Шаровой механизм газораспределения двигателя

Шаровой механизм газораспределения двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к системам газораспределения двигателей внутреннего сгорания, и может быть применено на карбюраторных и дизельных двигателях, с рядным или V-образным расположением цилиндров.

Известен шаровой механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку блока, установленную на четырехцилиндровом рядном двигателе, четыре шаровых узла, причем на каждый цилиндр установлен шаровой узел, последний состоит из разъемного корпуса, имеющего окна и отверстия, размещенного в полости корпуса шарового золотника, имеющего с двух сторон вдоль оси две цапфы, причем цапфы шаровых золотников соседних цилиндров соединены и образуют единый вал, соединенный шестернями с коленчатым валом двигателя, уплотнительные кольца и шариковые подшипники (патент США №9730161, МПК F 01 L 7/10, опубл. 1973).

В современных двигателях внутреннего сгорания повышение мощностных характеристик связано с совершенствованием систем подготовки топлива к сгоранию и полноты наполнения цилиндров горючей смесью, очистки цилиндров от отработавших газов, повышением степени сжатия, применением высокооктановых топлив и турбонаддува в цилиндры, снижением вредных выбросов от продуктов сгорания в атмосферу и др. Указанные меры требуют больших затрат на их осуществление и использование сложных технологий.

Таким результатом является повышение эффективности работы двигателя.

Поставленная задача решается тем, что шаровой механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку блока, установленную на четырехцилиндровом рядном двигателе, четыре шаровых узла, причем на каждый цилиндр установлен шаровой узел, последний состоит из разъемного корпуса, имеющего окна и отверстия, размещенного в полости корпуса шарового золотника, имеющего с двух сторон вдоль оси две цапфы, причем цапфы шаровых золотников соседних цилиндров соединены и образуют единый вал, соединенный шестернями с коленчатым валом двигателя, уплотнительные кольца и шариковые подшипники, турбину с валами и шестернями, расширители, реверсы, воздушную турбину, воздуховод и газоотвод, на каждом шаровом золотнике выполнены три полусферические камеры сгорания, расположенные под углом 120° друг к другу по ходу вращения золотника, вокруг камер сгорания установлены круглые уплотнительные кольца, в корпусе выполнены два смежных окна для впуска воздуха в цилиндр и нагнетания его в камеры сгорания, окно для выхода потока газов из камер сгорания, внутри стенки корпуса выполнены полости для охлаждающей жидкости, одна форсунка расположена в воздуховоде возле окна для впуска, другая форсунка установлена на шаровом корпусе за окном для впуска по ходу вращения шарового золотника и возле свечи зажигания, одна цапфа золотника имеет шлицы внутри, а другая снаружи, шариковые подшипники установлены на цапфы с внутренними шлицами, за один оборот коленчатого вала шаровой золотник с камерами сгорания поворачивается на 120°, турбина соединена через шестерни и валы с коленчатым валом, лопасти воздушной турбины установлены в средней части турбины и нагнетают воздух через воздуховод к шаровым узлам, расширители установлены на шаровых узлах второго и третьего цилиндров, реверсы установлены в средней части расширителей, выполнены в виде задвижек, которые могут перемещаться относительно окна для выхода потока газов, направляя потоки газов в одну или другую сторону расширителей.

Поставленная задача достигается также тем, что в шаровых узлах камеры сгорания отделены от полостей цилиндров и процессы сгорания не зависят от положения поршней в цилиндрах, поршни в цилиндрах выполняют функции нагнетателя воздуха или смеси воздуха с топливом в камеры сгорания.

Поставленная задача достигается также тем, что потоки газов из первого и четвертого шаровых узлов выходят к лопастям турбины, потоки газов из второго и третьего шаровых узлов выходят в расширители, где создают импульсы сил реактивного движения, в результате чего двигатель становится реактивно-турбинным импульсного типа.

Изобретение поясняется при помощи чертежей, где

на фиг.1 представлен описываемый механизм двигателя,

на фиг.2 - то же, часть механизма на фиг.1,

на фиг.3 показан шаровой золотник механизма газораспределения.

В описываемом механизме газораспределения двигателя камеры сгорания отделены от цилиндров, поршни в цилиндрах выполняют функции нагнетателя воздуха или горючей смеси в камеры сгорания, которая сгорает при постоянном объеме, выходящие потоки из шаровых узлов первого и четвертого цилиндров непосредственно воздействуют на полости турбины, а выходящие потоки газов из шаровых узлов второго и третьего цилиндров выходят в расширители, где создают импульсы сил реактивного движения.

Кинематической схемой двигателя является золотник - турбина со смешанной передачей движения (работы газов). В связи с этим обычный двигатель внутреннего сгорания становится реактивно-турбинным двигателем импульсного типа, с более высоким крутящим моментом и соответственно мощностью.

Устройство состоит из головки блока 1, устанавливаемой на 4-цилиндровый рядный двигатель, четырех шаровых узлов 2, турбины 3 с шестернями 4 и валом 5 привода, расширителей 6, реверсов 7, воздуховода 8, газоотвода 9. Шаровой узел 2 установлен на каждый цилиндр 11 двигателя и состоит из разъемного шарового корпуса 10, шарового золотника 12, цапф 13 и 14, круглых уплотнительных колец 18, на шаровом корпусе 10 сделаны два смежных окна 36, 38 для впуска воздуха в цилиндр 11 и нагнетания его в камеры сгорания K1, K2, К3, два отверстия 41 вдоль оси шарового корпуса 10 для установки цапф 13 и 14 шарового золотника 12, внутри стенки корпуса сделаны полости 42 для охлаждающей жидкости. Шаровой золотник 12 расположен в шаровом корпусе 10 на цапфах 13 и 14, которые расположены вдоль оси шарового золотника 12 и закреплены в гнездах 15 шарового золотника 12, цапфа 13 имеет шлицы снаружи, цапфа 14 имеет шлицы внутри, на цапфы 14 установлены шариковые подшипники 16, на которых базируются и вращаются шаровые золотники 12, цапфы 13 и 14 соединяют золотники 12 всех шаровых узлов 2, которые образуют общий вал 25, соединенный шестернями 17 привода с коленчатым валом двигателя. На каждом шаровом золотнике 12 выполнены три полусферических полости, образующих камеры сгорания K1, K2, К3, которые расположены под углом 120° друг к другу по ходу вращения шарового золотника 12, вокруг камер сгорания K1, K2, К3 установлены круглые уплотнительные кольца 18. Турбина 3 состоит из ступицы 19, кожуха 20, рабочих лопастей 21 и лопастей 22 воздушной турбины 23 с фильтром 24, ступица 19 с валом 5 и шестерней 4 привода смонтирована на двух шариковых подшипниках 28, установленных в гнезде 29 вертикальной скобы 30 основания головки блока 1. Кожух 20 закреплен на ступице 19, внутри кожуха 20 по его периметру закреплены лопасти 21 турбины 3, в средней части кожуха 20 в изолированной полости установлены лопасти 22 воздушной турбины 23, снизу рабочих лопастей 21 турбины 3, за неподвижной перегородкой 31, расположены газоотвод 9 и воздуховод 8. На турбине 3, возле перегородки 31 газоотвода 9 выполнена уплотнительная кромка 32. Турбина 3 соединена с коленчатым валом двигателя через промежуточную шестерню 27, вертикальный вал 26, горизонтальный вал (на чертежах не показан). Расширители 6 выполнены в виде плоских труб, расширенных с концов, примыкающих к турбине 3, расширители 6 установлены на шаровых узлах 2 второго и третьего цилиндров 11, узкой частью трубы расширитель 6 примыкает к выходным окнам 39 камер сгорания K1, K2, К3, расширители 6 являются глушителями шума выходящих потоков газов. Реверсы 7 установлены в средней части расширителей 6 и выполнены в виде задвижек, которые могут перемещаться относительно окна 39, направляя потоки газов в одну или другую сторону расширителей 6, при этом реактивная сила движет автомобиль вперед или тормозит его. Сопла 33 установлены на шаровых узлах первого и четвертого цилиндров 11 возле рабочих лопастей 21 турбины 3. Форсунка 34 расположена в воздуховоде возле окна 36 и применяется при работе двигателя на дизтопливе или смеси нефти с бензином, форсунка 35 установлена на шаровом корпусе 10, за окном 38 по ходу вращения шарового золотника 12 и применяется при работе двигателя на легких топливах. Свеча 40 установлена в шаровом корпусе 10, возле форсунки 35. Газоотвод 9 установлен в нижней части воздуховода 8 и отводит отработавшие газы от турбины 3 в выпускную трубу (на чертежах не показана).

Описываемое устройство работает следующим образом.

Рабочий цикл двигателя осуществляется за один оборот шарового золотника 12 (360°) или за три оборота коленчатого вала (1080°). Рабочий цикл: сжатие воздуха в камере сгорания К1 - впрыск топлива - физико-химическая подготовка топлива к сгоранию - воспламенение смеси воздуха с топливом от свечи - сгорание смеси - расширение - продувка камеры сгорания К1 - всасывание воздуха в цилиндр 11. При всасывании поршнем 37 воздуха в цилиндр 11 камера сгорания К1 соединяет окна 38 и 36 и служит воздушным каналом. При работе двигателя на дизтопливе или смеси нефти с бензином топливо впрыскивается в окно 36, всасывается вместе с воздухом в цилиндр 11 и затем сжимается поршнем 37 в камере сгорания К1.

При вращении коленчатого вала поршни 37 в цилиндрах 11 выполняют функции нагнетателя воздуха или смеси воздуха с топливом. Поршень 37 движется вниз от ВМТ к НМТ (180° по углу поворота к/в), шаровой золотник 12 поворачивается по часовой стрелке, полость камеры сгорания К1 соединяет окна 34 и 38, воздух всасывается в цилиндр 11, поршень 37 движется вверх от НМТ к ВМТ (360°), задняя кромка полости камеры сгорания К1 перекрывает впускное окно 36, воздух сжимается в камере сгорания К1. Поршень 37 подошел к ВМТ, задняя кромка полости камеры сгорания К1 перекрывает окно 38, форсунка 35 впрыскивает топливо в камеру сгорания К1, происходит процесс физико-химической подготовки топлива к сгоранию, поршень 37 движется вниз от ВМТ к НМТ (540°), в камере сгорания К1 воспламеняется от свечи 40 смесь воздуха с топливом и начался процесс сгорания. Поршень 37 движется вверх и подошел к ВМТ (720°), кромка полости камеры сгорания К1 открывает окно 39, начался процесс выхода потока газов и расширения. Поршень 37 движется вниз от ВМТ к НМТ (900°), в камере сгорания К1 происходит процесс выхода потока газов и расширения. Поршень 37 движется от НМТ к ВМТ (1080°), в камере сгорания К1 закончена продувка от продуктов сгорания, и процесс продолжается. Аналогично происходят процессы в камерах сгорания К2, К3, которые сдвинуты по фазе угла поворота коленчатого вала относительно камеры сгорания К1 на 180° и 360° соответственно. Двигатель работает в режиме передачи крутящего момента с турбины на трансмиссию и одновременно передачи реактивной силы непосредственно на двигатель, при этом реактивная сила вызывает движение автомобиля, на котором двигатель установлен, вперед или его торможение, чем обеспечивается дополнительная безопасность движения.

По расчетам мощность двигателя от крутящего момента на турбине, от работы первого и четвертого цилиндров, при 3000 об/мин коленвала равна 85 л.с., реактивная сила тяги от работы потоков газов 2-го и 3-го цилиндров равна 4500 кгм/сек²=4500 H=458 кгс. Для расчета взяты технические данные двигателя ВА3-2108.

1. Шаровой механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий головку блока, установленную на четырехцилиндровом рядном двигателе, четыре шаровых узла, причем на каждый цилиндр установлен шаровой узел, последний состоит из разъемного корпуса, имеющего окна и отверстия, размещенного в полости корпуса шарового золотника, имеющего с двух сторон вдоль оси две цапфы, причем цапфы шаровых золотников соседних цилиндров соединены и образуют единый вал, соединенный шестернями с коленчатым валом двигателя, уплотнительные кольца и шариковые подшипники, отличающийся тем, что шаровой механизм газораспределения содержит турбину с валами и шестернями, расширители, реверсы, воздушную турбину, воздуховод, и газоотвод, на каждом шаровом золотнике выполнены три полусферические камеры сгорания, расположенные под углом 120° друг к другу по ходу вращения золотника, вокруг камер сгорания установлены круглые уплотнительные кольца, в корпусе выполнены два смежных окна для впуска воздуха в цилиндр и нагнетания его в камеры сгорания, окно для выхода потока газов из камер сгорания, внутри стенки корпуса выполнены полости для охлаждающей жидкости, одна форсунка расположена в воздуховоде возле окна для впуска, другая форсунка установлена на шаровом корпусе за окном для впуска по ходу вращения шарового золотника и возле свечи зажигания, одна цапфа золотника имеет шлицы внутри, а другая снаружи, шариковые подшипники установлены на цапфы с внутренними шлицами, за один оборот коленчатого вала шаровой золотник с камерами сгорания поворачивается на 120°, турбина соединена через шестерни и валы с коленчатым валом, лопасти воздушной турбины установлены в средней части турбины и нагнетают воздух через воздуховод к шаровым узлам, расширители установлены на шаровых узлах второго и третьего цилиндров, реверсы установлены в средней части расширителей, выполнены в виде задвижек, которые могут перемещаться относительно окна для выхода потока газов, направляя потоки газов в одну или другую сторону расширителей.

2. Шаровой механизм газораспределения двигателя по п.1, отличающийся тем, что в шаровых узлах камеры сгорания отделены от полостей цилиндров и процессы сгорания не зависят от положения поршней в цилиндрах, поршни в цилиндрах выполняют функции нагнетателя воздуха или смеси воздуха с топливом в камеры сгорания.

3. Шаровой механизм газораспределения двигателя по п.1, отличающийся тем, что потоки газов из первого и четвертого шаровых узлов выходят к лопастям турбины, потоки газов из второго и третьего шаровых узлов выходят в расширители, где создают импульсы сил реактивного движения, в результате чего двигатель становится реактивно-турбинным импульсного типа.