ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности двигателестроению, и может быть использована в качестве двигателя внутреннего сгорания с системой дополнительного выпуска отработавших газов.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий основную ветвь выпускного трубопровода, подключенную к выпускному клапану и дополнительную ветвь выпускного трубопровода, подключенную к выпускному окну в гильзе, поршень, установленный в гильзе с возможностью возвратно-поступательного перемещения для открытия или закрытия выпускного окна в гильзе, золотник, установленный в дополнительной ветви выпускного трубопровода около выпускного окна в гильзе, (Маханько М.Г. Газотурбинные системы двигателей с раздельным выпуском газов / М.Г. Маханько. - М.: Машиностроение, 1972. - С.107-109, рис.69б).
Основными недостатками данного двигателя являются пониженная надежность и повышенная теплонапряженность, так как соединение окна в гильзе с дополнительной ветвью происходит только в конце расширения начале впуска, а в процессах впуска и сжатия вблизи нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска выпускное окно в гильзе закрывается золотником, и, как следствие, через окно проходят только горячие продукты сгорания, а продувочный воздух свежего заряда через это окно не проходит. Также к недостаткам двигателя относятся пониженные коэффициент полезного действия и пусковые свойства, повышенная токсичность, так как вышеуказанное перекрытие окна не позволяет осуществить нужную на форсированных режимах продувку цилиндра, и, кроме того, закрытие окна вблизи НМТ такта впуска не позволяет осуществить необходимое на части режима дозаполнение цилиндра продуктами сгорания.
5
Известен двигатель внутреннего сгорания, принятый за прототип, содержащий основную ветвь выпускного трубопровода, подключенную к выпускному клапану, и дополнительную ветвь выпускного трубопровода, подключенную к выпускному окну в гильзе, поршень, установленный в гильзе с возможностью возвратно-поступательного перемещения для открытия или закрытия выпускного окна в гильзе, установленную под уровнем дополнительной ветви выпускного трубопровода заслонку, имеющую возможность вертикального возвратно-поступательного перемещения, для изменения проходного сечения в дополнительной ветви выпускного трубопровода, приводимую в движение штоком от сервопривода, а также топливный насос высокого давления с установленной в нем муфтой регулирования (патент RU 2024773, МПК F02В 37/00).
Однако данный двигатель внутреннего сгорания имеет пониженные мощностно-экономические качества вследствие невозможности управления моментом открытия выпускного окна в гильзе поршнем, так как этот момент определяется положением верхней кромки окна, которое остается неизменным, а установленная ниже уровня дополнительной ветви выпускного трубопровода заслонка ограничивает лишь проходное сечение окна в гильзе и, как следствие, не позволяет оптимально регулировать процесс очистки камеры сгорания через дополнительную ветвь выпускного трубопровода от отработавших газов в зависимости от режима работы двигателя.
Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение мощностно-экономических качеств двигателя путем оптимизации управления моментом открытия выпускного окна в гильзе, и соответственно, моментом выпуска отработавших газов через дополнительную ветвь выпускного трубопровода.
Поставленная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем основную ветвь выпускного трубопровода, подключенную к выпускному клапану, и дополнительную ветвь выпускного трубопровода, подключенную к выпускному окну в гильзе, поршень, установленный в гильзе с возможностью возвратно-поступательного перемещения для открытия или закрытия выпускного окна в гильзе, заслонку, связанную с дополнительной ветвью выпускного трубопровода и имеющую возможность вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно последней для изменения проходного сечения в дополнительной ветви выпускного трубопровода, согласно полезной модели заслонка установлена над уровнем дополнительной ветви выпускного трубопровода и кинематически связана с муфтой регулятора топливного насоса с возможностью изменения момента открытия выпускного окна в гильзе в зависимости от режима работы двигателя.
Оптимизация управления моментом открытия окна в гильзе, а соответственно моментом выпуска отработавших газов, обусловлена тем, что при максимальной частоте вращения и максимальной нагрузке нижняя кромка заслонки находится в верхнем положении относительно выпускного окна, максимально открывая его и устанавливая ранний момент выпуска отработавших газов через окно, а при снижении частоты вращения и нагрузки на двигатель заслонка опускается, уменьшая проходное сечение окна, и момент открытия кромкой поршня окна в гильзе смещается в сторону запаздывания. На малых частотах вращения и нагрузках, холостом ходу заслонка полностью опускается и своей нижней кромкой полностью перекрывает окно в гильзе, исключая выпуск отработавших газов через окно. В режиме запуска двигателя заслонка поднимается, своей нижней кромкой приоткрывает окно в гильзе, обеспечивая возможность рециркуляции части горячих выпускных газов обратно в цилиндр через открывшееся окно.
Так как время газообмена мало, то особенно важным является увеличение времени открытия и сечения проходных отверстий выпускного клапана и выпускного окна в гильзе в зависимости от режима работы двигателя. Управление в зависимости от режима работы двигателя проходным сечением отверстия выпускного окна в гильзе позволяет, во-первых, снизить затраты мощности на газообмен, то есть значительно уменьшить так называемые -«насосные потери», во-вторых, улучшить наполнение цилиндра свежим зарядом, вследствие чего повышается эффективная мощность двигателя и снижается расход топлива, в-третьих, снизить теплонапряженность деталей головки цилиндра двигателя из-за отвода части горячих выпускных газов через окно в гильзе, минуя выпускные каналы головки цилиндра; в-четвертых, при запуске двигателя улучшить воспламенение горючей смеси из-за обратного заброса горячих газов из выпускного коллектора обратно в цилиндр через окно в гильзе, вследствие чего снижаются потребная мощность на запуск и соответственно пусковая частота вращения коленчатого вала двигателя.
На приведенном чертеже схематически изображен предлагаемый двигатель внутреннего сгорания. Дополнительно на чертеже показано стрелками движение выпускных газов.
Двигатель внутреннего сгорания содержит расположенные в головке цилиндра впускной клапан 1, соединенный с впускным трубопроводом (на чертеже не показан) и выпускной клапан 2, подсоединенный к основной ветви 3 выпускного трубопровода. В гильзе 4 цилиндра имеется выпускное окно 5, к нему подключена дополнительная ветвь 6 выпускного трубопровода.
Над уровнем дополнительной ветви 6 выпускного трубопровода с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения относительно дополнительной ветви 6 для изменения проходного сечения последней установлена заслонка 7, связанная с этой ветвью. Заслонка 7 кинематически связана и с муфтой 8 регулятора топливного насоса с возможностью изменения посредством рычагов кинематического механизма муфты 8 момента открытия выпускного окна 5 в гильзе 4 в зависимости от режима работы двигателя.
В гильзе 4 установлен поршень 9, имеющий возможность возвратно-поступательного перемещения внутри камеры сгорания 10 для открытия или закрытия выпускного окна 5 в гильзе 4.
Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. В конце процесса расширения открывается выпускной клапан 2, происходит очистка цилиндра от продуктов сгорания в основную ветвь 3 выпускного трубопровода; при приближении поршня 9 к НМТ его верхней кромкой открывается выпускное окно 5 в гильзе 4, и продукты сгорания из полости цилиндра 10 вытекают в дополнительную ветвь 6 выпускного трубопровода, а из нее - в основную ветвь 3 выпускного трубопровода. Выпуск через окно 5 продолжается и в процессе выпуска, когда поршень 9 движется от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ), до тех пор, пока-кромка-поршня 9 не закроет окно 5.-Такой выпуск изображен на фиг.1. В процессе впуска, при движении поршня 9 к НМТ, происходит повторное открытие окна 5 в гильзе 4, затем окно 5 перекрывается в процессе сжатия при движении поршня от НМТ к ВМТ, в этот момент может происходить рециркуляция отработавших газов обратно в полость цилиндра 10, если в конце впуска давление в основной 3 и дополнительной 6 ветвях выпускного трубопровода будет выше, чем в полости цилиндра 10.
При максимальной частоте вращения и максимальной нагрузке муфта 8 регулятора топливного насоса перемещается в сторону максимальной топливоподачи и с помощью рычагов своего кинематического механизма поднимает заслонку 7 в крайнее верхнее положение, при этом нижняя кромка заслонки 7 максимально открывает окно 5 в гильзе 4, обеспечивая ранний момент выпуска через окно 5. При снижении частоты вращения и нагрузки на двигатель муфта 8 регулятора топливного насоса перемещается в сторону уменьшения топливоподачи, и с помощью рычагов кинематического механизма муфты 8 заслонка 7 опускается, ее нижняя кромка уменьшает проходное сечение окна 5, и момент открытия кромкой поршня 9 проходного сечения смещается в сторону запаздывания. На малых частотах вращения и нагрузках, холостом ходу муфта 8 регулятора топливного насоса перемещается в сторону минимальной топливоподачи, и с помощью рычагов кинематического механизма муфты 8 заслонка 7 полностью опускается и своей нижней кромкой полностью перекрывает окно 5 в гильзе 4.
Таким образом, применение двигателя внутреннего сгорания с предлагаемой системой дополнительного выпуска отработавших газов позволит улучшить мощностно-экономические качества двигателя на разных режимах работы посредством оперативного регулирования момента открытия окна в гильзе.