровый компрессор, вал которого посредством муфты соединен с валом электродвигателя, питаемого электрическим током аккумуляторных батарей или генератора постоянного тока, пневматически соединен с впускным патрубком баллона-ресивера. Впускной патрубок упомянутого компрессора связан через воздушный фильтр с атмосферой. 11 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве теплового двигателя.

Известен бензиновый двигатель, содержащий блок цилиндров, головку цилиндров, болтами привернутую к блоку цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, кинематически связанный с коленчатым валом, системы смазки, питания, зажигания, охлаждения и запуска.

/В.М.Кленников, Н.М.Ильин, Ю.В.Буралев, Автомобиль категории ″В″, учебник водителя, М., Транспорт, 1981, с.9-58/.

Недостатками известного бензинового двигателя являются низкий КПД, неравномерность вращения коленчатого вала и крутящего момента на нем.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя и неравновесным процессом, протекающим в нем.

Известен также двухтактный дизельный двигатель 37 Д, содержащий блок цилиндров, цилиндровые крышки, привернутые болтами к блоку цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, поршневой механизм газораспределения, насос высокого давления, воздушный нагнетатель, системы смазки, питания, охлаждения, воздухоподготовки и запуска.

/С.Н.Прасолов, М.Б.Анитин, Устройство подводных лодок, Ордена Трудового Красного Знамени военное издательство Министерства обороны СССР, М., 1973, с.234-242/.

Известный двухтактный дизельный двигатель 37 Д как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату принят за прототип.

Недостатки известного двухтактного дизельного двигателя 37Д, принятого за прототип, те же.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя, неравновесными процессами, протекающими в цилиндрах, неполным сгоранием топлива в цилиндрах.

Целью настоящего изобретения является повышение КПД, обеспечение равномерности вращения и нагрузки на коленчатый вал, уменьшение выброса не сгоревшего топлива.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что в дизельном двигателе, содержащем блок цилиндров, цилиндровые крышки, привернутые болтами к блоку цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, насос высокого давления, механизм привода вспомогательных агрегатов, системы смазки, питания, охлаждения и запуска, согласно изобретению, применены цилиндры двустороннего действия, каждый из которых с одной стороны в верхней и нижней частях имеет выпускные патрубки, которые через клапаны газораспределительного механизма соединены с выпускным коллектором и через вытяжной вентилятор с атмосферой, а с другой стороны в верхней и нижней частях каждого цилиндра двустороннего действия выполнены впускные патрубки, причем внутрь цилиндров двустороннего действия вставлены поршни с элементами уплотнения, которые посредством штока и соединенного с ним шатуна связаны с коленчатым валом, кроме того, отделенные от цилиндров двустороннего действия камеры сгорания, по две на каждый цилиндр двустороннего действия, одинаковы по конструкции и выполнены в форме пустотелого сосуда, рассчитанного на высокое давление, причем каждая камера сгорания имеет рубашку охлаждения, впускной и выпускной патрубки, причем выпускной патрубок одной камеры сгорания соединен через клапан газораспределительного механизма с верхним впускным патрубком цилиндра двустороннего действия, а выпускной патрубок другой камеры сгорания соединен с нижним впускным патрубком этого же цилиндра двустороннего действия, кроме того, каждая камера сгорания имеет форсунку, которая посредством трубопровода соединена с насосом высокого давления, который кинематически связан с коленчатым валом, свечу зажигания, представляющую собой спираль, намотанную на изоляционное основание и нагреваемую электрическим током, и впускной продувочный клапан, который через воздушный фильтр связан с атмосферой, кроме того, баллон-ресивер имеет впускной и выпускные патрубки, причем последние соединены через клапаны газораспределительного механизма с впускными патрубками каждой камеры сгорания, кроме того, многоцилиндровый компрессор, вал которого посредством муфты соединен с валом электродвигателя, питаемого электрическим током аккумуляторных батарей или генератора постоянного тока, пневматически соединен с впускным патрубком баллона-ресивера, а впускной патрубок упомянутого компрессора связан через воздушный фильтр с атмосферой.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид дизельного двигателя, на фигуре 2 - вид сзади на дизельный двигатель, на фигуре 3 - схема дизельного двигателя, на фигуре 4 - кинематическая схема кривошипно-шатунного механизма и привода вспомогательных агрегатов, на фигуре 5 - устройство камеры сгорания в разрезе, на фигуре 6 - устройство баллона-ресивера в разрезе, на фигуре 7 - вид справа на баллон-ресивер, на фигуре 8 - схема цепного привода верхних и нижних газораспределительных валов, на фигурах 9 и 10 - схема принципа действия дизельного двигателя, на фигуре 11 - схема фаз газораспределения дизельного двигателя.

Дизельный двигатель содержит корпус 1, выполненный заодно с блоком цилиндров 2. Корпус установлен на опорах 3. В верхней части блока цилиндров, на его головке закреплена верхняя распределительная коробка 4 газораспределительного механизма, а в нижней части к корпусу прикреплена нижняя распределительная коробка 3 газораспределительного механизма. В блоке размещены цилиндры двустороннего действия 6, 7, 8, 9. Каждый цилиндр двустороннего действия имеет в верхней части впускной 10 и выпускной 11 патрубки, а в нижней части также впускной 12 и выпускной 13 патрубки. Оба выпускных патрубка через выпускные клапаны 14, 15 газораспределительного механизма соединены с впускным патрубком 16 вытяжного вентилятора 17, выпускной патрубок которого 18 соединен с атмосферой. Внутрь цилиндров двустороннего действия вставлены поршни 19 с элементами уплотнения, каждый из которых посредством штока 20 и соединенного с ним шатуна 21 связан с кривошипом 22 коленчатого вала 23, на котором закреплен маховик 24. Камеры сгорания 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, отделенные от цилиндров двустороннего действия, по две на каждый из них, одинаковы по конструкции. Каждая камера сгорания выполнена в форме пустотелого сосуда, рассчитанного на высокое давление, имеет рубашку охлаждения 33, впускной патрубок 34 и выпускной патрубок 35. Выпускной патрубок одной из камер сгорания через впускной клапан 36 газораспределительного механизма соединен с верхним впускным патрубком цилиндра двустороннего действия, а выпускной патрубок другой камеры сгорания через впускной клапан 37 газораспределительного механизма соединен с нижним впускным патрубком цилиндра двустороннего действия. Впускные патрубки каждой пары камер сгорания через впускные клапаны 38, 39 газораспределительного механизма соединены с баллоном-ресивером 40. Кроме этого, каждая камера сгорания имеет форсунку 41, которая посредством трубопровода соединена с насосом высокого давления 42, который посредством шестерни 43 соединен с ведущей шестерней 44 коленчатого вала, свечу зажигания 45, которая представляет собой спираль, намотанную на изоляционное основание и питаемую электрическим током аккумулятора или генератора постоянного тока 46, он же стартер при запуске, вал которого посредством шестерни 47 соединен с зубчатым венцом маховика, и впускной продувочный клапан 48, который через воздушный фильтр 49 соединяет камеру сгорания с атмосферой. Баллон-ресивер представляет собой сосуд, рассчитанный на высокое давление. Он имеет восемь выпускных патрубков 50, один впускной патрубок 51 и предохранительный клапан 52.

Для выпуска отстоя баллон-ресивер имеет кран 53. Многоцилиндровый компрессор 54, расположенный в нижней части дизельного двигателя между опорами, посредством трубопровода 55 соединен с впускным патрубком баллона-ресивера. Вал многоцилиндрового компрессора посредством муфты 56 соединен с валом электродвигателя 57, питаемого электрическим током аккумулятора или генератора постоянного тока. В задней части дизельного двигателя на коленчатом валу закреплены шестерни 58, 59, одна из которых посредством цепных передач 60, 61 приводит в движение верхние распределительные валы 62, 63 верхней распределительной коробки, причем последний распределительный вал имеет шестерню 64, которая входит в зацепление с шестерней 65, которая приводит в движение третий распределительный вал 66. Вторая шестерня коленчатого вала посредством цепных передач 67, 68 приводит в движение нижние распределительные валы 69, 70, последний из которых имеет шестерню 71, входящую в зацепление с шестерней 72 привода третьего распределительного вала 73 нижней распределительной коробки. Шестерня, закрепленная в передней части коленчатого вала, приводит в движение шестерни 74, 75 привода масляного 76 и водяного 77 насосов. Цифрами на фигуре 11 обозначено: 78 - рабочий ход в цилиндре двустороннего действия при повороте коленчатого вала от 0°-180°, 79 - выпуск отработанных газов при повороте коленчатого вала от 0°-180°, 80 - рабочий ход в цилиндре двустороннего действия при повороте коленчатого вала от 180°-360°, 81 - выпуск отработанных газов при повороте коленчатого вала от 180°-360°, 82 - заполнение камеры сгорания сжатым воздухом, выпускной патрубки которой соединен с впускным патрубком в верхней части цилиндра двустороннего действия, 83 - впрыск и воспламенение горючей смеси в той же камере сгорания, 84 - заполнение камеры сгорания сжатым воздухом, выпускной патрубок которой соединен с впускным патрубком в нижней части цилиндра двустороннего действия, 85 - впрыск и воспламенение горючей смеси в той же камере сгорания.

Работа дизельного двигателя.

Дизельный двигатель запускается после проверки работы всех систем. Для запуска необходимо включить электродвигатель 57, который начнет вращать вал многоцилиндрового компрессора 54, и сжатый воздух станет наполнять баллон-ресивер 40. Как только давление в баллоне-ресивере 40 достигнет необходимой величины, включаются свечи зажигания 45 в камерах сгорания 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32. После того, как нагреются свечи зажигания, включается стартер-генератор 46, коленчатый вал 23 начинает вращаться, дизельный двигатель запускается и работает следующим образом. Сжатый воздух под давлением 35-40 атм через открытый клапан 38 поступает в камеру сгорания 25. Клапан 36 в это время закрыт. Как только камера сгорания 25 наполняется сжатым воздухом и давление в ней достигнет необходимой величины, клапан 38 закрывается и через форсунку 41 в нее впрыскивается топливо. Попав на раскаленную спираль, топливо воспламеняется и сгорает, а образовавшиеся газы увеличивают давление в камере сгорания 25 до 100-120 атм. В момент, когда кривошип 22 находится в верхнем положении (фиг.9, показано пунктиром) и поршень 19 тоже находится в верхнем положении, открывается клапан 36 и раскаленные газы из камеры сгорания 25 устремляются в цилиндр двустороннего действия 6 и производят давление на поршень 19. При этом клапан 15 закрыт, а клапаны 36, 37, 14 открыты. Открывается под действием разрежения продувочный клапан 48 в камере сгорания 26. Под давлением раскаленных газов поршень 19 движется вниз. Совершая рабочий ход, и через шток 20, шатун 21 вращает кривошип 22 коленчатого вала 23. Вытяжной вентилятор 17 и поршень 19 удаляют отработанные газы из камеры сгорания 26, в которую через фильтр 49 и продувочный клапан 48 поступает чистый воздух из атмосферы, и нижней полости цилиндра двустороннего действия 6 через отрытый клапан 14. Когда коленчатый вал 23 повернется на 135° клапан 37 и продувочный клапан 48 в камере сгорания 26 закроются, клапан 39 откроется. Сжатый воздух из баллона-ресивера 40 станет поступать в камеру сгорания 26. Поршень 19 при этом продолжает совершать рабочий ход и вытесняет из нижней полости цилиндра двустороннего действия остатки отработанных газов. Как только давление сжатого воздуха в камере сгорания 26 достигнет необходимой величины, клапан 39 закрывается, что соответствует 170° поворота коленчатого вала 23. Далее насосом высокого давления 42 в камеру сгорания 26 впрыскивается топливо, которое воспламеняется свечой зажигания 45. Топливо сгорает, образуя раскаленные газы, давление в камере сгорания 26 возрастает. Как только кривошип 22 займет положение, показанное на фигуре 10 пунктиром, отрывается клапан 37, а также открывается клапан 15 и продувочный клапан 48 в камере сгорания 25, при этом клапан 14 закрывается. Раскаленные газы из камеры сгорания 26 поступают в нижнюю полость цилиндра двустороннего действия 6 и производят давление на поршень 19, который начинает двигаться вверх, совершая рабочий ход, удаляя отработанные газы из верхней полости и из камеры сгорания 25 вместе с вытяжным вентилятором 17 (фиг.10). Далее все повторяется сначала. Таким же образом происходят процессы в цилиндрах двустороннего действия 7, 8, 9 и в камерах сгорания 27, 28, 29, 30, 31, 32. Таким образом в каждом цилиндре двустороннего действия происходит все время рабочий ход и выпуск отработанных газов. В каждой камере сгорания происходит выпуск отработанных газов, впуск сжатого воздуха, впрыск топлива, его воспламенение и сгорание. В многоцилиндровом компрессоре 54 происходит сжатие воздуха, а в баллоне-ресивере 40 - его аккумулирование. Из диаграммы на фигуре 11 видно, что на впуск сжатого воздуха требуется меньше времени, воспламенение топлива начинается сразу же по мере его поступления в камеру сгорания, давление в которой возрастает постепенно.

Предлагаемый дизельный двигатель может быть использован на морских и речных судах и железнодорожных локомотивах.

Положительный эффект: равномерная нагрузка на кривошипно-шатунный механизм, более высокий КПД, более высокая мощность на единицу объема, более полное сгорание топлива, меньше вредных веществ выбрасывается в атмосферу в выхлопных газах.

Claims (1)

1. Дизельный двигатель, содержащий блок цилиндров, цилиндровые крышки, привернутые болтами к блоку цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, насос высокого давления, механизм привода вспомогательных агрегатов, системы смазки, питания, охлаждения и запуска, отличающийся тем, что применены цилиндры двустороннего действия, каждый из которых с одной стороны в верхней и нижней частях имеет выпускные патрубки, которые через клапаны газораспределительного механизма соединены с выпускным коллектором и через вытяжной вентилятор с атмосферой, а с другой стороны в верхней и нижней частях каждого цилиндра двустороннего действия выполнены впускные патрубки, причем внутрь цилиндров двустороннего действия вставлены поршни с элементами уплотнения, которые посредством штока и соединенного с ним шатуна связаны с коленчатым валом, кроме того, отделенные от цилиндров двустороннего действия камеры сгорания, по две на каждый цилиндр двустороннего действия, одинаковы по конструкции и выполнены в форме пустотелого сосуда, рассчитанного на высокое давление, причем каждая камера сгорания имеет рубашку охлаждения, впускной и выпускной патрубки, причем выпускной патрубок одной камеры сгорания соединен через клапан газораспределительного механизма с верхним впускным патрубком цилиндра двустороннего действия, а выпускной патрубок другой камеры сгорания соединен с нижним впускным патрубком этого же цилиндра двустороннего действия, кроме того, каждая камера сгорания имеет форсунку, которая посредством трубопровода соединена с насосом высокого давления, который кинематически связан с коленчатым валом, свечу зажигания, представляющую собой спираль, намотанную на изоляционное основание и нагреваемую электрическим током и впускной продувочный клапан, который через воздушный фильтр связан с атмосферой, кроме того, баллон-ресивер имеет впускной и выпускные патрубки, причем последние соединены через клапаны газораспределительного механизма с впускными патрубками каждой камеры сгорания, кроме того, многоцилиндровый компрессор, вал которого посредством муфты соединен с валом электродвигателя, питаемого электрическим током аккумуляторных батарей или генератора постоянного тока, пневматически соединен с впускным патрубком баллона-ресивера, а впускной патрубок упомянутого компрессора связан через воздушный фильтр с атмосферой.

Images