Авиационный дизельный двигатель

Изобретение относится к области авиационных поршневых двигателей. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя при минимизации вибрации. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель выполнен оппозитным, восьмицилиндровым с обеспечением возможности работы только на одном блоке цилиндров (четыре цилиндра из восьми цилиндров). Коленчатый вал имеет четыре спаренных колена, и порядок зажигания двигателя имеет вид 1-7-5-3-6-4-2-8. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 15 ил.

 

Родственная заявка

По настоящей заявке испрашивается приоритет на основании предварительной заявки на патент США № 61/546,391, поданной 12 октября 2011 г., которая полностью включена в настоящую заявку путем ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение является авиационным двигателем, пригодным для использования в областях авиации общего назначения и беспилотной авиации. Более конкретно, настоящее изобретение является компрессионным двигателем внутреннего сгорания, приспособленным для использования в авиационной среде.

Уровень техники

По меньшей мере со Второй мировой войны легкий летательный аппарат (авиация общего назначения и в последнее время беспилотный летательный аппарат (БПЛА) приводился в действие бензиновым двигателем с воздушным охлаждением, который обычно формировался в конфигурации с шестью оппозитными цилиндрами. Такие двигатели работали на высокооктановом авиационном бензине. Проблема состоит в том, что недоступность авиационного бензина в удаленных частях света означала, что авиация общего назначения была в основном недоступна в этих областях, в тех самых областях света, которые больше всего нуждаются в услугах авиации общего назначения. В последнее время можно наблюдать, что нефтеперерабатывающие заводы вынуждены производить авиационный бензин, тем самым увеличивая мировое предложение. В то время как все виды топлива не дешевы, авиационный бензин является особенно дорогим.

В отличие от относительно дефицитного и дорогостоящего авиационного бензина, относительно недорогое дизельное топливо и/или топливо для реактивных двигателей (JP) является намного более общедоступным по всему миру. В то время как качество такого топлива может значительно отличаться от места к месту, компрессионный двигатель внутреннего сгорания может сжигать либо дизельное топливо, либо топливо для реактивных двигателей (JP) почти одинаково хорошо. Могут быть замечены такие отличия, как разница в цетановом числе (CN) топлива, известной характеристике топлива.

Однако такой компрессионный двигатель внутреннего сгорания представляет множество задач своему конструктору, включающих в себя:

характеристику крутящего момента, близкую гармоникам воздушного винта;

избыточность топливных систем;

конструкцию турбонаддува;

нагрузку на коренной подшипник со стороны двух блоков; и

требования к мощности при снижении.

По всему миру существует необходимость в авиационном двигателе, который может работать на таком топливе (дизельное топливо или топливо для реактивных двигателей (JP)), и в то же время учитывает задачи, указанные выше.

Раскрытие изобретения

Заявитель создал новый «плоский V-образный» двигатель, чтобы решить проблемы индустрии авиации общего назначения (GA) в следующих десятилетиях. Концепция двигателя использует новую дизельную технологию, чтобы увеличить эффективность существующего летательного аппарата, и позволить производителям летательных аппаратов получить доступ к растущим рынкам. Преимущество плоского V-образного двигателя состоит в том, что он использует архитектуру двигателя, которая эффективно использует материалы, чтобы позволить дизельному двигателю конкурировать по весу с современной технологией. Вес настоящего двигателя сравним с весом двигателей с шестью оппозитными цилиндрами с воздушным охлаждением, и в то же время содержит восемь цилиндров и имеет компрессионную конструкцию внутреннего сгорания.

Чтобы решить проблемы вибраций, двигатель по настоящему изобретению использует концепцию «спаренного колена», которая используется в соединении с балансировочной системой первого порядка, чтобы минимизировать вибрации частей летательного аппарата и обеспечить комфорт пассажира.

Обычный способ, который используют конструкторы двигателей, состоит в определении формы коленчатого вала, которая действует, чтобы обеспечить следующие параметры:

однородное зажигание двигателя;

удовлетворительный внешний баланс двигателя; и

минимальные нагрузки на коренные подшипники двигателя.

Хотя расчеты, необходимые для определения оптимальных компромиссов, могут стать достаточно сложными при рассмотрении двигателей с несколькими цилиндрами, методика достаточно хорошо документирована, чтобы определить работоспособное решение.

В первом приближении порядок зажигания в новой концепции двигателя разрабатывается с помощью относительно систематического подхода, как отмечено выше. При приближении к порядку зажигания для настоящего двигателя, несколько других критериев, уникальных для авиационной среды, были использованы, чтобы рассмотреть возможные порядки зажигания, включающих в себя:

характеристику крутящего момента, близкую гармоникам воздушного винта;

избыточность топливных систем;

концепции турбонаддува;

нагрузку на коренной подшипник со стороны двух блоков; и

требования к мощности при снижении.

После рассмотрения предыдущих переменных в настоящий двигатель был включен новый порядок зажигания, который предлагает системам преимущества, выходящие за пределы преимуществ, получаемых посредством традиционных методик, отмеченных выше. Этот порядок зажигания придает плоскому V-образному двигателю по настоящему изобретению характеристики, которые обеспечивают превосходную эффективность в роли двигателя летательного аппарата.

Двигатель по настоящему изобретению включает в себя новые элементы, которые обеспечивают следующее:

1. Порядок зажигания для конфигурации спаренного колена коленчатого вала. Порядок зажигания (1-7-5-3-6-4-2-8) является уникальным для применения в авиационном двигателе.

2. Уникальный порядок зажигания, отмеченный выше, позволяет двигателю быть «электрически разделенным» на два блока для цели избыточности двигателя.

3. Уникальный порядок зажигания также позволяет разделить топливные системы в конфигурации с двумя блоками, что может позволить летательному аппарату работать, запуская только один блок (четыре цилиндра из восьми цилиндров) двигателя.

4. Порядок зажигания дополнительно позволяет двигателю иметь конфигурацию с двумя блоками с точки зрения подачи воздуха. Турбонагнетатели могут быть выполнены с возможностью независимого нагнетания воздуха в каждый блок двигателя, тем самым позволяя двигателю работать в конфигурации с двумя блоками избыточным образом.

5. Новый порядок зажигания позволяет восьмицилиндровому двигателю работать как четырехцилиндровый двигатель с относительно равномерно распределенными импульсами зажигания.

6. Возможность использовать восьмицилиндровый двигатель в четырехцилиндровом режиме позволяет форсункам работающего блока работать с увеличенной эффективностью посредством использования зажигаемых цилиндров при более высокой нагрузке.

7. Новый порядок зажигания не использует «двойное зажигание» с точки зрения блока (это означает последовательное зажигание соседних цилиндров блока), так как такое соседнее зажигание имеет тенденцию приводить к «разрушению» масляной пленки в коренных подшипниках.

8. Дополнительная инерционная нагрузка и нагрузка трения восьмицилиндрового двигателя, по сравнению с шестицилиндровым двигателем по предшествующему уровню техники, являются достаточными, чтобы позволить двигателю работать на одном блоке цилиндров, не вызывая крутящее возмущение системы воздушного винта.

9. Один блок плоского V-образного двигателя может выключаться, чтобы увеличить экономию топлива летательного аппарата, когда необходимо, увеличивая общую безопасность системы.

10. Деактивация блока также используется, чтобы стабилизировать сгорание при снижениях летательного аппарата, на сниженных нагрузках, что является очень важным соображением в применениях на БПЛА.

11. Совместно используемые системы двух блоков, такие как система охлаждения, действуют в качестве тепловой батареи, чтобы формировать сгорание и стабилизировать двигатель, когда работает только один блок.

12. Совместно используемая система смазки позволяет одной половине двигателя работать с тепловой стабильностью в случае отказа системы охлаждения. То есть система смазки является достаточной для охлаждения поршней/двигателя, когда тепло от 4 работающих цилиндров поглощается полной тепловой массой двигателя посредством теплопередачи.

Настоящее изобретение относится к авиационному двигателю, который обеспечивается воспламенением от сжатия и весом менее 725 фунтов. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу изготовления авиационного двигателя.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - вид в перспективе двигателя по настоящему изобретению, установленного на испытательный стенд и соединенного с воздушным винтом;

Фиг. 2 - схематичный вид спереди двигателя по пункту 1 формулы изобретения;

Фиг. 3 - схематичный вид сбоку двигателя по пункту 1 формулы изобретения;

Фиг. 4 - вид в перспективе коленчатого вала двигателя по пункту 1 формулы изобретения;

Фиг. 5 - графическое представление инерционных сил, действующих на коленчатый вал двигателя по пункту 1 формулы изобретения;

Фиг. 6 - графическое представление системы обозначений двигателя;

Фиг. 7 - вид спереди расположения двойной турбины со схемой наддува с двумя блоками;

Фиг. 8 - графическое изображение параметров гидродинамического подшипника;

Фиг. 9 - графическое изображение объединенной инерционной и газовой нагрузки на шатунный подшипник двигателя;

Фиг. 10 - графическое изображение нагрузок на коренной подшипник обычного V-образного восьмицилиндрового двигателя (сверху) и двигателя по настоящему изобретению (снизу);

Фиг. 11 - графическое изображение нагрузки двигателя, когда работает только первый блок;

Фиг. 12 - графическое изображение нагрузки двигателя, когда работает только второй блок;

Фиг. 13 - схематичное представление потока единой системы охлаждения настоящего двигателя;

Фиг. 14 - схематичное представление потока единой системы смазки настоящего двигателя; и

Фиг. 15 - схематичное представление потока индивидуальной системы смазки с двумя блоками настоящего двигателя.

Осуществление изобретения

Двигатель по настоящему изобретению показан в целом ссылочной позицией 100 на фиг. 1-3. В примерной конфигурации, двигатель 100 соединен при функционировании с передаточным элементом 104, передаточный элемент, соединенный при функционировании с воздушным винтом 106. Воздушный винт 106 содержит три лопасти 108 в этом конкретном примере. Возможны другие количества лопастей 108. Стоит отметить, что двигатель 100 весит не более 725 фунтов со своим обычным вспомогательным оборудованием, и предпочтительно имеет рабочий объем 4,4 л, хотя большие или меньшие рабочие объемы также могут использоваться. Двигатель 100 развивает мощность по меньшей мере в 300 лс. Фиг. 2 и 3 являются схематичными представлениями двигателя 100. Двигатель 100 соединен при функционировании с испытательным стендом 102. Двигатель 100 состоит из восьми цилиндров в плоской оппозитной конфигурации с четырьмя цилиндрами в первом блоке и четырьмя оппозитными цилиндрами во втором блоке, как более подробно описано ниже.

Двигатель 100 по настоящему изобретению использует увеличенное количество цилиндров, восемь, по сравнению с существующими авиационными двигателями с шестью цилиндрами, как способ минимизации колебаний крутящего момента с целью увеличения срока службы воздушного винта и снижения вибрационной характеристики двигателя 100. Плоская V-образная конфигурация используется, чтобы существенно уменьшить вес дизельного двигателя посредством минимизации количества материала картера двигателя, используемого в этой конструкции. Вдобавок, плоская конструкция полезна в летательном аппарате, имеющем конфигурацию с несколькими двигателями, где аэродинамическое сопротивление модулей двигателей становится более важным. Доказано, что плоская конфигурация аэродинамически выгодна в тех случаях, в которых важно уменьшенное сопротивление.

Многие конфигурации коленчатого вала возможны в данном двигателе. Силы, создаваемые вращающимся коленчатым валом 110 по фиг. 4, были оценены в конструкции двигателя по настоящему изобретению. Как отмечено на фиг. 5, суммы свободных сил (Frot, FI и FII) и свободных моментов (MI и MII) не зависят от порядка зажигания и интервала.

Силы, создаваемые вращающимся коленчатым валом 110, являются функцией следующих элементов конструкции двигателя:

вес поршня;

вес стержня и местоположение центра тяжести, длина стержня относительно длины колена кривошипа;

масса противовеса;

расстояние между цилиндрами; и

скорость двигателя.

Вес отдельных компонентов двигателя и архитектура двигателя были выбраны для контроля создаваемых сил, но физика модуля двигателя требует, чтобы суммирование сил следовало суммированию, показанному выше, как показано на фиг. 5.

Выбранный порядок зажигания имеет много возможностей в пределах расположения коленчатого вала по схеме «спаренного колена», приспособленной для настоящего двигателя 100. См. коленчатый вал 110 по фиг. 4. Как показано на фиг. 4, коленчатый вал 110 содержит четыре спаренных колена, колено 112, колено 114, колено 116 и колено 118. Пара шатунов для соответствующих стержней двух цилиндров, расположенных в оппозитных блоках цилиндров (описанных ниже), предпочтительно с возможностью вращения соединяется с каждым из соответствующих спаренных колен, 112, 114, 116 и 118, отсюда происходит термин «спаренный».

ОБОЗНАЧЕНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРЯДКА ЗАЖИГАНИЯ

Плоский V-образный двигатель 100 включает в себя восемь цилиндров, которые пронумерованы, как показано на фиг. 6. Коленчатый вал 110 по фиг. 4 определяет ось y по фиг. 6. Обозначения системы обозначений цилиндров используются в связи с коленчатым валом 110 со спаренными коленями, как на фиг. 4. Как отмечено в описании фиг. 6, имеется два блока из четырех цилиндров, блок 120 и оппозитный блок 122. Цилиндры 1-4 упорядочены от задней части двигателя 100 к передней части, или части воздушного винта, двигателя 100. Оппозитные цилиндры 5-8 упорядочены от задней части двигателя 100 к передней части, или части воздушного винта, двигателя 100. Цилиндры 1 и 5 с возможностью вращения соединены со спаренным коленом 118. Цилиндры 2 и 6 с возможностью вращения соединены со спаренным коленом 116. Цилиндры 3 и 7 с возможностью вращения соединены со спаренным коленом 114. Наконец, цилиндры 4 и 8 с возможностью вращения соединены со спаренным коленом 112.

ИЗБЫТОЧНОСТЬ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ

Большинство современных дизельных двигателей используют схему впрыска топлива «с общей топливной магистралью», в которой топливный насос высокого давления поддерживает магистральное давление примерно в 200 МПа. Управляющий клапан магистрального давления поддерживает магистральное давление, и каждая форсунка зажигается отдельно по электронному сигналу, управляющий клапан магистрального давления и каждая форсунка, оперативно соединенные и управляемые блоком управления двигателем (ECU).

С учетом вышеприведенных обозначений, конфигурация, которая наиболее подходящим образом удовлетворяла бы требованиям применения авиации общего назначения, была определена заявителем, помня о том, что двигатель должен иметь компрессионную конструкцию внутреннего сгорания. Принимается во внимание, что компрессионная конструкция внутреннего сгорания использует совершенно другие соображения по сравнению с работающим на бензине двигателе. Каждый из следующих элементов рассматривался, как конструкция, направленная на ее готовое решение для настоящего двигателя 100.

Настоящий двигатель 100 сконструирован, как имеющий более высокое количество цилиндров (восемь) чем текущие авиационные двигатели (как правило, шесть цилиндров). Это сделано, по меньшей мере частично, из-за более высокого давления в цилиндре компрессионного двигателя внутреннего сгорания, действующего на подшипник коленчатого вала, по сравнению с современными бензиновыми двигателями, в которых воспламенение осуществляется искрой. Преимущество более высокого количества цилиндров состоит в том, что собственная инерция дополнительных цилиндров действует, чтобы сгладить крутящий момент двигателя, и регулировать подачу крутящего момента.

Конструкция настоящего двигателя 100 не предусматривает «двойного зажигания», которое традиционно дает более однородный составляющий 90 градусов интервал в четырехтактном цикле. Двойное зажигание - это зажигание двух цилиндров, по одному из каждого соответствующего блока 120, 122 одновременно. Соответственно, за составляющий 720 градусов цикл (два поворота двигателя 100), все восемь двигателей зажигаются с интервалами в 90 градусов.

Эффективный контроль уровня вибраций 8 цилиндров высокой мощности был включен в конструкцию двигателя 100, используя комбинацию элементов изоляции крутящего момента и поглотителей 124, соединенных с коленчатым валом 110, как показано на фиг. 4. Такой контроль сделал возможным рассмотрение того, какой порядок зажигания мог бы сделать двигатель 100 избыточным в конфигурации с 2 блоками по 4 цилиндра. Это предположение может указываться ссылкой, как конфигурация 4x2 для настоящего восьмицилиндрового двигателя 100. Такая конфигурация требует подразделения двигателя 100 на два независимых блока 120, 122 для максимальной избыточности и эффективности.

Со ссылкой на фиг. 15, показана избыточная система 130 впрыска топлива (FI). Было определено, что в современной системе впрыска топлива с общей топливной магистралью топливный насос высокого давления является компонентом, наиболее подверженным поломкам. Соответственно, стратегия использования двух насосов включена в избыточную FI систему 130, содержащую два топливных насоса высокого давления 132, 134. Недавние улучшения в конструкции насоса снизили вес объединенного компонента из насосов 132, 134 до диапазона весов одного насоса предыдущего поколения.

Топливная магистраль 136 обычно является удлиненной высокопрочной «трубной магистралью», которая предпочтительно лежит вдоль каждой головки цилиндра, как показано на фиг. 15. Так как насосы 132, 134 обычно приводятся в действие механизмом кулачкового привода, расположенным в конце двигателя 100, имеет смысл, чтобы топливные компоненты объединялись в модуле головок цилиндров.

Как отмечено на фиг. 15, топливо всасывается из общего топливного бака 138 насосами 140, 142 низкого давления через соответствующие топливные фильтры 144. Соответствующие блоки 148, 150 управления двигателем (ECU) электронным образом управляют соответствующим клапаном 152, 154 дозировки топлива. Стоит отметить, что также может использоваться одиночный ECU, имеющий объединенные функции соответствующих блоков 148, 150 управления двигателем (ECU). Топливо, посредством соответствующих клапанов 152, 154 дозировки топлива, становится доступным соответствующим топливным насосам 132, 134 высокого давления, и, следовательно, соответствующим форсункам 156 соответствующих блоков 120 и 122.

Цилиндры 1, 2, 3, 4, сгруппированы в первом блоке 122, а цилиндры 5, 6, 7, 8 сгруппированы в оппозитном втором блоке 120, как показано на фиг. 6. Этот способ группировки по существу электронным образом разделяет двигатель 100 на конфигурацию 4x2, которая следует архитектуре блока 122, 120, как описано непосредственно выше.

Соответственно, двигатель 100 составлен из двух четырехцилиндровых двигателей, которые совместно используют один и тот же коленчатый вал и некоторые другие вспомогательные средства, но могут работать независимо друг от друга. Механическая система смазки и система охлаждения предпочтительно совместно используются двумя четырехцилиндровыми двигателями, но каждый из двух четырехцилиндровых двигателей по существу работает независимо от другого, работает ли двигатель 100 с зажиганием восьми цилиндров, или зажигается только один из двух четырехцилиндровых двигателей. Предпочтительно, двойной блок управления двигателем (ECU), выполняющий функции ECU 148, 150, обеспечивает полное электронное разделение двигателя 100 на схему 4x2. ECU 148, 150 могут выключать любой (или, к тому же, оба одновременно) из двух четырехцилиндровых блоков 120, 122 двигателя посредством простой остановки потока топлива через соответствующий клапан 152, 154 дозировки топлива, или переставая запускать электронным образом соответствующие форсунки 156, если требуется.

ДВОЙСТВЕННОСТЬ СИСТЕМ ТУРБОНАДДУВА

Концепция двойственности 4x2, отмеченная выше, требует двойственности системы наддува воздуха для каждого из двух четырехцилиндровых двигателей. Большинство установок с одним двигателем на летательном аппарате используют трехколесную конфигурацию шасси, в которой носовое колесо шасси должно быть встроено в двигательный отсек. Одно это уже делает желательным встраивание установки двойных турбин в двигатель 100, чтобы обеспечить достаточно места для ниши шасси, необходимой для размещения носового колеса шасси в не взлетной/не посадочной конфигурации полета летательного аппарата.

Дополнительно, так как коренные подшипники 119 коленчатого вала 110 (см. фиг. 4) всегда подвергаются одинаковым инерционным нагрузкам, когда двигатель 100 вращается с заданным значением об/мин, должно быть определено, когда стоит объединять газовые силы, создаваемые при зажигании соответствующих цилиндров, с инерционными нагрузками. Это осуществляется посредством выбора порядка зажигания двигателя 100. Шатунные газовые силы сравниваются с инерционными силами на фиг. 8 и 9. Это те же силы, которые переносятся на коренные подшипники коленчатого вала 110 во время сгорания в конкретном цилиндре.

Фигура 7 показывает расположение компонентов, которое разделяет подачу воздуха на схеме с двумя блоками для функционирования 4x2. Идея такой схемы состоит в разделении наддува воздуха так, чтобы, если половина двигателя (например, блок 120) «отказывает» или выключается, второй блок 122 не терял давление наддувочного воздуха из-за потери подачи из неработающего блока 120. Таким образом, система выпуска и впуска разделяются, чтобы соответствовать электронной избыточности, используемой в продольной схеме 4x2, упомянутой выше. Фиг. 7 показывает выпускной трубопровод 170, 172, который приводит в действие участок турбины соответствующих турбин 174, 176. Участок компрессора соответствующих турбин 174, 176 предоставляет наддувочный воздух через соответствующие стрелки 178, 180 соответствующим промежуточным охладителям 182, 184. Понятно, что специальный трубопровод транспортирует надувочный воздух из соответствующих турбин 174, 176 в соответствующие промежуточные охладители 182, 184. Впускные коллекторы 186, 188 предоставляют охлажденный наддувочный воздух впускным отверстиям соответствующих блоков 120, 122. Соответственно, двигатель 100 обеспечивается избыточными, независимыми системами впуска/выпуска с двумя блоками.

Другое преимущество такой избыточной системы впуска/выпуска с двумя блоками обсуждается ниже в связи с требованиями для длинных снижений, когда может быть выгодно «выключить» половину (любой блок 120 или 122, по желанию) двигателя 100.

НАГРУЗКА НА КОРЕННОЙ ПОДШИПНИК

Двигатель 100 сконструирован, чтобы избежать «двойной нагрузки» на коренные подшипники на основании двух блоков. Инерция и давления цилиндров обычно переносятся одним из 5 коренных подшипников в любом восьмицилиндровом V-образном двигателе, как показано в верхней части фиг. 10. Любая из этих сил (инерция или давления цилиндров) могут нагружать гидродинамические подшипники (тонкую пленку масляного покрытия конкретного подшипника) до тех пор, пока масляная пленка не уменьшается до граничного уровня. На практике, коленчатый вал никогда на самом деле не «касается» коренного подшипника, так как он вращается благодаря присутствию расположенного между ними слоя масляной пленки. Параметры коренного подшипника показаны на фиг. 8. Избегание двойных зажиганий на конкретном спаренном подшипнике является важным соображением при расчете долговечности вращающихся компонентов двигателя 100. Конструкция настоящего двигателя избегает таких зажиганий. Нагрузка на подшипник обычного V-образного восьмицилиндрового двигателя по предшествующему уровню техники показана в верхней части фиг. 10. Нагрузка на подшипник двигателя 100 показана в нижней части фиг. 10. Стоит отметить, что новый порядок зажигания в настоящем двигателе 100 приводит к нагрузке на подшипник, которая очень похожа на таковую в V-образном двигателе по предшествующему уровню техники. Следовательно, не существует конкретного состояния нагрузки, в котором V-образная конфигурация предпочиталась бы плоской конфигурации, и наоборот.

СНИЖЕНИЕ

Летательный аппарат сталкивается с уменьшением требуемой мощности двигателя во время своего снижения. Время на снижение зависит от качества планирования конкретного летательного аппарата. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) сконструированы, чтобы проводить в бою настолько много времени, насколько возможно в их длинных заданиях, поддерживая солдат на земле. Эта функция требует, чтобы они использовали минимальный уровень мощности, чтобы выполнять патрулирование, и БПЛА медленно снижаются благодаря их «планирующим» характеристикам полета.

Так как дизельные двигатели основаны на воспламенении от сжатия для сгорания, а не на искровом воспламенении, сгорание, получаемое с помощью воспламенения от сжатия, может становиться нестабильным из-за недостатка управления в нижнем диапазоне функционирования форсунки (то есть функционирования с минимальным расходом топлива).

Каждая форсунка в компрессионном двигателе 100 внутреннего сгорания сконструирована, чтобы иметь широкий диапазон функционирования. Современные топливные форсунки сконструированы, чтобы выдавать множество импульсов топлива в одном событии впрыска, чтобы сформировать кривую давления сгорания события для привода на низкой скорости и низкой нагрузке. Во многих случаях давление в общей магистрали снижается, чтобы учесть скорость переключения форсунки. Это имеет место за счет самого эффективного распыления топлива форсункой, которое происходит, когда двигатель высоко нагружен. Уменьшение эффективности распыления топлива обычно приводит к уменьшению эффективности двигателя.

Количество энергии, требуемой во время снижения летательного аппарата, может быть достаточно низким, чтобы позволить выключить один из блоков 120, 122 двигателя 100. Эта стратегия ECU 148 или 150 (см. фиг. 15) вызывает несколько полезных эффектов:

эта стратегия позволяет форсункам работающего блока 120 или 122 цилиндров работать в пределах своих конструктивных диапазонов на более высоких значениях подачи топлива, что приводит к лучшему распылению топлива;

нагрузка трения восьмицилиндрового двигателя поддерживается даже с одним выключенным блоком 120, 122, тем самым позволяя двигателю 100 сохранять тепловую стабильность с точки зрения сгорания;

экономия топлива, и диапазон и дальность полета летательного аппарата увеличиваются во время длинных снижений;

В ситуациях, в которых подача топлива приближается к абсолютному минимуму, пилот имеет возможность увеличить дальность полета летательного аппарата и осуществить безопасную посадку без иссякания топлива; и

динамика воздушного винта поддерживается с помощью подходящего порядка зажигания, все еще допуская выгодное формирование скорости впрыскиваемого топлива в работающем блоке 120 или 122, которое возможно при более высоком значении мощности работающей четырехцилиндровой части двигателя (блока 120 или 122) двигателя 100.

ПОДРОБНОСТИ ПОРЯДКА ЗАЖИГАНИЯ

Двигатель 100 по настоящему изобретению использует уникальный порядок зажигания, который является особенно эффективным с точки зрения избыточности в конфигурации 4x2. Как упоминалось выше, нет очевидного преимущества настоящего порядка зажигания для восьмицилиндрового двигателя с точки зрения нагрузки на коренной подшипник по сравнению с V-образным восьмицилиндровым двигателем по предшествующему уровню техники. Преимущества порядка зажигания, приспособленного для двигателя 100, становятся очевидными при рассмотрении других аспектов.

Приспособленный порядок зажигания, 1-7-5-3-6-4-2-8, двигателя 100 обеспечивает сравнительно равномерное зажигание цилиндров при работе двигателя 100 в виде четырехцилиндрового двигателя, когда один из блоков 120, 122 деактивирован. Деактивация выполняется системой управления двигателем ECU 148, 150 на выбранном блоке 120 или 122, как показано на фиг. 15. Эффект относительно равномерного зажигания также имеет эффект улучшения производительности турбонагнетателя, и положительно влияет на крутящую реакцию системы двигатель-воздушный винт.

Отсутствует «двойное зажигание», отрицательно влияющее на спаренный подшипник, которое зажигание может разрушать масляные пленки или приводить коленчатый вал 110 двигателя в изгибающий резонанс.

Двигатель 100 может по выбору быть разделен на конфигурацию 4x2, которая приводит к разделению на два блока. Такое разделение действует, чтобы разделить двигатель способами, обозначенными ниже:

электрически с точки зрения управления двигателем (фиг. 15);

впуск с точки зрения наддува воздуха и выпуска (фиг. 7); и

с точки зрения подачи топлива, при использовании стратегии с двумя насосами, как описано выше (фиг. 15).

Дополнительно, совместно используемые системы помогают улучшить двигатель 100 как целое. Следующие системы используются совместно, чтобы улучшить работу двигателя 100:

как показано на фиг. 13, система охлаждения используется совместно, чтобы функционировать в качестве большой тепловой батареи и гарантировать, что второй блок готов к «повторному зажиганию» по желанию;

как показано на фиг. 14, система смазки используется совместно, чтобы гарантировать, чтобы двигатель 100 не потеряет подачу масла к коренному подшипнику и тепловую емкость системы охлаждения масла; и

инерция 8 цилиндров используется, чтобы сформировать характеристику крутящего момента обычного четырех цилиндрового двигателя. Дополнительная инерция также действует в качестве большого собственного маховика, хотя 4 цилиндра могут не зажигаться. См. фиг. 11 и 12, чтобы увидеть характеристики крутящих моментов соответствующих блоков 120, 122.

Фиг. 13 - схематичное представление системы 170 охлаждения двигателя 100. Система 170 охлаждения является единой системой для двигателя 100 безотносительно рабочего состояния соответствующих блоков 120, 122. Охлаждающее средство всасывается из радиатора 172. Охлаждающее средство одновременно предоставляется насосам 174, 176. Насос 174 подает охлаждающее средство в блок 122, а насос 176 подает охлаждающее средство в блок 120. Насос 174 прокачивает охлаждающее средство через блок 178 цилиндров, рубашку 180 цилиндра и головку 182 цилиндра. Одновременно, насос 176 прокачивает охлаждающее средство через блок 184 цилиндров, рубашку 186 цилиндра и головку 188 цилиндра. Соответственно, при любых условиях функционирования, охлаждающее средство подается ко всему двигателю 100.

Фиг. 14 - схематичное представление системы 190 смазки двигателя 100. Система 190 смазки является единой системой для двигателя 100 безотносительно рабочего состояния соответствующих блоков 120, 122. Понятно, что все вращающиеся компоненты двигателя 100 вращаются независимо от рабочего состояния двигателя 100. Это не зависит от того, работает ли двигатель 100 с зажиганием всех восьми цилиндров, или один или другой блок 120, 122 зажигается отдельно. Следовательно, смазка должна предоставляться всем вращающимся компонентам двигателя 100 в любое время работы. Смазка всасывается из маслоотстойника 192 посредством масляного насоса 194. Масляный насос 194 формирует давление масла в линии 196. Такое давление откроет предохранительный клапан 198, если давление превысит определенный уровень, и затем перенесет масло назад в маслоотстойник 192. Сжатое масло отправляется через датчик 200 давления и через фильтр 202 в масляный радиатор 204. Из масляного радиатора 204 масло направляется в коленчатый вал 110 и в головки 206, 208 цилиндров. После смазывания коленчатого вала 110 и головок 206, 208 цилиндров масло под низким давлением отправляется назад в маслоотстойник 192 через линии 210. В соответствии с вышеописанным, отметим, что весь двигатель 100 смазывается объединенной, общей системой 190 смазки, и это происходит в любом рабочем состоянии.

При том, что изобретение поддается различным модификациям и альтернативным формам, его отдельные варианты были показаны на чертежах посредством примера и были подробно описаны. Стоит понимать, однако, что не подразумевается ограничение изобретения конкретными описанными вариантами осуществления. Напротив, изобретение подразумевается охватывающим все модификации, эквиваленты и альтернативы.

1. Двигатель с плоской оппозитной восьмицилиндровой конфигурацией с коленчатым валом со спаренным коленом, выполненный с обеспечением возможности работы только на одном блоке цилиндров (четыре цилиндра из восьми цилиндров) при минимизации вибрации, причем двигатель содержит:

восемь цилиндров в плоской оппозитной конфигурации с четырьмя цилиндрами в первом блоке и четырьмя цилиндрами в оппозитном втором блоке, причем цилиндры 1, 2, 3, 4 сгруппированы в первом блоке, а цилиндры 5, 6, 7, 8 сгруппированы во втором блоке;

коленчатый вал, имеющий четыре спаренных колена, соединенных при функционировании с соответствующими поршнями оппозитных цилиндров, при этом первое спаренное колено соединено при функционировании с поршнями цилиндров 1 и 5, второе спаренное колено соединено при функционировании с поршнями цилиндров 2 и 6, третье спаренное колено соединено при функционировании с поршнями цилиндров 3 и 7 и четвертое спаренное колено соединено при функционировании с поршнями цилиндров 4 и 8; и

порядок зажигания двигателя имеет вид 1-7-5-3-6-4-2-8.

2. Двигатель по п. 1, дополнительно содержащий блок управления двигателем, способный выключать любой из первого или второго блока цилиндров.

3. Двигатель по п. 2, в котором блок управления двигателем выполнен с возможностью обеспечения электрической независимости с точки зрения управления двигателем и топливной независимости с точки зрения подачи топлива в двигатель.

4. Двигатель по п. 2, дополнительно содержащий единую систему охлаждения, которая соединена при функционировании с каждым соответствующим блоком цилиндров, и единую систему смазки, соединенную при функционировании с каждым соответствующим блоком цилиндров.

5. Двигатель по п. 1, дополнительно содержащий турбонагнетатель.

6. Способ изготовления оппозитного восьмицилиндрового двигателя с коленчатым валом со спаренным коленом, выполненного с обеспечением возможности работы только на одном блоке цилиндров (четыре цилиндра из восьми цилиндров) при минимизации вибрации, причем способ содержит этапы, на которых:

изготавливают блок двигателя, имеющий восемь цилиндров в плоской оппозитной конфигурации с четырьмя цилиндрами в первом блоке и четырьмя цилиндрами в оппозитном втором блоке, причем цилиндры 1, 2, 3, 4 сгруппированы в первом блоке, а цилиндры 5, 6, 7, 8 сгруппированы во втором блоке;

изготавливают коленчатый вал, имеющий четыре спаренных колена, соединенных при функционировании с соответствующими поршнями оппозитных цилиндров, при этом первое спаренное колено соединено при функционировании с поршнями цилиндров 1 и 5, второе спаренное колено соединено при функционировании с поршнями цилиндров 2 и 6, третье спаренное колено соединено при функционировании с поршнями цилиндров 3 и 7 и четвертое спаренное колено соединено при функционировании с поршнями цилиндров 4 и 8; и

устанавливают порядок зажигания двигателя вида 1-7-5-3-6-4-2-8.

7. Способ изготовления двигателя по п. 6, дополнительно содержащий этап, на котором разделяют первый и второй блоки цилиндров для независимой работы.

8. Способ изготовления двигателя по п. 7, дополнительно содержащий этапы, на которых:

обеспечивают электрическую независимость с точки зрения управления двигателем;

обеспечивают независимость впуска с точки зрения наддува воздуха и выпуска двигателя; и

обеспечивают топливную независимость с точки зрения подачи топлива в двигатель.

9. Способ изготовления двигателя по п. 7, дополнительно содержащий этапы, на которых:

обеспечивают единую систему охлаждения; и

обеспечивают единую систему смазки.

10. Способ изготовления двигателя по п. 6, дополнительно содержащий этап, на котором включают турбонагнетатель в состав двигателя.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к двигателестроению, а именно к регулированию двигателей отключением отдельных цилиндров. Техническим результатом является повышение экономичности двигателя.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ для двигателя (10) заключается в следующем.

Изобретение относится к защите двигателя от раннего зажигания. В способе управления двигателем для предотвращения раннего зажигания накачивают в цилиндр воздух без впрыскиваемого топлива, в то время как другой цилиндр сжигает обедненную топливовоздушную смесь.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Способ для двигателя заключается в следующем.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, имеющих свечи зажигания. Способ управления цилиндром двигателя, содержащим свечу зажигания, заключается в том, что ограничивают по нагрузке цилиндр в ответ на вызванное ухудшением параметров свечи зажигания раннее зажигание.

Изобретение может быть использовано в газораспределительной системе двигателей с переменным профилем кулачков распределительного вала. Способ для двигателя состоит в том, что настраивают электромеханический привод для приведения в действие механизма переключения профиля кулачков.

Изобретение относится к двигателестроению. Бескривошипный роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания изменяемой мощности содержит корпус, в котором установлен ротор.

Изобретение может быть использовано в многоцилиндровых двигателях внутреннего сгорания. Способ управления двигателем включает в себя контроль работы газообменного клапана.

Изобретение относится к области регулирования двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к дизельным электрическим агрегатам и может быть использовано для сохранения заданной частоты вращения ротора дизель-электрического силового агрегата при разных нагрузках со стороны потребителя.

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней, в котором поршни используют при тактах впуска и выпуска весь объем цилиндра, включая камеру сгорания.

Предложен кривошипный механизм с круглым ползуном, содержащий многорядную деталь возвратно-поступательного движения и однорядную деталь возвратно-поступательного движения, многорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, при этом однорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, которая может быть вставлена в продольную канавку многорядной детали возвратно-поступательного движения вдоль направления толщины, с тем, чтобы пересекать вертикально многорядную деталь возвратно-поступательного движения, направляющая деталь снабжена отверстием, принимающим средний круглый ползун, первый круглый ползун и второй круглый ползун смонтированы в одинаковой фазе, средний круглый ползун расположен между первым круглым ползуном и вторым круглым ползуном с фазовой разницей, составляющей 180 градусов, по сравнению с двумя круглыми ползунами, причем соседние круглые ползуны прикреплены друг к другу.

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания с оппозитным расположением цилиндров. Двигатель внутреннего сгорания с оппозитными цилиндрами содержит корпусной блок (1) с как минимум одной парой оппозитных гильз (2) и (3), в которых расположен цельный поршень, включающий пару поршневых головок (4) и (5).

Изобретение предлагает конструкцию оппозитного бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, который может использоваться для бензиновых или дизельных, как для четырехтактных, так и для двухтактных ДВС, как четырех цилиндровых, так и 8 и более цилиндров с использованием обычных систем газораспределения, зажигания, питания, впрыска и т.д.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к созданию двигателей внутреннего сгорания. Двигатель содержит полый шток, соединяющий поршни, выполненый диаметром, равным диаметру поршня, и оснащеный зигзагообразными, симметричными, замкнутыми канавками прямоугольного поперечного сечения по обе стороны от продолговатого отверстия для прохода впускного трубопровода в его центральной части, с которыми контактируют ролики, смонтированные в ступицах двух коаксиальных штоку конических шестерен на подшипниках качения, которые сочленены между собой третьей конической шестерней, передающей крутящий момент на вал отбора мощности.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности созданию двигателей внутреннего сгорания . Использование в автономных машинах и транспортных средствах, преимущественно в легкомоторной авиации, тракторах и с/х машинах.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Поршневой оппозитный двигатель внутреннего сгорания содержит оппозитно расположенные цилиндры (1).

Изобретение может быть использовано в дизельных двигателях. Четырехтактный дизельный двигатель содержит цилиндры (1), верхнюю цилиндровую крышку (2), прикрепленную к цилиндрам (1), кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, механизм привода вспомогательных агрегатов, механизм управления двигателем, системы смазки, питания, охлаждения и запуска.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания содержит четыре полых цилиндра (1), каждый из которых снабжен поршнем (2), установленным в его полости и соосно с ним, входом для поступления в полость цилиндра (1) свежего рабочего тела и выходом для удаления из полости цилиндра (1) отработанного рабочего тела.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр, силовой механизм, связанный посредством зубчатой передачи с маховиком, и систему зажигания и отвода выхлопных газов.

Предложен кривошипный механизм с круглым ползуном, содержащий многорядную деталь возвратно-поступательного движения и однорядную деталь возвратно-поступательного движения, многорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, при этом однорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, которая может быть вставлена в продольную канавку многорядной детали возвратно-поступательного движения вдоль направления толщины, с тем, чтобы пересекать вертикально многорядную деталь возвратно-поступательного движения, направляющая деталь снабжена отверстием, принимающим средний круглый ползун, первый круглый ползун и второй круглый ползун смонтированы в одинаковой фазе, средний круглый ползун расположен между первым круглым ползуном и вторым круглым ползуном с фазовой разницей, составляющей 180 градусов, по сравнению с двумя круглыми ползунами, причем соседние круглые ползуны прикреплены друг к другу.

Изобретение относится к области авиационных поршневых двигателей. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя при минимизации вибрации. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель выполнен оппозитным, восьмицилиндровым с обеспечением возможности работы только на одном блоке цилиндров. Коленчатый вал имеет четыре спаренных колена, и порядок зажигания двигателя имеет вид 1-7-5-3-6-4-2-8. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 15 ил.

Наверх