Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4694
.pdf
цилиндр будет впрыскиваться больше топлива и поступать больше воды. 115 Также могут быть
предусмотрены средства, позволяющие в случае перегрева цилиндра по любой причине автоматически
постепенно уменьшать подачу топлива, а затем и вовсе прекращать ее, замедляя и в конечном итоге
останавливая двигатель, если причина неисправности не будет быстро устранена. Это может быть достигнуто
путем расширения ртутного столба или любого другого подходящего вещества, либо с помощью
электрического пирометра, работающего посредством соответствующего механизма.
Регулирование скорости двигателя может осуществляться обычным способом путем ограничения количества
топлива, подаваемого в цилиндр. 130 261,084 3 В момент завершения или почти в момент завершения такта
расширения пара выпускное отверстие или клапан открывается обычным способом. Пар может пропускаться
через конденсатор с более плотной структурой для снижения противодавления, что обеспечивает более
эффективную продувку цилиндра поступающим потоком воздуха. В некоторых модификациях двигателя пар
может подаваться во второй цилиндр или цилиндры большего диаметра, благодаря чему при расширении
вниз можно получить дополнительную работу от пара низкого давления аналогично паровому двигателю
комбинированного, тройного или многократного расширения.
1 Среди прочих преимуществ, вытекающих из описанного выше изобретения, можно отметить следующие: а)
Конструкция. Благодаря тому, что температура рабочего цилиндра регулируется изнутри, а не с помощью
внешнего охлаждающего элемента, такого как циркуляция воды, можно создать гораздо более дешевый,
простой и надежный двигатель.
б) Грузоподъемность. Благодаря автоматическому регулированию внутренней температуры максимальная
нагрузка может поддерживаться непрерывно.
c) Тепловой КПД. Можно достичь гораздо более высокого теплового КПД, чем у любого другого типа
двигателей внутреннего сгорания.
d) Расход топлива значительно ниже на единицу B.1. Количество топлива, необходимое для работы
двигателя внутреннего сгорания, составляло всего 75% (или меньше), чем в любом другом типе двигателя
внутреннего сгорания, что значительно меньше, чем раньше.
Дата: 11 августа 1925 года.
Для заявителя: HERBERT HADDAN & Co., дипломированные патентные поверенные, 31 и 32, Бедфорд-стрит,
Стрэнд, Лондон, W.C. 2.
410 ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в области двигателей внутреннего сгорания и связанные с ними разработки.
Я, Артур Шарп, подданный Великобритании, проживающий по адресу: Монтроуз, Бикон-Хилл, Хиндхед,
графство Суррей, настоящим заявляю о характере данного изобретения и о способе его осуществления,
которые будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, снабженным средствами для
регулирования температуры рабочего цилиндра путем внутреннего охлаждения, при необходимости исключая
внешнее охлаждение и одновременно получая дополнительную работу от скрытой теплоты в стенках
цилиндра и других частях двигателя, а также от выхлопных газов путем внутреннего впрыскивания или подачи
воды в камеру сгорания того же цилиндра, в который поступает топливо, но в отдельном цикле от топлива.
Указанная вода в момент поступления имеет высокую температуру, которая может быть получена из
выхлопных газов двигателя или из какого-либо другого источника тепла.
Изобретение включает в себя усовершенствованные выпускные и клапанные системы, благодаря которым
газы сгорания и пар отводятся отдельными путями или каналами в надлежащее время; форму единого
клапана, предназначенного для управления выпуском как газов, так и пара и охлаждения последним;
обеспечение средств для подачи продувочного воздуха в цилиндр в требуемое время относительно
поступления топлива и воды; выпуск только пара из силового цилиндра в паровые цилиндры для
компаундирования или многократного расширения, а также другие особенности, комбинации частей и
способы работы, как это описано и указано ниже в прилагаемых пунктах формулы изобретения. 85 На
прилагаемых чертежах представлены варианты осуществления изобретения с подробным описанием
конструкции и схемами, показывающими циклы или фазы различных вариантов компоновки, в которых: фиг. 1
— вертикальный разрез, показывающий один из вариантов одноцилиндрового двигателя дизельного типа.
Рис. 2 представляет собой фрагмент другой аналогичной формы с другими деталями клапана; рис. 3
представляет собой детальный вид 95, показывающий клапанный механизм, подходящий для использования
с формами, показанными на рис. 1 и 2.
Инжир.
4
Это схема расположения клапанов в цилиндре, демонстрирующая некоторые варианты расположения
клапанов в верхней части двигателя; для четырехтактного двигателя с шестью фазами. На рис. 5 представлен
детальный вид распределительного вала и кулачков для использования с верхнеклапанной системой,
показанной на рис. 4. рис.
6
На рисунках 6 и 6 показаны этапы работы двигателя, построенного по принципу двухтактного двигателя с
четырьмя тактами.
На рисунках 7, 7 и 7б показаны фазы четырехтактного двигателя, состоящего из шести этапов.
На фиг. 8 показана схема цилиндра внутреннего сгорания, объединенного с паровым цилиндром для целей
компаундирования; на фиг. 9 показана схема выхлопной системы одноцилиндрового двухтактного двигателя
внутреннего сгорания, построенного по принципу настоящего изобретения, а на фиг. 10 и 10а показаны
детали механизма выпускных клапанов, в котором объединены клапаны для газов и пара.
Для начала обратитесь к рисункам с 1 по 5. На фиг. 1, цифра 8 обозначает цилиндр, не снабженный водяной
рубашкой или какими-либо другими внешними средствами охлаждения; этот цилиндр содержит рабочий
поршень 22', соединенный шатуном 22 и кривошипом 24a на коленчатом валу 24.
В головке 5 указанного цилиндра находится форсунка 6 для подачи жидкого топлива из трубы 3, управляемая
игольчатым клапаном 1, а также вторая форсунка 7 для воды, управляемая игольчатым клапаном 2 и
подаваемая по трубе 4.
Последний поступает в выхлопную трубу 9 и соответствующим образом выполнен в указанной трубе в виде
спирали 10, так что вода, подаваемая из подходящего источника через трубу 16, нагревается до высокой
температуры, прежде чем попасть в трубу 4 и сопло 7. С одной стороны цилиндра 8 расположены выпускные
каналы и клапанный механизм, включающие общий выпускной канал 20, ведущий в клапанную камеру 19,
которая, в свою очередь, снабжена двумя каналами 93 и 12, первый из которых сообщается с
вышеупомянутой выхлопной трубой 9 и предназначен для отвода продуктов сгорания жидкого топлива, а
второй сообщается с трубой 12 для отвода отработанного пара, образующегося при подаче или впрыскивании
воды в цилиндр через форсунку 7. Порты 9' и 127 могут управляться одним золотниковым клапаном 11,
установленным на штоке 15, управляемом эксцентриком 30a на распределительном валу 15b, приводимом в
движение зубчатой передачей с требуемым передаточным отношением для правильной синхронизации,
например, с помощью шестерен 30 и 25, последняя из которых установлена на коленчатом валу 24.
Имеется также вторая клапанная камера 23, которая, с одной стороны, сообщается с подающей трубой 18 для
продувки воздуха, а с другой стороны, с отверстием 238, ведущим к трубопроводу 18, окружающему цилиндр
и выпускающему воздух через отверстие 21 в цилиндр над поршнем, когда последний находится в конце
своего хода. Указанный порт 23а управляется клапаном 14, установленным на том же штоке 15, что и клапан
11, и, следовательно, приводится в действие тем же редуктором.
На рис. 2 используется та же общая компоновка, за исключением того, что здесь клапанная камера 23 для
продувки воздуха расположена на противоположной стороне цилиндра от выпускной клапанной камеры 19,
при этом клапан 14 управляется отдельным штоком.
Аналогичные обозначения указывают на соответствующие части на рисунках 1 и 2.
Показанный на рис. 3 механизм может использоваться для управления клапанными частями, изображенными
на рис. 1 и 2. Шестерня 25 на коленчатом валу 24 входит в зацепление, как указано выше, с шестерней 30 на
распределительном валу 15b, а шток 15 приводит в действие оба клапана 14 и 11 на рис. 17 (или может быть
разветвлен в случае рис. 2).
Шестерня 25 также входит в зацепление с шестернями 26 и 27 с противоположных сторон и посредством
эксцентриков 26 и 29 и штоков 32 и 33 регулирует подачу топлива и воды соответственно через форсунки 6 и
7.
На фиг. 4 и 5 показан вариант исполнения, имеющий приспособления, подходящие для верхнего клапанного
механизма. Таким образом, на рис. 4 1 обозначает положение топливного клапана 80 или форсунки, 2 –
водозаборника или форсунки, питаемой трубой 4; 14 – клапана продувки воздухом; 34 – клапана подачи
сжатого воздуха для запуска, а 9 и 12 – выхлопных труб для газов и пара 85 соответственно, причем в первом
находится нагревательный элемент для воды 10. На фиг. 5 показан распределительный вал 42, приводимый в
движение шестерней 41 через соответствующую передачу от коленчатого вала и несущий кулачок 35 для
воздушного клапана 34, кулачок 36 для топливного впускного клапана, кулачок 40 для впускного клапана воды
и кулачок 37, имеющий две верхние точки 37 и 38 для выпускного клапана 11 и клапана продувки воздуха
соответственно. 9.3 Теперь обратимся к схемам на рис. q и 6', на которых изображен двигатель, построенный
по двухтактному принципу с четырьмя фазами. В начале хода поршня 22 наружу (полная линия, положение
100, рис. 6) топливо впрыскивается или подается через клапан 1 и воспламеняется в цилиндре, отталкивая
поршень обратно в положение, обозначенное пунктирной линией. Поршень, приближаясь к концу своего хода,
открывает выпускное отверстие 20, а отверстие 9' открывается клапаном 11, позволяя отработанным газам
высокого давления выходить в трубу 9.
Как только эти газы выходят, отверстие 20 закрывается, и горячие газы, удерживаемые в цилиндре,
сжимаются поршнем при его ходе внутрь. В начале или вблизи начала следующего хода поршня наружу
(полное положение поршня, рис. Ga) Вода впрыскивается или подается в цилиндр через клапан 2, при этом
вода сначала проходит через змеевик 10 или другие средства нагрева, которые могут быть использованы.
Таким образом, температура воды значительно повышается, а при использовании змеевика 10 (120°C)
температура отходящих газов соответственно снижается. Вода, находящаяся при высокой температуре и
подаваемая в цилиндр, превращается в пар при движении поршня наружу и за счет поглощения тепла от
сжатых газов.
и от стенки цилиндра, головки поршня и т. д. происходит перегрев, в результате чего при ходе поршня наружу
расширение занимает 130 1 261 084 место. Поршень снова открывает выпускное отверстие 20 (пунктирная
линия на рис. 6а), и отработанный пар и газы выходят через открытое отверстие 12' в трубу 12. Примерно в то
же время клапан 14 открывает порт 21 для подачи сжатого воздуха в целях продувки, который удаляет
отработанный пар и газы и заполняет цилиндр воздухом в подготовке к следующему такту сжатия, который
теперь происходит, завершая таким образом один цикл работы.
На схемах на рис. 7, 7' и 7b показан верхнеклапанный двигатель 16 четырехтактного типа с шестью фазами. В
данном случае воздух всасывается в двигатель через клапан 14 на такте всасывания или первом такте
(полное положение по линии, рис. 7), при этом клапан 14 закрывается в конце указанного такта (пунктирное
положение поршня, рис. 7).
7)
и указанный воздух сжимается обычным способом на втором такте до достижения желаемой температуры.
Теперь топливо впрыскивается через клапан 1 в сильно сжатый воздух (26 поршней), а сгорание и
расширение происходят на третьем такте (полное положение поршня, рис. 7aj), ближе к концу которого
отработавшие газы выходят через открытый клапан 11 в трубу 9 и мимо катушки 10, после чего клапан
закрывается.
На четвертом такте (до положения поршня в полный ход, рис. 7а) оставшиеся отработавшие газы сжимаются,
и в конце этого последнего такта вода при высокой температуре и давлении впрыскивается или подается в
цилиндр через клапан 2 практически так же, как и топливная смесь. Эта вода (4) при высокой температуре
немедленно превращается в насыщенный пар и, поглощая тепло от сжатых газов и от сильно нагретой
камеры сгорания, стенки цилиндра и головки поршня и т. д., перегревается и расширяется на пятом такте (до
положения поршня в полный ход, рис. 7б) в качестве работы против поршня. Выпуск пара и газов происходит
на шестом такте (до положения поршня, обозначенного нулевой линией, рис. 7b) через открытый клапан 11b в
трубу 12, таким образом, завершается полный цикл работы в шесть фаз.
На рис. 7б цифра 34 обозначает клапан подачи сжатого воздуха для запуска, упомянутого ранее.
В дополнение к описанному выше четырех-, шести- или иному циклу работы поршня, а также во время него,
вода высокой температуры может впрыскиваться или подаваться на нижнюю или заднюю сторону поршня и,
превращаясь в пар, совершать работу против поршня, способствуя сжатию воздушного потока и/или потока
отработавших газов. Таким образом, дальнейшая работа может быть получена за счет тепла, отводимого от
указанных газов.
На фиг. 8 изображена схема компаундирующего устройства, в котором пар, отводимый, как описано выше
(70), через отверстие 20 в стенке цилиндра, проходит через клапанную камеру 19 и мимо открытого клапана
11 через отверстие 12а в трубу 12, а затем через клапанную коробку 43 обычного парового двигателя (75) в
его цилиндр 44, при этом поршень 45 указанного цилиндра соединен с коленчатым валом, как обычно. Могут
быть предусмотрены и другие цилиндры, в которых при расширении вниз может быть получена
дополнительная работа от пара низкого давления аналогично паровым двигателям комбинированного,
тройного или многократного расширения. Такой метод отличается от известного способа, при котором вода
впрыскивается в цилиндр вместе с топливом, а отработанные газы и пар поступают в другой цилиндр или
двигатель для расширения.
На рис. 9 представлена схема выхлопной системы двухтактного двигателя. 90 Здесь цилиндр 8, который
предполагается снабжать в обеих головках топливными и водяными впускными клапанами,
соответствующими и работающими аналогично клапанам 1 и 2 на предыдущих рисунках, также снабжен в
каждой из указанных головок выпускным клапаном 11, 11 и 11 соответственно для отвода продуктов сгорания,
которые попеременно регулируют отвод через общую выхлопную трубу 9, содержащую нагревательный
элемент 10. 1 00 Следует понимать, что в обеих головках предусмотрены аналогично расположенные
выпускные патрубки для пара.
На фиг. 10 и 10' показана конструкция унифицированного клапана, который с успехом может быть
использован 105 для регулирования отвода газов и пара через трубы 9 и 12 соответственно. Здесь клапан,
расположенный в камере 19 подходящей формы, представляет собой плоскую заслонку 46 с одним
отверстием или портом 47, который 1.10 предназначен для совмещения либо с трубами 9, либо с трубами 12
в зависимости от фазы двигателя, как было объяснено ранее. Механизм управления указанным клапаном от
коленчатого вала 24 может включать зубчатую передачу 11u 48, 49, 50 и кулачок 51, связанный с последним,
приводящий в действие толкатель 52, взаимодействующий с системой штока и коромысла 53 54, причем
последнее воздействует на конец штока клапана 56, вокруг которого намотана пружина 120 56 для возврата
клапана в нормальное положение.
Важной особенностью является то, что выпускной клапан должен быть сконструирован таким образом, чтобы
охлаждаться отходящим паром, предотвращая деформацию или повреждение нагретыми отработавшими
газами, и описанная выше конструкция представляет собой один из способов достижения этой цели.
Топливо может подаваться с воздухом, впрыскиваться твердыми частицами, например, с помощью насоса
или под давлением, или распыляться в цилиндр. В качестве топлива могут использоваться газ, бензин,
керосин, мазут, уголь, смола или другие жидкие, газообразные или твердые вещества, а двигатель может
быть одностороннего или двустороннего действия, а также противоположнопоршневого типа и/или любого
другого типа, независимо от того, работает он вертикально или горизонтально.
Изобретение обеспечивает регулирование внутренней температуры цилиндра двигателя путем изменения
количества воды, впрыскиваемой или поступающей в цилиндр, например, с помощью термостатических
средств, в частности, с помощью столбика ртути или другого вещества, сжатие или расширение которого,
действующее через соответствующий механизм, приводит к увеличению или уменьшению количества воды,
поступающей в цилиндр, например, путем изменения хода плунжера насоса. Регулирование температуры
также может осуществляться аналогичным образом, например, с помощью электрического пирометра.
Регулирование количества воды, впрыскиваемой или подаваемой в цилиндр, может также осуществляться с
помощью регулятора, который контролирует подачу топлива и который, увеличивая или уменьшая количество
воды в цилиндре пропорционально количеству подаваемого топлива, поддерживает температуру в пределах
рабочих значений. Таким образом, при больших нагрузках в цилиндр будет впрыскиваться или поступать
больше топлива и воды.
-35 Также могут быть предусмотрены средства, позволяющие в случае перегрева цилиндра по любой причине
автоматически постепенно уменьшать подачу топлива, а затем полностью прекращать ее, замедляя и в
конечном итоге останавливая двигатель, если причина неисправности не будет быстро устранена. Это может
быть достигнуто путем расширения ртутного столба или любого другого подходящего вещества, либо с
помощью электрического пирометра, действующего посредством 4,5 подходящего механизма.
Регулирование скорости двигателя может осуществляться обычным способом путем ограничения количества
топлива, подаваемого в цилиндр.
В момент завершения или почти в момент завершения такта расширения пара выпускной патрубок или клапан
открывается обычным образом. Для снижения противодавления пар может пропускаться через конденсатор,
что обеспечивает более эффективную продувку цилиндра поступающим потоком воздуха.
Теперь, подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю,
что то, что я...
Соседние файлы в папке патенты