Двигатель внутреннего сгорания

 

(72) Авторы изобретения

В.В. Каксимов, А.К. Гаврилов, П.Л. Яевче и И.И, Мельников

--1 ) и 1,,,:,:„° (Сибирский автомобильно-дорожный институт им, .В.В,Куйбышева (7!) Заявитель (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

*

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие цилиндры с впускны" ми и выпускными клапанами, газораспре->. делительный механизм, форсунки, установленные в системе впуска двигателя и подключенные к расходному баку с водой при помощи магистрали, снабженной .. о дозатором, терморегулятором, камерой постоянного уровня, имеющей водяную и воздушную полости, и регулятором расхода, связанным с топливным насосом высокого давления, регулирование I5 подачи воды в таких двигателях осу" ществляется в*зависимости от нагрузки, в результате чего повышается эффективность использования топлива (1).

Однако в известных двигателях вода го поступает в систему впуска двигателя непрерывно на протяжение всего рабочего цикла через форсунки открытого типа, что приводит к некачественному распыливанию.воды на впуске, так как при закрытом впускном клапане воздух в двигатель не поступает.

Цель изобретения - уменьшение ток сичности и дымности путем повышения точности дозирования воды.

Указанная цель достигается тем, что двигатель дополнительно содержит распределитель, жестко связанный с газораспределительным механизмом и установленный в магистрали между водяной полостью камеры постоянного уровня и форсунками.

Камера постоянного уровня выполнена в одном корпусе с терморегулятором.

Причем терморегулятор выполнен в виде датчика с твердым наполнителем.

Кроме того, распределитель снабжен регулятором расхода воды .

Терморегулятор связан с системой охлаждения или с системой смазки. клапана, который через верхнюю резьбовуа часть закреплен на крышке 17 при помощи штуцера 24 через прокладку 25. Штуцер 24 связан трубкой 2 (Фиг. 1) с расходным баком 3. Штуцером 26 (фиг. 2) и трубкой 4 (фиг.1) воздушная полость камеры терморегулятора сообщена с пневморедуктором 5 и воздушной полостью расходного бака 3.. Выступающая часть днища камеры закрыта сеткой 27 (фиг. 2).

В нижнвй части корпуса 16 установлен терморегулятор 1. Колпак 28 имеет штуцеры 29 и 30 для подвода и отвода воды из системы охлаждения или масла из системы сжатия. Колпак 28 соединен по резьбе с нижней частью корпуса 16. Между колпаком и корпусом через кольцо 31 и регулировочные прокладки 32 установлен термосиловой датчик 33 с твердым наполнителем, Шток датчика упирается в золотниковую втулку 34, которая установлена в аксиальном отверстии нижней части корпуса и,; имеет одно радиальное отверстие, вы- ходяцее на цилиндрическую поверхность, и совмещающееся с радиальным отверстием штуцера 35. Золотниковая втул ка 34 поджата пружиной 36 и упирается в шток термосилового датчика 33. Через штуцер 35 и трубку 6 (фиг. 1) водная полость камеры постоянного уровня сообцена с распределителем 7.

Распределитель 7 состоит из корпуса 37 (Фиг. 3), установленного неподвижно на двигателе. Корпус 37 и стакан 38, сопряженные по резьбе через прокладку, образуют полость А для воды. Через штуцер 39 и трубку 6 (фиг. 1) полость А распределителя (фиг. 3) сообщена через эолотниковую втулку 34 (фиг. 2) с водной полостью камеры 1 (фиг. 1). В корпусе 37 (фиг.3) выполнены сверления 40 сложной конФигурации по числу цилиндров двигателя, которыми сообщена полость А распределителя с форсунками 9 (Фиг.1) через штуцеры 41 (фиг. 3), трубки 8 (фиг, 1) и отверстие изменяющегося в зависимости от оборотов Фланцевой втулки 42 (фиг. 3) сечения, Поверхность корпуса 37,на которую выходят расположенные по кольцу отверстия 40, и фланец контактирующей с ней втулки 42 должны быть выполнены по высокому классу чистоты. Отверстие в Фланце имеет сложную форму и изменяюцееся в зависимости от частоты вращения сечение с целью сохранения

3 954591

Форсунки установлены непосредствен" но перед впускными клапанами.

На фиг. 1 приведена общая схема. системы питания предлагаемого двигателя; на Фиг. 2 - камера постоянного уровня с терморегулятором; на фиг. распределитель; на фиг. 4 - разрез

А"А на фиг. 3; на фиг. 5 - регулятор расхода; на фиг. б - Форсунка; на фиг. 7 " разрез Б-Б на фиг, 6. 1О

Система питания состоит из камеры постоянного уровня с терморегулятором 1 (Фиг. 1), водяная полость которой сообщена трубкой 2 с расходным баком 3. Воздушная полость камеры со- 15 общена трубками 4 с полостью Г.регулятора 5 расхода (фиг. 1), выполнен ного в виде пневморедуктора следящего действия. Воздушная полость также сообщена с расходным баком 3. Водяная щ полость камеры через терморегулятор сообщена через трубку 6 с распределителем 7„ который связан с газораспределительным механизмом. Распределитель 7 соединен трубками 8 с форсунками 9 установленными во впуск" ных патрубках цилиндров системы 10 впуска. Система 10 впуска сообщена трубкой 11 с полостью В (фиг, 4) пневморедуктора 5 (фиг, 1). Пневморедуктор 5 следяцего действия связан тягой 12 с рычагом 13 управления регулятором топливного насоса 14 высокого давления и трубкой 15 - с ис" точником сжатого воздуха. Тяга 12

35 установлена с возможностью свободно" го перемещения по месту соединения с рычагом l3 управления регулятором.

Терморегулятор 1 камеры постоянного уровня связан с выходным каналом

- 4О системы охлаждения двигателя.

° Камера постоянного уровня с терморегулятором 1 (Фиг. 1) состоит из корпуса 16 (фиг. 2), закрытого сверху крышкой 17 с смонтированным на

45 ней запорным механизмом. Крышка 17 уплотнена по корпусу 16 прокладкой 18.

Постоянный уровень жидкости поддерживается при помощи клапана 19, которым управляет поплавок 20. Поплавок 20 подвешeH на оси, установленной между двумя стойками 21,закрепленными на крышке 17.

Клапан 19 установлен с возможностью перемецения в фасонной гайке 22, в нижней торцевой части которой выполнены отверстия для прохода жидкости. Фасонная гайка 22 с клапаном 19 установлена по резьбе в корпусе 23

5 постоянного "время-сечения" для прохода воды через отверстие на различных скоростных режимах. Для этого во фланце выполнен сквозной паз в форме уступа, обращенный узкой частью к центру фланца. По радиусу от узкой части паза профрезерована канавка, а которую вставлен сухарь 43, имеющий отверстие под возвратную пружину 44. От выпадания сухарь 43 пред- 1О охраняется пластиной 45, закрепленной двумя винтами. С противоположной стороны фланцевая втулка закрыта резьбовой пробкой 46. В полости Б фланцевой втулки смонтирован механизм прижима, 1

Кроме того, полость 6 служит резер" вуаром для гериетизирующей смазки.

Вал 47 связан с газораспределительным механизмом (,не указан) через шип и имеет снаружи упорный буртик для 20 уплотнения по месту контакта с корпусом. Вал, установленный в корпусе 37 связан с фланцевой втулкой через упорную втулку 48, два наружных шлица 49 которой сопряжены с двумя шлицевыми 2$ канавками фланцевой втулки. Упорная втулка 48 соединена с валом 47 через шпонку 50. Упорная втулка имеет буртик, прижимающий фланцевую втулку K корпусу 37 через пружину 51. Одним кон- 30 цом пружина упирается в буртик упор" ной втулки, другим в шайбу 52, которая зафиксирована на валу 47 шплинтом 53. Стакан 38 уплотнен по корпусу 37 прокладкой 54.

Пневморедуктор 5 следящего действия (фиг. 1) состоит из большого 55 (,фи г. 5) и малого 56 корпусов, между которыми при помощи болтов 57 зажата .щ диафрагма 58. Центральная часть диафрагмы закреплена на седле 59 гайкой 60. Седло 59 установлено по скользящей посадке в корпусе 55. Седло выполнено полым и с одной стороны имеет 5 с радиальные, выходящие в наружную кольцевую проточку отверстия 61 для выпуска воздуха. Неподвижная полая втулка 62, закрепленная на опорной шайбе 63 полым болтом 64, имеет радиальные отверстия 65, выходящие в наружную кольцевую проточку, для впуска воздуха. Опорная шайба закреплена в корпусе резьбовой пробкой 66 с штуцером 67 для впуска воздуха. HenoSS движная втулка 62 имеет буртик, ограничиваюций ход двустороннего золотника 68, Двусторонний золотник установлен по скользящей посадке на сед91 6 ло 59 и втулку 62. Со стороны втулки 6? в двустороннем золотнике выполнены впускные отверстия 69, со стороны седла 59 а золотнике выполнены выпускные отверстия 70. Между впускными и выпускными отверстиями золотника для снятия демпфирующего усилия выполнены отверстия 71 ° На наружной поверхности золотника выполнен упор" ный буртик под пружину 72 золотника.

Посадочные поверхности корпуса под седлом 59 и опорную шайбу 63 обрабатываются за одну установку и по высокому классу точности и чистоты..Поверхности скользящих деталей припираются для получения гериетичности. Полость Г, образованная большим корпусом 55 и диафрагмой 58 через штуцер 73 и трубки 4 (фиг. 1) соединена с воздушными полостями камеры 1 и расходной емкости 3. Со стороны большого корпуса 55 (фиг. 5) диафрагма 58 поджата пружиной 74 (для увеличения ее жесткости). Со стороны малого корпуса 56 через седло 59 на диафрагму 58 своим усилием действует пружина 75.

Другим концом пружина входит в шток 76, который. установлен в гильзе 77 по скользящей посадке и через резьбовой хвостовик связан с тягой 12 (фиг. 1). Гильза 77 (фиг. 5) закреплена по резьбе в корпусе 56 и уплотнена прокладкой 78. Полость В, образованная малым корпусом 56 и диафрагмой 58, сообщена с полостью воздухо- впускного трубопровода 10 (фиг. 1) через трубку 11 и штуцер 79 (фиг. 5). форсунка 9 (фи г. 1), установленная в впускном патрубке воэдуховпускного трубопровода IÎ, состоит иэ корпуса 80 (фиг. 6), во внутренней полости которого установлена запорная игла 81.

Верхняя часть иглы заканчивается пятой, на которую снаружи опирается пружина 82. В средней части иглы выполнен направляющий поясок. В нижней части корпуса 80 выполнено распыливающее отверстие, закрываемое кону" сом иглы 81. Сверху на корпус навин" чена накидная гайка 83, которая поджимает пружину 82 и полое кольцо для подвода воды, соединенное с трубкой 8 (фиг. 1). Полое кольцо поджато гайкой 83 (фиr. 6) через прокладки 84.

В торце гайки выполнено отверстие 85 для сбрасывания дренажа. В корпусе 80 выполнены радиальные отверстия 86, соединяющие полость кольца для подвода воды с полостью иглы (полость

7 9545 иглы образована стенками корпуса и нижней поверхностью пяты). Корпус 80 форсунки уплотнен в стенке воэдуховпускного трубопровода системы 10 впуска прокладкой 87.

Система работает следующим образом.

При изменении положения рычага 13 (фиг. 1) управления регулятором топливного насоса высокого давления (или 1р его рейки ) в сторону увеличения подаг чи топлива рычагом 13 выбирается зазор в сопряжении с тягой 12 ° При отсутствии усилия, сжимающего пружину 75, вследствие разрежения из 1$ воздуховпускного трубопровода диафрагма 58 прогибается и седло 59 перемещается влево. При этом выпускные отверстия 61 седла и выпускные отверстия золотника 68 совмещаются, и разреже- рр ние, определяемое частотой вращения коленчатого вала двигателя, передается через трубки 4 (фиг. 1) в воздушные полости камеры постоянно уровня и расходного бака 3. 25

Начиная с положения рычага управления регулятором топливного насоса высокого давления, определяющего начало подачи воды через Форсунки, зазор в сопряжении тяга 12 - рычаг 13 зр полностью выбирается, шток 76 сдвига" ется вправо, сжимается пружина 75, за счет чего диафрагма 58 с седлом 59 также сдвигается вправо.

Выпускные отверстия 61 седла 59 и о1верстия 70 двустороннего золотника разобщаются, В результате перемещения седла 59 преодолевается усилие пружины 72,сдвигается двусторонний золотник 68, впускные отверстия 69 зо-4р лотника и отверстия 65 неподвижной втулки 64 совмецаются и сжатый воздух через трубку t5 (Фиг. 1), штуцер 67 и полость болта 64 подается в полость

Г пневморедуктора и далее в воздушные полости камеры постоянного уровня (фиг. 1) и расходного бака 3. Полость

В (Фиг. 5 ) и пневморедуктора разрежается вследствие соединения с воздухо" впускным трубопроводом. Силой упругости пружин 75, 74, 72, действующих на диафрагму, силой упругости самой диа" фрагмы 58 определяется давление воздуха, поступающего в воздушные полости камеры терморегулятора 1 (фиг, 1)

55 и расходного бака 3. Положение штока 76 определяется силой упругости пружины 75. При установившемся режиме (постоянном положении штока 76 ) силы 1

91 8 давления на диафрагму 58 с левой и правой стороны уравновешиваются - это достигается при определенном давлении воздуха. При этом впускные отверстия 69 золотника 68 разобцаются с впускными отверстиями 65 втулки 62. Подача сжатого воздуха в полость Г прекращается, Дальнейшее увеличение силы упругости пружины 75, вызванное увеличением подачи топлива, приводит к увеличению давления воздуха в полости Г пневморедуктора, так как силы, действующие на диафрагму, уравновешиваются при большем давлении воздуха. увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя вызывает увели" чение разрежения в полости В и, как следствие этого, снижение давления редуцируемого воздуха в полости Г пневморедуктора при неизменном положении штока 76. Такое уменьшение давления воздуха позволяет снизить расход воды на режимах максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя (это, квк правило, движение транспортного средства, на которое может быть установлен описываемый двигатель, с максимальной скоростью без груза), когда необходимо уменьшить количество воды, подаваемой в цилиндры.

При обратном ходе штока 76 (в сторону уменьшения подачи топлива) сила упругости пружины 75 уменьшается, диафрагма 58 под воздействием силы давления воздуха прогибается, перемещая седло 59 влево, выпускные отверстия 61 и 70 совмецаются (впускные отверстия 69 и 65 а это время разобщены), часть воздуха из полости Г сбрасывается в полость В и далее в воздуховпускной трубопровод. Сила давления воздуха на диафрагму уменьшается, все действу" ющие на нее силы уравновешиваются, но уже при меньшем давлении воздуха.

Таким образом, изменение положения рычага 13 управления регулятором (фиг. 1) топливного насоса высокого давления преобразуется в соответствующее ему изменение давления воздуха в полости Г пневморедукторов, передаваемое в воздушные полости камеры тер-, морегулятора 1 и расходного бака 3, Переменное давление в воздушной полости камеры вызывает соответствующее изменение расхода воды в водной магистрали (каналы терморегулятора—

9 9545 трубка 6 " распределитель 7 с каналами - трубка 8 — форсунка).

На изменение расхода воды влияет также изменение гидравлического сопротивления каналов терморегулятора, S вызываемое перемещением эолотниковой втулки 34 под воздействием штока термосилового датчика 33 с твердым наполнителем. Иток датчика изменяет свое полоиение в зависимости от температу- 6 ры охлаждаюцей жидкости, омывающей

его баллон с термочувствительной массой. При увеличении температуры охлаждающей жидкости проходное сечение терморегулятора увеличивается, при уменьшении — проходное сечение уменьшается, изменяя таким образом расход воды.

Поступающая под переменным давлением в полость А (фиг. 3) распредели-20 теля 7 (фиг. 1) вода поступает через отверс ие во фланце втулки 42 (фиг.3) сверления 40, в трубке 6 (фиг. 1) форсунок 9.

Сухарь 43 (фиг. 3), установленный 2З в отверстии фланца втулки 42, под воздействием центробежной силы и уравновешивающей ее пружины 44 занимает определенное положение в зависимости от частоты вращения втулки 4230 и тем самым сохраняет "время " ce" чение" отверстия постоянным. Частота вращения вала 47 равна частоте вращения распределительного вала. Трубки 8 (фиг, 1) форсунок 9 соединены coSS штуцерами 41 (фиг. 3) в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя, т.е. при совмещении отверстия во сланце втулки 42 с одним из каналов 40 штуцер 41 этого канала трубкой 8 (фиг. 1) соединяется с форсункой первого цилиндра, находящегося в положении такта всасывания, затем следуюций штуцер 41 в направлении вращения вала 47 соединяется с цилиндром, в ко- 4 тором такт всасывания выполняется вслед за первым цилиндром и т.д.

Вода, поступающая под давлением в полость иглы 81 (фиг. 6), воздействуя на пяту иглы, сжимает пружину 82, распыливаюцее отверстие открывается и вода подается во всасывающий тракт.

91 10

Количество подаваемой в двигатель воды на всасывании изменяется в зависимости от загрузки двигателя, его теплового состояния. Кроме того, увеличивая "время - сечение" отверстия во фланце втулки 42 (фиг. 3) при возрастании частоты вращения вала 47, можно изменять количество воды в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Необходимый закон подачи воды в цилиндры двигателя подбирается исходя из условий его эксплуатации и определяется жесткостью упругих элементов, входящих в конструкцию системы, эазо« ром в сопряжении тяги 12 (фиг. 1) с рычагом 13 управления регулятором топливного насоса 14 высокого давления, гидравлическим сопротивлением воздушных и водных магистралей системы питания.

Для уменьшения инерционности и быстрого затухания колебательных процессов при редуцировании необходимо, чтобы все подвижные детали пневморедуктора 5 следящего действия (фиг. 1) имели минимальную массу, минимальный ход и минимальный объем для редуцированного воздуха.

Продолжительность подачи воды определяется "временем-сечением" отвер; стия во фланце втулки 42 (фиг. 3), что зависит от размеров распределителя и его конструкции.

Использование предлагаемой системы питания двигателя при эксплуатации при повышенной температуре окружающего воздуха позволяет снизить дымность и токсичность отработавших газов, а такие поддерживать оптимальным тепловое состояние двигателя, что в свою очередь увеличивает его моторесурс, снижает угар масла, его коксуемость и т.д.

Эксплуатация системы не требует больших затрат на обслуживание. Стоимость его изготовления невелика. формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры с впускными и выпускными клапанами, газораспределительный механизм, форсунки, установленные в системе впуска двигателя и подключенные к расходному баку с водой при помощи магистрали, снабженной термоПри отсечке подачи вОды в форсунку, по мере расхода ее через распыливающбе З отверстие, давление воды падает и под воздействием пружины 82 игла садит" ся на отверстие, подача воды во впускной тракт прекрацается.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что терморегуля.

11 954591 12 регулятором, камерой постоянного уров- тор выполнен в виде датчика с верня, имеющей водяную и воздушную по- дым наполнителем. лости, и регулятором расхода, свяэан- 4. Двигатель по пп. 1-3, о т л иным с топливным насосом высокого дав- ч а ю шийся тем, что распределиления, отличающийся тем, S тель снабжен регулятором расхода воды. что, с целью уменьшения токсичности 5. Двигатель по пп. 1-4, о т л ни дымности путем повышения точности ч à ю шийся тем, что терморегу° дози рова ни я воды, он дополнительно ля тор связан с системой охлаждения . содержит распределитель, жестко свя- 6° . Двигатель по пп. 1-4, о т л изанный с газораспределительным меха- 30 ч а ю шийся тем, что терморегулянизмоМ и установленный в магистра- тор связан с системой смазки. ли между водяной полостью камеры по- 7. Двигатель по пп, 1 "6, о т л и стоянного уровня и форсунками. ч а ю щ и и с я тем, что форсунки

2. Двигатель по и. 1, о т л и ч а- установлены непосредственно перед ю шийся тем, что камера постоян- И впускными клапанами. ного уровня выполнена в одном корпу- Источники информации, се с терморегулятором. принятые во внимание при экспертизе

1. Ивторское свидетельство СССР по заявке Н 2721590 кл F 02 И 25/02, 19?9.

954591

Составитель В ° Шилов

Редактор С. Юско TexpegH. Ha b

Корректор д, ференц

Заказ 5357/30 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-3 Ра шская наб. g. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4