Двигатель внутреннего сгорания (варианты)

Двигатель внутреннего сгорания (варианты)

Реферат

 

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение экономичности и удельной мощности. Сущность изобретения заключается в том, что в нижней части цилиндра первого варианта двигателя, снабженного верхними впускными и выпускными окнами, над поршнем при его положении в нижней мертвой точке (НМТ) выполнены нижние выпускные окна, которые перекрываются поршнем при его движении от нижней к верхней мертвой точке (ВМТ). В нижней части цилиндра второго варианта двигателя, снабженного выпускными и впускными клапанами принудительного действия, выполнены нижние впускные окна, к которым подведен воздух от нагнетателя и которые перекрываются поршнем при его движении от НМТ к ВМТ, а на линии подачи воздуха перед нижними впускными окнами установлен самодействующий впускной клапан. Третий вариант двигателя содержит впускные и выпускные окна, расположенные над поршнем при его положении в НМТ. Впускные окна с самодействующим клапаном закрываются поршнем при его движении к ВМТ после закрытия выпускных окон, а к впускным окнам воздух подводится нагнетателем. Четвертый вариант двигателя содержит впускные и выпускные окна с электромагнитными клапанами. Программа управления клапанами обеспечивает работу двигателя по двухтактному или четырехтактному циклу. Пятый вариант двигателя содержит два смежных цилиндра двухстороннего действия. Полости цилиндров объединены, при этом в одной полости выпускные окна, а в другой - впускные, соединенные с нагнетателем. Шестой вариант двигателя содержит цилиндр двухстороннего действия и два смежных цилиндра двухстороннего действия, поршни которых движутся в противоположном направлении, а их рабочие полости объединены. Седьмой вариант двигателя содержит два или более цилиндров. Рабочие полости имеют одинаковые фазы, соединены друг с другом и образуют группы. В каждой группе одна полость снабжена перепускными и верхними выпускными клапанами, которые остаются открытыми при движении поршня к ВМТ, а перепускные клапаны соединяют эту полость после закрытия верхних выпускных клапанов с другими рабочими полостями из этой группы при положении её поршня вблизи ВМТ. Восьмой вариант двигателя содержит рабочий и компрессорный цилиндры. Рабочий цилиндр в своей верхней части снабжен выпускными клапанами, которые остаются открытыми при движении поршня рабочего цилиндра к ВМТ, а компрессорный - является стартовым, из которого перепускают газ в рабочий цилиндр. 8 с. и 14 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретения относятся к области двигателестроения, в частности к поршневым двухтактным и четырехтактным двигателям внутреннего сгорания.

Известны поршневые четырехтактные двигатели, у которых механизм газораспределения включает в себя запорные клапаны, имеющие принудительный привод.

Недостатками известных двигателей являются тяжелые температурные условия работы выпускных клапанов. При использовании выпускных тарельчатых клапанов возникает необходимость применять для их изготовления специальные жаростойкие стали. Тем не менее, типичной поломкой выпускных тарельчатых клапанов является прогорание тарелки клапана, а поэтому нельзя использовать специальные сорта топлива с высокой температурой сгорания и нельзя форсировать двигатель по скорости вращения и степени сжатия газа в цилиндре.

Известны четырехтактные двигатели с золотниковым (крановым) газораспределением [1, 2, 3 и 4]. В 1912 г. четырехтактные двигатели "4-цилиндровой серии" с моторами Henriot с вращающимися клапанами (золотниковое газораспределение) выпускались английской фирмой "Александр Даррак энд - компани. Лимитед". Двигатель этой фирмы не имел движущихся возвратно-поступательно неуравновешенных инерционных масс, что давало возможность форсировать его по скорости вращения. Он отличался бесшумностью работы, хорошим наполнением и очисткой цилиндров, т.к. отсутствие в механизме газораспределения неуравновешенных инерционных масс позволяло увеличивать проходные сечения впускных и выпускных окон цилиндра. Однако непродолжительный опыт эксплуатации таких двигателей выявил и их существенный недостаток, которым является большой нагрев золотника и, как следствие, сложности с его смазкой [1]. В результате двигатели с золотниковым газораспределением в 1913 г. были сняты с производства и к ним до последнего времени не возвращались. В последние 10 лет новая информация о двигателях с золотниковым газораспределением появилась в статьях [3 и 4]. Но большой нагрев золотника со стороны выпускных окон и сложности с его смазкой остаются основным недостатком таких двигателей, который снижает их надежность.

Перспективным направлением в настоящее время считается использование в четырехтактных двигателях тарельчатых запорных клапанов с электромагнитным приводом [5]. Такие клапаны для мотоцикла "Супербайк 999" разрабатывала итальянская фирма DUCATI. Работы в этом направлении ведутся также французской фирмой RENAULT, которая намерена выиграть гонки Формулы-1 в 2002 г. и планирует применить электромагнитные клапаны, которые наиболее просто позволяют изменять фазы газораспределения в зависимости от скорости вращения вала двигателя. Ожидается, что на двигателях XXI века самым перспективным будет способ изменения фаз газораспределения с помощью электромагнитных клапанов [6]. Однако по высказыванию многих специалистов [7], использование в двигателях электромагнитных тарельчатых клапанов связано с большими техническими трудностями, к которым можно отнести:

- тарельчатые клапаны движутся - и имеют большие инерционные массы;

- перед открытием выпускных клапанов остаточное давление газа в цилиндре составляет порядка 0,4 МПа и более, которое действует на клапанную тарелку, прижимает ее к седлу и препятствует открытию клапана. Чем больше площадь проходного сечения выпускных окон и клапанной тарелки, тем большая сила требуется для открытия клапана. Давление газов, действующее на площадь тарелки клапана в момент открытия клапана, может составлять 5 МПа и выше. Для преодоления силы давления газа на клапанную тарелку и сил от инерционных масс необходимо использовать электромагниты большой мощности. Большая мощность электромагнитов влечет за собой необходимость увеличения мощности генератора тока, который будет иметь большой вес и будет отнимать у двигателя часть его энергии;

- чем больше инерционная масса клапана и чем больше сила магнитов, тем больше сила динамических ударов клапана о седло и ограничитель подъема;

- для смягчения ударов клапана о седло и ограничитель подъема требуется использование демпфирующих устройств;

- нельзя помещать катушки соленоидов в зоне выпускного коллектора, где действует высокая температура, а поэтому необходимо удлинять шток клапана, что увеличивает инерционную массу клапана и усложняет его конструкцию.

Проведенный анализ показывает, что у четырехтактных двигателей внутреннего сгорания при использовании выпускных клапанов различной конструкции, в том числе указанных выше, возникает ряд технических проблем, которые вызываются наличием высокой температуры газа в зоне действия выпускных клапанов, а также наличием остаточного давления в цилиндре в момент открытия выпускных клапанов. Эти технические проблемы усложняют конструкцию клапанов, вызывают сокращение их проходного сечения и ограничивают возможности форсирования двигателя по скорости вращения и степени сжатия газа в цилиндре.

Задачей изобретения является повышение надежности и экономичности двигателя, а также повышение его удельной мощности за счет форсирования по скорости вращения и степени сжатия, для чего необходимо уменьшить инерционную массу клапанов, уменьшить давление газа в цилиндре в момент открытия выпускных клапанов, уменьшить количество выхлопных газов, проходящих через выпускные клапаны, и снизить их температуру.

Поставленная задача в части первого варианта достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания четырехтактный поршневой содержит цилиндр с верхними впускными и выпускными окнами, открытие и закрытие которых осуществляется клапанами принудительного действия различной конструкции (тарельчатыми с приводом от распределительного вала или от электромагнита, золотниковыми или дисковыми вращательного действия или другими). Согласно изобретению в нижней части цилиндра над поршнем при его положении в нижней мертвой точке (НМТ) выполнены нижние выпускные окна, которые перекрываются поршнем при его движении от нижней к верхней мертвой точке (ВМТ), выпускные клапаны открывают верхние выпускные окна цилиндра после открытия поршнем нижних выпускных окон, а впускные клапаны соединены с нагнетателем и закрывают верхние впускные окна цилиндра после закрытия поршнем нижних выпускных окон.

Поставленная задача в части второго варианта достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания четырехтактный поршневой содержит цилиндр, а также выпускные и впускные клапаны принудительного действия, из которых к последним подведен воздух от нагнетателя. Согласно изобретению в нижней части цилиндра над поршнем при его положении в нижней мертвой точке выполнены нижние впускные окна, к которым подведен воздух от нагнетателя и которые перекрываются поршнем при его движении от нижней к верхней мертвой точке, причем на линии подачи воздуха перед нижними впускными окнами установлен самодействующий впускной клапан, а перед самодействующим впускным клапаном установлен запорный клапан с ручным или автоматическим приводом.

Поставленная задача достигается также тем, что в нижней части цилиндра над поршнем при его положении в нижней мертвой точке могут быть выполнены нижние выпускные окна, которые расположены так, что перекрываются поршнем при его движении к верхней мертвой точке раньше, чем перекрываются поршнем нижние впускные окна.

Поставленная задача в части третьего варианта достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания двухтактный поршневой содержит цилиндр, впускные и выпускные окна цилиндра, расположенные над поршнем при его положении в нижней мертвой точке, и нагнетатель, от которого воздух подводится к впускным окнам. Согласно изобретению впускные окна расположены в осевом направлении так, что они закрываются поршнем при его движении к верхней мертвой точке после закрытия поршнем выпускных окон, а перед этими впускными окнами установлен самодействующий впускной клапан.

Поставленная задача достигается также тем, что он может содержать продувочные впускные окна, соединенные с нагнетателем, которые закрываются поршнем при его движении к верхней мертвой точке раньше, чем закрываются выпускные окна, а перед самодействующим впускным клапаном установлен запорный клапан с ручным или автоматическим приводом.

Поставленная задача в части четвертого варианта достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания поршневой содержит впускные и выпускные окна цилиндра, открытие и закрытие которых осуществляется электромагнитными клапанами, программа работы которых по четырехтактному принципу работы двигателя задается электронным блоком управления, получающим сигнал от датчика скорости вращения вала двигателя. Согласно изобретению в электронный блок управления дополнительно введена программа работы, которая обеспечивает двухтактный принцип работы двигателя, а в нижней части цилиндра над поршнем при его положении в нижней мертвой точке выполнены нижние впускные и выпускные окна, из которых впускные окна соединены с нагнетателем.

Поставленная задача достигается также тем, что на линии подвода воздуха от нагнетателя перед нижними впускными окнами может быть установлен самодействующий клапан, а нижние впускные окна расположены в осевом направлении так, что они закрываются поршнем при его движении к верхней мертвой точке после закрытия поршнем выпускных окон.

Поставленная задача достигается также тем, что на линии подвода воздуха к самодействующему клапану до или после него может быть установлен запорный клапан с ручным или автоматическим управлением.

Поставленная задача в части пятого варианта достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания двухтактный поршневой содержит два смежных (рядом стоящих) цилиндра двухстороннего действия, у которых поршни движутся в противоположном направлении и в них образованы путем соединения полости одного цилиндра с полостью другого цилиндра объединенные рабочие полости, имеющие в одной полости впускные, а в другой полости выпускные окна, из которых впускные окна соединены с нагнетателем, создающим давление газа выше атмосферного давления. Согласно изобретению впускные окна объединенных полостей цилиндров расположены в верхней части цилиндров над поршнями смежных цилиндров и снабжены клапанами принудительного действия, которые закрываются после закрытия поршнем выпускных окон.

Поставленная задача достигается также тем, что цилиндры могут иметь расположенные над поршнем при его положении в нижней мертвой точке нижние впускные окна, соединенные с нагнетателем.

Поставленная задача достигается также тем, что он может быть выполнен двухрядным и у него смежные цилиндры двухстороннего действия, имеющие объединенные рабочие полости, установлены во втором ряду через разделяющую перегородку над цилиндрами первого ряда, а объединенные полости цилиндров второго ряда соединены с полостями цилиндров первого ряда.

Поставленная задача в части шестого варианта достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания четырехтактный поршневой, содержащий цилиндр двухстороннего действия, у которого с двух сторон поршня образованы рабочие полости двигателя, впускные и выпускные окна цилиндра, а также впускные и выпускные клапаны, выполненные в верхней части цилиндра, согласно изобретению имеет два смежных (рядом стоящих) цилиндра двухстороннего действия, поршни которых движутся в противоположном направлении, и в них образованы путем соединения полости одного цилиндра с полостью другого цилиндра объединенные рабочие полости.

Поставленная задача достигается также тем, что в нижней части цилиндров над поршнем при его положении в НМТ могут быть выполнены нижние выпускные окна, перекрываемые поршнем при его движении от НМТ к ВМТ.

Поставленная задача достигается также тем, что он может быть выполнен двухрядным и у него смежные цилиндры двухстороннего действия, имеющие объединенные рабочие полости, установлены во втором ряду через разделяющую перегородку над цилиндрами первого ряда, а объединенные полости цилиндров второго ряда соединены с полостями цилиндров первого ряда.

Поставленная задача в части седьмого варианта достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания двухтактный поршневой содержит два или более цилиндров, впускные и выпускные окна цилиндров и рабочие полости, которые образованы над поршнем цилиндра при его положении в НМТ. Согласно изобретению рабочие полости, имеющие одинаковые по углу поворота вала фазы рабочего хода поршня, соединены друг с другом и образуют группы, а в каждой группе полостей одна рабочая полость снабжена перепускными и верхними выпускными клапанами принудительного действия, размещенными в крышке цилиндра, из которых верхние выпускные клапаны открываются и остаются открытыми при выталкивающем ходе поршня, когда он движется в направлении от НМТ к ВМТ, а перепускные клапаны (клапан) соединяют эту рабочую полость после закрытия верхних выпускных клапанов с другими рабочими полостями из этой группы при положении ее поршня вблизи ВМТ.

Поставленная задача достигается также тем, что он может иметь два смежных цилиндра двухстороннего действия, у которых рабочие полости образованы с двух сторон поршня, а поршни смежных цилиндров работают в противофазе и движутся в противоположном направлении по отношению друг к другу.

Поставленная задача достигается также тем, что он может быть выполнен двухрядным и у него смежные цилиндры двухстороннего действия установлены во втором ряду через разделяющую перегородку над цилиндрами первого ряда, а нижние рабочие полости цилиндров второго ряда, расположенные под поршнем, соединены с рабочими полостями цилиндров первого ряда.

Поставленная задача в части восьмого варианта достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания двухтактный поршневой содержит рабочий и компрессорный цилиндры, а также впускные и выпускные окна цилиндров. Согласно изобретению рабочий цилиндр в своей верхней части снабжен выпускными клапанами принудительного действия, которые открываются и остаются открытыми при движении поршня рабочего цилиндра от нижней к верхней мертвой точке, а компрессорный цилиндр является стартовым и в своей верхней части снабжен перепускным клапаном принудительного действия для перепуска сжатого газа из компрессорного цилиндра в рабочий цилиндр, который открывается после закрытия выпускных клапанов рабочего цилиндра в момент подхода поршня рабочего цилиндра к верхней мертвой точке.

Поставленная задача достигается также тем, что он может быть снабжен дополнительным цилиндром, который имеет выпускные клапаны принудительного действия, а рабочий цилиндр снабжен перепускным клапаном, который соединяет рабочий цилиндр с дополнительным цилиндром при положении их поршней вблизи верхней мертвой точки.

Поставленная задача достигается также тем, что он может иметь несколько соединенных последовательно дополнительных цилиндров, у которых предыдущий цилиндр является стартовым для последующего цилиндра.

Поставленная задача достигается также тем, что на линии перепуска газа из компрессорного цилиндра в рабочий цилиндр и из рабочего в дополнительный цилиндр может быть установлена форсунка для впрыска топлива в цилиндр во время перепуска.

Поставленная задача достигается также тем, что он может быть снабжен турбонагнетателем, который на входе в турбину подключен к выхлопному тракту рабочего цилиндра, а на выходе подключен к впускному тракту компрессорного цилиндра.

Изобретения поясняются при помощи чертежей:

на фиг.1 представлен первый вариант двигателя, описанный в пункте 1 формулы изобретения;

на фиг.2 - второй вариант двигателя, описанный в пунктах 2-3 формулы изобретения;

на фиг.3 - то же, с дополнительным выпускным окном;

на фиг.4 представлен третий вариант двигателя, описанный в пунктах 4-5 формулы изобретения;

на фиг.5 - то же, с дополнительным продувочным окном;

на фиг.6 представлен четвертый вариант двигателя, описанный в пунктах 6-8 формулы изобретения;

на фиг.7 представлен пятый вариант двигателя, описанный в пунктах 9-11 формулы изобретения;

на фиг.8 - то же, двухрядный двигатель, имеющий два смежных цилиндра двухстороннего действия во втором ряду;

на фиг.9 представлен шестой вариант двигателя, описанный в пунктах 12-14 формулы изобретения;

на фиг.10 - то же, в двухрядном исполнении;

на фиг.11 представлен седьмой вариант двигателя, описанный в пунктах 15-17 формулы изобретения;

на фиг.12 - то же, с цилиндрами двухстороннего действия;

на фиг.13 - то же, в двухрядном исполнении;

на фиг.14 представлен восьмой вариант двигателя, описанный в пунктах 18-22 формулы изобретения;

на фиг.15 - то же, с дополнительным цилиндром;

на фиг.16 - диаграмма фаз работы компрессорного и рабочего цилиндров.

Первый вариант двигателя, описанный в первом пункте формулы изобретения и показанный на фиг.1, содержит: 1 - рабочий цилиндр; 2 - поршень цилиндра 1; 3 - окна цилиндра выпускные нижние; 4 - коллектор выпускных газов; 5 - турбонагнетатель; 6 - цилиндрический золотник; 7 - окна цилиндра выпускные верхние; 8 - окна цилиндра впускные, верхние; 9 - регулятор производительности нагнетателя 5; 10 - форсунку низкого давления для подачи топлива; 11 - окна золотника 6; 12 - камеру выпуска; 13 - выпускное окно камеры 12; 14 - свечу зажигания; 15 - камеру впуска; 16 - впускное окно камеры 15; 17 - впускной коллектор; 18 - вал привода золотника 6; 19 - перегородку, отделяющую камеру выпуска 12 от камеры впуска 15; 20 - форсунку двойного назначения, подающую в цилиндр одновременно топливо и сжатый воздух; 21 - топливную форсунку высокого давления.

Принцип работы двигателя заключается в следующем. После загорания и расширения газа в цилиндре 1 в нем вырастает давление. В результате поршень 2 совершает рабочий ход и движется от ВМТ к НМТ. При подходе к НМТ поршень 2 открывает нижние выпускные окна 3 и происходит выпуск сгоревших газов, имеющих к моменту начала выпуска из цилиндра избыточное давление порядка 0,4 МПа и высокую температуру. Сгоревший газ поступает в выпускной коллектор 4, а затем в глушитель шума или на турбину турбонагнетателя 5. Когда поршень 2 от НМТ начинает движение к ВМТ, выпускные окна 3 еще остаются открытыми и давление в цилиндре продолжает снижаться. К моменту закрытия поршнем 2 выпускных окон 3 давление в цилиндре успевает снизиться до избыточного давления порядка 0,05 МПа, т.е. в несколько раз, а следовательно, почти весь газ успевает выйти из цилиндра через окна 3. При снижении давления газа в цилиндре по законам термодинамики соответственно падает температура выхлопных газов. После открытия выпускных окон 3, когда давление в цилиндре резко снизилось, или после полного закрытия поршнем 2 нижних выпускных окон 3, когда почти весь сгоревший газ из цилиндра вышел, а оставшийся в цилиндре газ имеет сниженную температуру, золотниковый клапан 6 открывает верхние выпускные окна 7, которые при четырехтактном принципе работы двигателя остаются открытыми на всем выталкивающем ходе поршня от НМТ к ВМТ. Выталкивание поршнем 2 из цилиндра 1 остатков охлажденных выхлопных газов происходит с меньшим газодинамическим сопротивлением окон 7, т.к. основная масса газа уже вышла через окна 3. В результате значительно облегчаются температурные условия работы золотникового клапана и затрачивается меньшая энергия на выталкивание поршнем оставшихся в цилиндре сгоревших газов.

Снижение скорости прохождения газа через окна позволяет снизить проходное сечение верхних выпускных окон, а в случае использования тарельчатых клапанов появляется возможность уменьшить их инерционную массу. В ВМТ заканчивается выталкивание из цилиндра 1 сгоревших выхлопных газов и происходит закрытие золотником 6 выпускных окон 7. После закрытия окон 7 золотник открывает впускные окна 8 цилиндра. При их открытии и движении поршня 2 от ВМТ к НМТ происходит процесс заполнения цилиндра чистым воздухом, который под давлением поступает от нагнетателя 5. Впускные окна 8 цилиндра 1 остаются открытыми на всем ходу поршня от ВМТ к НМТ. Наличие избыточного давления газа на поршень при его движении к НМТ позволяет совершать поршню полезную работу, что повышает кпд двигателя. При открытии поршнем 2 нижних выпускных окон 3 давление в цилиндре падает, т.к. цилиндр сообщается с атмосферой. Впускные окна 8 цилиндра закрываются золотником только после закрытия поршнем 2 нижних выпускных окон 3 с небольшой задержкой. После закрытия выпускных окон 3 впускные окна 8 еще какое-то время остаются открытыми и за это время через них происходит заполнение замкнутого объема цилиндра с давлением выше атмосферного, которое может создать нагнетатель 5.

Необходимое для заданного режима работы двигателя количество воздуха, поступающего в цилиндр от нагнетателя 5, регулируется регулятором производительности нагнетателя, например дроссельной заслонкой 9. При большом дросселировании воздуха, поступающего от нагнетателя, в цилиндре при движении поршня 2 от ВМТ к НМТ может создаться вакуум. В этом случае при открытии поршнем 2 выпускных окон 3 произойдет подсос в цилиндр 1 выхлопных газов из выпускного коллектора 4, в котором имеется избыточное давление, т.к. он связан с глушителем шума или нагнетателем 5, имеющими свое газодинамическое сопротивление. Подсос в цилиндр выхлопных газов на режиме работы двигателя со сниженной мощностью нельзя считать отрицательным явлением, т.к. этот режим работы двигателя исследован, описан и применяется в современных двигателях [8]. При уменьшении дросселирования воздуха от нагнетателя вакуум в цилиндре не образуется и подсос выхлопных газов в цилиндр прекратится. Возможна работа двигателя без нагнетателя 5. Тогда в цилиндре не будет создаваться избыточное давление и не будет эффекта наддува воздуха в цилиндр. В этом случае впускные окна 8 целесообразно закрывать сразу после закрытия поршнем 2 выпускных окон 3. Изменение количества воздуха, поступающего в цилиндр, позволяет менять режим работы двигателя по мощности. В варианте двигателя с искровым зажиганием после закрытия поршнем 2 выпускных окон 3 непосредственно в цилиндр подается топливо через форсунку низкого давления 10 или через форсунку двойного назначения 20, которая подает в цилиндр одновременно топливо и сжатый воздух в оптимальном соотношении в зависимости от режима работы двигателя по мощности.

Форсунка двойного назначения описана в источниках информации [9 и 10]. При подходе поршня к ВМТ в цилиндре заканчивается процесс сжатия топливовоздушной смеси и происходит ее воспламенение от свечи зажигания 14, которая может быть объединена с форсункой 10 [8]. Газ расширяется и начинается рабочий ход поршня. Далее все циклы и фазы работы двигателя повторяются. Открытие верхних выпускных окон 7 цилиндра 1 происходит при их совмещении с окнами 11 золотника 6, которые сообщаются с камерой выпуска 12, имеющей выпускное окно 13. Газ из выпускной камеры 12 поступает в выпускной коллектор 4 и далее выпускается в атмосферу или подводится к турбине турбонагнетателя 5. Открытие впускных окон 8 цилиндра 1 происходит при их совмещении с окнами 11 золотника 6, которые сообщаются с впускной камерой 15, имеющей впускное окно 16. Окно 16 соединено с впускным коллектором 17, к которому подается воздух от нагнетателя 5. Цилиндрический золотник 6 имеет вал 18, который связан по вращению с валом двигателя. Внутри золотника выполнена перегородка 19, которая отделяет камеру выпуска 12 от камеры впуска 15.

В дизельном варианте работы двигателя топливо подается в цилиндр форсункой высокого давления 21 в конце цикла сжатия газа в цилиндре, когда создаются в результате высокой степени сжатия газа температурные условия для самовоспламенения топливовоздушной смеси. Процесс сгорания, выпуска, выталкивания и сжатия газа такой же, как в двигателе с искровым зажиганием. Снижение температуры золотника 6 на стороне выпуска газа из окон 7 позволяет создать лучшие условия смазки золотника, а следовательно, позволяет устранить основной недостаток золотникового газораспределения - его недостаточную надежность. Недостаточная надежность была препятствием для широкого использования золотникового газораспределения в двигателях внутреннего сгорания. Снижение температурных условий работы золотника 6 позволяет также форсировать двигатель по степени сжатия и скорости его вращения.

При использовании выпускных тарельчатых клапанов с электромагнитным приводом появляется возможность снижения силы соленоидов и уменьшения их размеров, т.к. уменьшается давление в цилиндре перед открытием выпускных клапанов, на которые действует сила от давления газов. Появляется возможность уменьшить площадь проходного сечения выпускных окон 7, а следовательно, уменьшить габариты и инерционную массу выпускных клапанов, т.к. большая часть сгоревших газов выпускается через нижние выпускные окна 3. Снижение температурного режима работы выпускных клапанов позволяет размещать катушки соленоидов непосредственно в камере выпуска газа 12. В варианте тарельчатых клапанов с приводом их от кулачкового распределительного вала снижение температуры выхлопных газов позволяет отказаться от использования для изготовления выпускных клапанов специальных жаростойких сталей, снизить площадь проходного сечения и инерционную массу клапанов, а также позволяет форсировать двигатель по степени сжатия и скорости вращения.

Второй вариант двигателя описан в пунктах 2 и 3 формулы изобретения и поясняется на фиг.2 и 3. Двигатель содержит: 1 - рабочий цилиндр; 2 - поршень цилиндра; 8 - верхние впускные окна цилиндра; 7 - верхние выпускные окна цилиндра; 6 - цилиндрический золотник вращательного действия; 11 - окна золотника: 19 - перегородку золотника; 15 - камеру впуска; 12 - камеру выпуска; 16 - впускное окно камеры 15; 13 - выпускное окно камеры 12; 5 - нагнетатель; 10 - форсунку или 14 - свечу зажигания; 22 - нижние впускные окна цилиндра; 23 - самодействующий впускной клапан; 24 - запорный клапан; 9 - регулятор производительности нагнетателя 5; 18 - вал привода золотника 6; 25 - выпускные окна цилиндра нижние.

Принцип работы двигателя на фиг.2 заключается в следующем. Двигатель содержит цилиндр 1 и поршень 2. В цилиндре 1 выполнены впускные 8 и выпускные 7 окна, открытие и закрытие которых осуществляется клапанами принудительного действия различной конструкции. В качестве примера рассматривается золотниковое (крановое) газораспределение, которое не имеет неуравновешенных движущихся инерционных масс. В качестве запорных клапанов используется полый цилиндрический золотник 6, который имеет на стенке цилиндра окна 11. При вращении золотника 6 его окна 11 совмещаются с в окнами 7 и 8 цилиндра. Перегородка 19 разделяет внутреннюю полость золотника на впускную 15 и выпускную 12 камеры, с которыми периодически соединяются окна цилиндра. Впускная камера 15 имеет впускное окно 16, а выпускная камера 12 - выпускное окно 13. К впускному окну 16 подведен воздух от турбонагнетателя 5, а выпускное окно 13 соединено с его турбиной. Цилиндр 1 имеет форсунку 10 для подачи топлива, которая может быть объединена со свечой зажигания 14 [7]. В нижней части цилиндра 1 над поршнем 2 при его положении в нижней мертвой точке выполнены нижние впускные окна 22, к которым подведен воздух от нагнетателя 5. На линии подвода воздуха перед нижними впускными окнами 22 установлен самодействующий впускной клапан 23, перед которым установлен запорный клапан 24 с ручным или автоматическим управлением по сигналу от датчика мощности двигателя. Турбонагнетатель 5 имеет регулятор производительности 9. Золотник 6 имеет приводной вал 18, связанный по вращению с валом двигателя.

Двигатель может работать как дизель с самовоспламенением топлива в результате высокой степени сжатия или может иметь принудительное зажигание топлива.

В дизельном варианте при положении поршня 2 в верхней мертвой точке в момент окончания такта сжатия в цилиндр 1 через форсунку высокого давления 21 впрыскивается порция топлива, которая смешивается с воздухом и самовоспламеняется. Газ расширяется и поршень 2 движется от ВМТ к НМТ, совершая свой рабочий ход. При подходе поршня к НМТ золотник 6 открывает выпускные окна 7 цилиндра и происходит выпуск сгоревших газов, которые попадают в камеру выпуска 13, а затем подводятся к турбине турбонагнетателя 5. В это же время поршень 2, двигаясь к НМТ, раскрывает впускные окна 22, где установлен самодействующий впускной клапан 23. Но клапан 23 не открывается, т.к. его открытие происходит под действием разности давления до и после клапана. При выпуске из цилиндра сгоревших газов давление в цилиндре всегда больше, чем давление газа, которое создает нагнетатель 5. Поэтому в начале выпуска газа из цилиндра самодействующий впускной клапан 23 не открывается. При падении давления в цилиндре самодействующий клапан 23 откроется, и в цилиндр поступит свежая порция воздуха от нагнетателя, которая разбавит выхлопные газы и снизит их температуру. Далее поршень начинает движение от НМТ к ВМТ при открытых выпускных окнах 7 и перекрывает впускные окна 22. Соответственно закрывается самодействующий клапан 23. При движении поршня от НМТ к ВМТ происходит выталкивающий ход поршня, и цилиндр очищается от остатков сгоревших газов.

При положении поршня в ВМТ выпускные окна 7 закрываются, а после их закрытия открываются впускные окна 8, которые остаются открытыми на всем ходе поршня от ВМТ к НМТ. Через окна 8 в результате всасывающего хода поршня газ от нагнетателя 5 поступает в цилиндр, но текущее давление в цилиндре всегда будет меньше, чем давление газа перед впускными окнами 8, т.к. последние имеют свое газодинамическое сопротивление. Чтобы уменьшить газодинамическое сопротивление впускных клапанов и увеличить коэффициент наполнения цилиндра, стремятся увеличить проходное сечение впускных клапанов. Но при этом увеличиваются инерционные массы клапанов, например тарельчатых, которые совершают возвратно-поступательное движение. Для уменьшения инерционных масс приходится использовать несколько впускных клапанов на один цилиндр, что усложняет конструкцию газораспределительного устройства. При подходе к НМТ поршень раскрывает впускные окна 22 и т.к. давление газа, идущего от нагнетателя, выше, чем давление газа в цилиндре, происходит открытие самодействующего впускного клапана 23. Газ от нагнетателя 5 начинает поступать в цилиндр дополнительно через нижние впускные окна 15, что увеличивает коэффициент наполнения цилиндра к моменту подхода поршня к НМТ. При начале движения поршня от НМТ к ВМТ начинается процесс сжатия газа в цилиндре, давление газа растет и становится больше, чем давление газа, поступающего от нагнетателя 5. В результате клапан 23 закрывается. Когда поршень подойдет к ВМТ, заканчивается процесс сжатия газа, происходит загорание топлива, и все циклы работы двигателя повторяются.

При варианте двигателя с принудительным зажиганием топливо в цилиндр может подаваться в начале процесса сжатия газа через форсунку 10 низкого давления или через форсунку 20 двойного назначения, которая подает в цилиндр одновременно топливо и сжатый воздух [9]. В конце такта сжатия топливовоздушная смесь поджигается от свечи зажигания. В остальном принцип работы двигателя с принудительным зажиганием не отличается от принципа работы дизельного двигателя, который был описан выше.

Нижние впускные окна 22 служат для увеличения коэффициента наполнения двигателя при его максимальной мощности. На режиме работы двигателя с малыми оборотами и пониженной мощностью поступление воздуха в цилиндр ограничивается. Поэтому на этом режиме работы двигателя впускные окна 22, через которые подается дополнительный воздух, можно из работы исключить. Для этого перед самодействующим клапаном 23 на линии подвода воздуха установлен запорный клапан 24 с ручным или автоматическим приводом.

На фиг.3 показан двигатель по второму варианту, у которого в нижней части цилиндра над поршнем при его положении в нижней мертвой точке дополнительно выполнены нижние выпускные окна 25. Окна 25 расположены в осевом направлении так, что перекрываются поршнем при его движении к ВМТ раньше, чем перекрываются поршнем нижние впускные окна 22. Нижние выпускные окна 25 служат для облегчения работы выпускных клапанов, имеющих принудительный привод. В этом случае, когда поршень 2 совершает рабочий ход, он при подходе к НМТ сначала начинает открывать нижние впускные окна 22. Но в этот момент давление в цилиндре еще высокое и самодействующий впускной клапан 23 открыться не может. При открытии нижних выпускные окон 25 происходит выпуск из цилиндра основной массы газа. Затем начинают открываться верхние выпускные окна 7. К моменту открытия выпускных окон 7 давление выхлопных газов в цилиндре снизилось и соответственно снизилась их температура. Когда давление в цилиндре будет ниже, чем давление газа, идущего от нагнетателя 5, на какое-то время откроется впускной клапан 23, и в цилиндр поступит часть свежего газа, которая дополнительно снизит температуру выхлопных газов. На выталкивающем ходе поршня 2 при его движении от НМТ к ВМТ из цилиндра будут выталкиваться только остатки сгоревших газов с пониженной температурой. В результате снижается температурный режим работы выпускных клапанов и в частности золотника 6. Улучшаются условия его смазки и повышается надежность газораспределительного устройства. В этих условиях для повышения экономичности двигателя можно поднять степень сжатия газа в цилиндре.

После полного выпуска сгоревших газов на всасывающем ходе поршня