Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_5443
.pdf
239,896, Или же цилиндры могут быть выполнены простыми, без водяных рубашек или излучающих ребер, и
охлаждаться изнутри водой. Это позволит передавать часть тепла, обычно теряемого через стенки цилиндра,
выхлопным газам, которые, следовательно, будут содержать больше энергии и смогут выполнять больше
функций на нижней стороне поршня. Считается, что если данное изобретение будет использоваться в
сочетании с изобретением, защищенным патентом № 239896, то будет получена большая выгода от
использования выхлопных газов. Патент № 239896 охватывает изобретение, целью которого является
предотвращение потерь тепла из цилиндра путем изоляции и другими способами. Однако вероятно, что часть
предотвращенных нормальных тепловых потерь из цилиндра будет передана на нормальные тепловые
потери из выхлопных газов. Если выхлопные газы, содержащие дополнительную энергию от нормальных
тепловых потерь из цилиндра, будут передаваться на нижнюю сторону поршня, это приведет к большей
эффективности, чем если бы выхлопные газы от обычного двигателя, в котором происходят нормальные
тепловые потери из цилиндра, передавались на нижнюю сторону поршня. Поэтому, если два изобретения
используются в комбинации, оба получит огромную пользу.
При применении данного изобретения к моему изобретению 239,896, обеспечивающему идеальное состояние
работы, потребуется лишь соединить конечную выпускную трубу, отводящую отработанные газы из-под
поршня, с конденсатором. Это заменяет собой прямое соединение обычного выпускного патрубка или
выпускной трубы с конденсатором, как описано в 239,896. Если настоящее изобретение применяется к
изобретению 239,896, предполагается, что в результате пропускания отработанных газов со стороны взрыва
поршня под поршень и их расширения и охлаждения процесс конденсации в 239,896 будет значительно
ускорен. Предполагается, что настоящее изобретение следует использовать совместно с изобретением
239,896, поскольку процесс конденсации в последнем изобретении будет значительно ускорен, так как
отработанные газы, прошедшие через нижнюю сторону поршня, достигнут конденсатора при более низком
давлении и температуре, и, следовательно, пар в отработанных газах будет конденсироваться легче.
Датировано 14 июня 1926 года.
Генри Эринест Ле Мезьери.
751 Полная спецификация SPE.
Усовершенствования в конструкции и способе работы двигателей внутреннего сгорания (с использованием
выхлопных газов).
Я, ХЕНТРИ ЭРНЕСТ Л.Ф. МЕСУРИЕР, 63, Солон Роуд, Эйкр Лейн, Брикстон, Лондон, ЮЗ 2, гражданин
Великобритании, настоящим заявляю, что характер данного изобретения и способ его осуществления должны
быть подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к использованию отработавших газов всех типов двигателей внутреннего
сгорания с главной целью повышения теплового КПД.
В обычном 4-тактном двигателе внутреннего сгорания отработавшие газы находятся под давлением около
60-65 фунтов на квадратный дюйм в момент такта выпуска, и газы выталкиваются из цилиндра в выхлопную
трубу и выходят в воздух, при этом тепло и давление отработавших газов полностью теряются.
Целью данного изобретения является дальнейшее использование мощности и давления выхлопных газов
перед их выходом из двигателя, при этом газы должны быть расширены и подвергнуты воздействию давления
и температуры в максимально возможной степени, прежде чем окончательно покинуть двигатель. Данное
изобретение предусматривает, что выхлопные газы не должны выбрасываться в воздух непосредственно из
цилиндра, а должны направляться к нижним сторонам поршней, чтобы помочь им на тактах выпуска (или
тактах сжатия в случае некоторых двухтактных двигателей).
Помимо повышения тепловой эффективности,
Еще одним важным эффектом пропуска отработавших газов через описанную после обычного выпускного
отверстия ступень, будет значительное снижение уровня шума двигателя. Цель пропуска отработавших газов
к нижней стороне поршня состоит в том, чтобы избежать сложностей, веса, затрат, габаритов, трения и других
факторов, связанных с использованием отдельных расширительных цилиндров. Таким образом, можно
применять принцип компаундирования к одноцилиндровому двигателю без использования дополнительного
отдельного цилиндра для расширения и использования отработавших газов из расширительного цилиндра.
Конечно, в некоторых двигателях, которые не имеют нижней стороны поршня (например,
В случае двухтактных или четырехтактных двигателей двойного действия, а также двухтактных двигателей с
всасыванием картера, использование дополнительных расширительных цилиндров, несомненно, будет
целесообразным или необходимым. Этот вопрос будет рассмотрен позже.
При снижении давления отработавших газов с примерно 60 фунтов на квадратный дюйм до абсолютного и
атмосферного давления они расширятся примерно в 4 раза по сравнению с объемом цилиндра; но поскольку
температура газов в начале такта выпуска составляет около 5000 °C, и поскольку газы при снижении
температуры до температуры воздуха уменьшаются в объеме примерно вдвое, отсюда следует, что газы при
снижении давления с 60 фунтов на квадратный дюйм до абсолютного и 5000 °C до атмосферного давления и
температуры расширятся примерно в два раза по сравнению с объемом цилиндра. Поэтому считается, что
следует предусмотреть возможность расширения отработавших газов примерно в два или три раза по
сравнению с объемом цилиндра над поршнем в нижней точке.
точно по центру, после того как они покидают обычный выпускной канал и проходят к нижней стороне поршня.
Следует отметить, что в случае 4-тактных двигателей поршень в начале своего нормального такта выпуска
находится в благоприятном положении в нижней мертвой точке, чтобы получать давление на свою нижнюю
сторону от выхлопных газов с верхней или взрывной стороны поршня.
Одним из главных преимуществ изобретения является возможность пропускать выхлопные газы к нижней
стороне поршня в двигателе, имеющем только шатун, но не имеющем поршневого штока.
Прилагаемые чертежи в общих чертах показывают, как изобретение может быть реализовано. Описание
рисунков приведено ниже: Рис. 1 и 2 Одноцилиндровый 4-тактный двигатель, цилиндр и поршень одного
диаметра, отработавшие газы поступают в картер и под поршень, нерегулируемый выход в картере,
выпускная труба 75. Рис. 3 и 4 Одноцилиндровый 4-тактный двигатель, цилиндр и поршень одного диаметра,
отработавшие газы поступают в картер и под поршень, клапан выпускного клапана в картере, приводимый в
действие дополнительным кулачком, и выпускная труба.
Рис. 5, 6, 7. Одноцилиндровый 4-тактный двигатель, цилиндр и поршень единственного диаметра,
отработавшие газы поступают в картер 8 и под поршень, клапан выпускного клапана в картере, приводимый в
действие обычным впускным кулачком, и выпускная труба.
Рис. 8 и 9. Одноцилиндровый 4-тактный двигатель с циклом 90°, цилиндр и поршень одного диаметра,
отработавшие газы поступают в картер и под поршень. Дисковый выпускной клапан расположен снаружи
картера в корпусе механизма газораспределения и приводится в действие обычным коленчатым валом. 95°
шестерня. Выпускная труба. Рис. 10. Аналогично рис. 8 и 9, но дисковый выпускной клапан расположен внутри
картера и приводится в действие шестерней на коленчатом валу.
Рис. 11. Одноцилиндровый двухтактный дизельный двигатель, отработавшие газы поступают под поршень
двойного диаметра, к выпускному клапану и выпускной трубе.
Двигатель Fing 12, одноцилиндровый, двухтактный, с всасыванием взрывоопасной смеси из картера.
Выхлопные газы проходят через один большой односторонний расширительный цилиндр и выпускной клапан.
Рис. 13. Одноцилиндровый 4-тактный газовый двигатель 110, цилиндр и поршень одного диаметра, корпус,
частично закрывающий шатун, отработавшие газы поступают в корпус и под поршень, скользящая
перегородка в пазу корпуса, отверстия в перегородке и корпусе для выпуска отработавших газов.
Рис. 14. Одноцилиндровый 4-тактный двигатель, цилиндр и поршень двойного диаметра, крышка цилиндра,
отработавшие газы отводятся в нижнюю часть цилиндра и под поршень, скользящая перегородка в пазу
крышки и отверстия в перегородке и крышке для выпуска отработавших газов.
Рис. 1,5–24. Разрезы и планы скользящих перегородок для отделения цилиндра 12,5 от картера с целью
отвода отработавших газов к части цилиндра под поршнем на двигателях с качающимися шатунами. Рис. 25.
Одноцилиндровый 4-тактный двигатель, цилиндр и поршень одного диаметра, длинный цилиндр, скользящая
перегородка между цилиндром и картером, отработавшие газы отводятся в нижнюю часть цилиндра и под
боковую сторону поршня, отверстия в перегородке и верхней части картера для отвода отработавших газов,
выпускная труба в картере.
Рис. 26. Аналогично рис. 25, но с выпускным клапаном золотника в верхней части картера.
Последняя выпускная труба от картера.
Рис. 27. Аналогично рис. 25 и 26, но с золотниковым выпускным клапаном и выпускной трубой в нижней части
цилиндра.
Рис. 28. Картер 4-цилиндрового двигателя и его части, а также дисковые выпускные клапаны в картере,
работающие со скоростью вращения коленчатого вала 12 об/мин и открывающиеся при нормальном такте
всасывания, одна камера для приема выхлопных газов из 21 внутреннего отсека.
Рис. 29. Аналогично рис. 28, но имеет 3 камеры для приема отработавших газов из 4 отсеков картера.
Рис. 30. Аналогично рис. 28, но дисковые выпускные клапаны вращаются со скоростью коленчатого вала и
открываются во время нормального такта всасывания и рабочего такта.
Рис. 31. Аналогично рис. 29, но дисковые выпускные клапаны вращаются при повороте коленчатого вала.
Скорость вращения вала и степень открытия при нормальном всасывающем и рабочем ходе.
Рис. 32. Оппозитный двухцилиндровый четырехтактный двигатель, цилиндры и поршни одного диаметра,
отработавшие газы одновременно подаются под обе поршни.
Рис. 33, 34. Четырехцилиндровый четырехтактный двигатель, цилиндры и поршни одного диаметра,
перегородки картера, отработавшие газы одновременно подаются под каждую пару поднимающихся поршней,
и дисковые выпускные клапаны, вращающиеся со скоростью коленчатого вала в картере.
Рис. 35. Одноцилиндровый 4-тактный двигатель, цилиндр и поршень двойного диаметра, скользящая
перегородка между цилиндром и картером, отработавшие газы поступают в нижнюю часть цилиндра и под
боковую поверхность поршня, золотниковый выпускной клапан в нижней части цилиндра и выпускная труба.
Рис. 36. Аналогично рис. 35, но с золотниковым выпускным клапаном в верхней части картера и выпускной
трубой из картера.
Рис. 37. Аналогично рис. 35, 36, но с отверстиями в скользящей перегородке и верхней части картера для
выпуска отработавших газов, а также с выпускной трубой из картера.
Рис. 38. Одноцилиндровый 4-тактный двигатель, двухцилиндровый (1 поршень), выпускные патрубки,
поступающие в картер и под боковую поверхность поршня, дисковый выпускной клапан, физическая
выпускная труба.
6 Z Vig 39 Одноцилиндровый 4-тактный двигатель, цилиндр и поршень одного диаметра, крышка цилиндра,
шток поршня и шатун, отработавшие газы отводятся в нижнюю часть цилиндра и под боковую часть поршня,
выпускной клапан 70 Fig 40 Одноцилиндровый 4-тактный двигатель, цилиндр и поршень двойного диаметра,
крышка цилиндра, шток поршня и шатун, отработавшие газы отводятся в нижнюю часть цилиндра и под
боковую часть 7,5 поршня, и выпускной клапан.
Рис. 41. Одноцилиндровый четырехтактный двигатель двойного действия, выхлопные газы которого
поступают в один двухтактный цилиндр большого расширения, оснащенный выпускными клапанами. Рис. 42)
2) двухцилиндровый четырехтактный двигатель двойного действия, выхлопные газы которого поступают в
один двухтактный цилиндр большого расширения, оснащенный выпускными клапанами.
Рис. 43. Одноцилиндровый двухтактный двигатель двойного действия, выхлопные газы которого поступают в
один двухтактный цилиндр большого расширительного типа, снабженный впускными и выпускными
клапанами.
Рис. 44. Одноцилиндровый 4-тактный двигатель 90, демонстрирующий систему смазки, заменяющую систему
разбрызгивания и предотвращающую попадание масла в картер.
Рис. 45. Одноцилиндровый 4-тактный двигатель, показывающий цилиндр 95 двойного диаметра и поршень.
Отсутствует перегородка между цилиндром и картером. Выхлопные газы поступают в картер и под поршень,
диск, конечный выпускной клапан в корпусе механизма газораспределения, конечная выхлопная труба от
картера 100 к коробчатому конденсатору, описанному в патенте №.
2.39,896.
Рис. 46, 47. Разрез и план скользящей перегородки, отделяющей цилиндр от картера для предотвращения
попадания выхлопных газов в последний, а также отверстия в скользящей перегородке и верхней части
картера для выпуска выхлопных газов из-под поршня во время последнего такта выпуска (или нормального
такта всасывания).
Рис. 48. Одноцилиндровый 4-тактный двигатель 110, цилиндр двойного диаметра, поршень. Выхлопные газы
поступают в картер и под поршень.
Выхлопные газы после окончательного отвода из зоны двигателя поступают в конденсатор. Вода (115%)
конденсируется из конденсатора в водяную струю в соединительной трубе, и выхлопные газы охлаждаются
перед попаданием в картер.
Рис. 49. Одноцилиндровый 4-тактный двигатель 120 об/мин, двухцилиндровый с двумя цилиндрами и
поршнем. Выхлопные газы проходят через картер и под поршень.
Выхлопные газы охлаждаются перед попаданием в картер с помощью водяного насоса, поступающего через
форсунку (трубу 12,5 мм). Водяной бак используется для подачи воды, поплавковой камеры и водяной
форсунки.
Четырехтактный двигатель может иметь соединительную трубу 1 с герметичными соединениями, идущую от
выпускного отверстия к основанию цилиндра или верхней части коленчатого вала, как показано на рисунках.
1 и 2. Выхлопная труба 2 может быть прикреплена к другому отверстию в картере 1. Окончательный
выпускной патрубок может быть предусмотрен в картере или в нижней части цилиндра; последний вариант
может быть подходящим в некоторых случаях, но считается, что первый вариант, как правило,
предпочтительнее.
Когда открывается обычный выпускной клапан, и поршень находится в нижней точке рабочего хода или около
нее, газы высокого давления выходят из цилиндра, обтекая соединительный патрубок на рабочем ходе
поршня. Часть давления газов под поршнем теряется через конечный выпускной патрубок, если
предположить, что этот патрубок всегда открыт и не регулируется клапаном. Тем не менее, считается, что
газы высокого давления будут приносить гораздо больше пользы, если будут выводиться непосредственно на
нижнюю сторону поршня, а не выбрасываться, как в настоящее время, в атмосферу непосредственно из
выпускного отверстия цилиндра и полностью расходоваться впустую. Преимуществом этой системы является
крайняя простота, даже если при обычном выпускном ходе происходит определенная потеря давления на
выходе из картера.
Вероятно, однако, что отвод отработавших газов принесет больше пользы, если они будут выводиться из-под
поршня клапаном (золотниковым, поворотным, дисковым, тарельчатым или другого типа), который начнет
открываться в начале такта всасывания или непосредственно перед ним. Этот клапан, который можно
назвать выпускным клапаном, будет закрыт на нормальных тактах сжатия, рабочего и выпускного. Поскольку
клапан будет закрыт на нормальном такте выпуска, газы, выходящие из цилиндра, будут устремляться вокруг
соединительной трубы и оказывать давление на нижнюю сторону поршня во время его такта выпуска, при
этом газы не смогут выходить из картера во время нормального такта выпуска. Как показано на рис. 5, 6, 7,
выпускной клапан 3 может очень удобно управляться впускным кулачком 4 или другой частью нормальной
системы впускных клапанов. Это будет очень простая конструкция. Как только впускной клапан 5 открывается,
и поршень начинает свой такт всасывания, механизм впускного клапана откроет выпускной клапан в картере
(или в нижней части цилиндра), так что Поршень может вытеснять отработавшие газы, находящиеся под ним.
При использовании цилиндров и поршней диаметром один диаметр считается, что выпускной клапан должен
открываться до верхней мертвой точки нормального такта выпуска и закрываться после нижней мертвой точки
нормального такта всасывания, как будет объяснено далее. Если невозможно открыть выпускной клапан
достаточно рано и закрыть его достаточно поздно с помощью обычной системы впускных клапанов, выпускной
клапан J может управляться отдельным цилиндром 3, как показано на рис. 3 и 4. Ниже приведено описание
дискового клапана, показанного на рис. 10. Коленчатый вал снабжен шестерней 6 внутри картера,
зацепляющейся с другой шестерней 7, имеющей вдвое больше зубьев. Эта большая шестерня представляет
собой диск, который вращается очень близко к внутренней поверхности картера (это означает отсутствие
трения, износа и необходимости смазки). Диск 7 имеет отверстие 80 8, так что выходное отверстие 9 в картере
Он открывается на протяжении нормального такта всасывания (или дольше), что позволяет выходить
отработавшим газам. На рис. 8 и 9 показан дисковый выпускной клапан 85 7 в режиме синхронизации. Чтобы
избежать сложностей с шестернями, дисковый клапан может быть закреплен на коленчатом валу; тогда
отверстие будет открываться на нормальном такте всасывания и рабочем такте, но если это окажется
невыгодным, дисковый клапан должен работать со скоростью, равной половине скорости вращения
коленчатого вала. В некоторых двигателях дисковый клапан может быть прикреплен к валу
распределительного вала клапана; тогда дисковый клапан будет работать со скоростью, равной половине
скорости вращения коленчатого вала, и не потребуется никаких дополнительных шестерен. Дисковый клапан
должен обеспечивать преимущество бесшумной работы и потреблять мало или совсем не потреблять
энергии. При желании дисковый клапан может прилегать к картеру или другой части двигателя для
обеспечения более герметичного соединения.
Отмечается, что если отработавшие газы будут подаваться на нижнюю сторону одноцилиндрового двигателя
с цилиндром и поршнем диаметром 1/2 дюйма, то эффективность будет не такой высокой, как при
использовании цилиндра и поршня двойного диаметра, как будет объяснено далее.
В некоторых случаях, описанных далее (см. рис. 33 и 34), отработавшие газы четырехтактных двигателей
могут проходить к нижней стороне поршней во время их нормального такта выпуска и сжатия и выходить
из-под поршней во время нормального такта всасывания и рабочего такта, или в некоторых случаях только во
время нормального такта всасывания.
Что касается двухтактных двигателей, поршень в конце рабочего хода находится в благоприятном положении
для приема давления на своей нижней стороне от выхлопных газов, выходящих из выпускного отверстия.
Однако считается, что выхлопные газы могут проходить к нижней стороне поршней только двухтактных
двигателей, которые не используют всасывание картера и сжатие топливной смеси, и которые имеют нижнюю
сторону поршня, аналогичную однотактному четырехтактному двигателю. На рис. 11 показан
одноцилиндровый однотактный двухтактный дизельный двигатель, в котором выхлопные газы по
соединительной трубе 1 проходят к нижней стороне поршня, чтобы помочь ему на нормальном такте сжатия.
Выхлопные газы выпускаются через выпускной клапан 3 и поступают в выпускной клапан 2.
Цилиндр и поршень показаны с двойным диаметром, о чем будет сказано позже. Что касается отвода
отработавших газов на нижнюю сторону поршня в некоторых двухтактных двигателях (например, в
однотактных дизельных двигателях), следует отметить, что выпускное отверстие начнет открываться до того,
как поршень достигнет нижней мертвой точки, и что прямой отвод отработавших газов на нижнюю сторону
поршня может быть вредным. Может оказаться целесообразным отводить отработавшие газы в приемную
камеру, как это делается в паровых двигателях с компаундным двигателем, и подавать их через клапан из
приемной камеры на нижнюю сторону поршня. Возможно, достаточно будет только приемной камеры. Если
соединительная труба достаточно большая, она может служить приемной камерой.
Выхлопные газы двухтактных двигателей с всасыванием топливной смеси из картера могут отводиться через
соединительную трубу 1 в отдельный, больший расширительный цилиндр 10, как это делается в паровых
двигателях комбинированного типа, как показано на рис. 12. Конечный выпускной клапан 3 в расширительном
цилиндре 10 позволяет газам выходить в конечную выпускную трубу 2. Когда двухтактный двигатель
выпускает газы в расширительный цилиндр, может оказаться целесообразным, чтобы поршень
расширительного цилиндра был готов начать свой ход вниз (или рабочий ход расширения) непосредственно
перед открытием выпускного отверстия расширительного цилиндра (т.е. поршень расширительного цилиндра
должен достичь верхней мертвой точки раньше, чем поршень расширительного цилиндра достигнет нижней
мертвой точки). Поршни расширительного и расширительного цилиндров должны иметь одинаковый вес.
Чтобы избежать попадания отработавших газов под давлением в цилиндр взрыва, целесообразно
предусмотреть поршень в расширительном устройстве.
Взрывной цилиндр должен достичь нижней мертвой точки, и, кроме того, газы должны расшириться и упасть
примерно до атмосферного давления к тому моменту, когда выпускное отверстие взрывного цилиндра
начинает терять давление.
Указанные методы очистки выхлопных газов двухтактных двигателей приводятся с оговоркой; они отмечены
отдельно.
Если отработавшие газы не проходят или не выталкиваются на нижнюю сторону поршня или в
расширительный цилиндр движением взрывной стороны поршня во время такта (как в четырехтактных
двигателях), то может оказаться, что отработавшие газы двухтактных двигателей не могут быть выгодно
использованы описанным способом.
На двигателях с открытыми цилиндрами.
В некоторых газовых и нефтяных двигателях, например, необходимо предусмотреть картер. Картер может
полностью закрывать шатун и коленвал, или частично, как показано на рис. 13. В последнем случае шатун 11
может проходить через прорезь в картере, и в прорези может быть предусмотрена скользящая перегородка
12 для обеспечения его достаточной герметичности. Шатун 11 должен иметь равномерное сечение в месте
его скольжения в перегородке 12, и последняя должна быть снабжена соответствующими смазочными
устройствами. Считается, что скользящая перегородка будет вполне удовлетворительной для
низкооборотных двигателей и может оказаться удовлетворительной даже для высокоскоростных двигателей.
Для выпуска газов под поршень во время такта всасывания может быть предусмотрено отверстие 13 в
скользящей перегородке 12, а также в камере, окружающей шатун. Отверстия будут фиксировать газы под
поршнем в течение нормального такта всасывания. будут смещены. Порты также будут регистрироваться на
нормальном рабочем ходе; если это окажется нежелательным, вместо портов в камере может быть
установлен ранее описанный выпускной клапан. Порты могут открываться на более длительное время, чем
один ход, за счет перекрытия портов. Если используются цилиндр и поршень двойного диаметра, как
объяснено далее, открытый конец цилиндра может быть снабжен торцевой пластиной или крышкой 14, как
показано на фиг. 14, через которую проходит шатун 11, и в пазу в крышке может быть предусмотрена
скользящая перегородка 12. Порты 13 и 15, позволяющие выпускать выхлопные газы, могут быть
предусмотрены в скользящей перегородке и крышке цилиндра, или может быть использован выпускной
клапан другого типа. Чтобы избежать использования скользящей перегородки, можно использовать
поршневой шток, проходящий через сальник в крышке, как в паровом двигателе.
В качестве альтернативы отводу отработавших газов в картер, расположенный сбоку от поршня, как уже
описано (см. рис. 120), можно было бы организовать отвод отработавших газов на нижнюю сторону поршня и
(O oi 1finded) только в цилиндр, но этот метод потребует использования скользящей перегородки между
цилиндром и картером на двигателях только с шатунами и шатунами. На рис. 15-24 показана конструкция
скользящей перегородки, в которой 11 — это шатун, 16 — скользящая перегородка, а 17 — направляющие в
нижней части цилиндра и верхней части картера. На рис. 46 и 47 показаны сечение и план скользящей
перегородки 16 с выпускными отверстиями 18 и 19 для отработавших газов в перегородке. Верхняя часть
картера. Считается, что, поскольку скользящие перегородки между цилиндром и картером имеют различные
недостатки, их использование следует по возможности избегать, а отработанные газы следует направлять в
картер.
Хотя скользящая перегородка между цилиндром и картером имеет много недостатков, она обладает
преимуществом, заключающимся в том, что предотвращает попадание горячих выхлопных газов в картер и их
контакт с подшипниками коленчатого вала, шатунным подшипником и другими деталями. Если необходимо
предотвратить попадание выхлопных газов в картер и ограничить их областью цилиндра под поршнем,
избегая использования скользящих перегородок, можно использовать поршневой шток, проходящий через
сальник, и шатун. При использовании скользящей перегородки выхлопные газы могут быть защищены от
попадания в картер, но выхлопные газы под поршнем должны выпускаться через клапан или другой
выпускной клапан в нижней части цилиндра, а не через клапан в верхней части картера, если необходимо
полностью предотвратить попадание выхлопных газов в картер. Если необходимо ограничить выхлопные газы
только цилиндром (т.е. областью цилиндра под поршнем) и использовать стандартный цилиндр и поршень
одного диаметра, можно предусмотреть возможность расширения выхлопных газов под поршнем путем
удлинения цилиндра и шатуна, а также другими способами, описанными после рис. 32. Хотя объем,
проходящий через Предполагается, что если поршень имеет большую длину, то расширение под поршнем
будет происходить быстрее, чем при использовании короткого цилиндра, когда поршень опускается до его
нижней части. На фиг. 25, 26, 27 показаны одноцилиндровые 4-тактные двигатели с поршнями одного
диаметра и цилиндрами одного диаметра, а также скользящими перегородками 16 между цилиндрами и
картерами. Выхлопные газы проходят через соединительную трубу 1 к нижней части цилиндра и к нижней
стороне поршня, и выхлопные газы выпускаются соответственно через отверстия 18 и 19 в скользящей
перегородке и верхней части картера, через выпускной клапан 3 в верхней части картера и через выпускной
клапан 3 в нижней части цилиндра. Выхлопная труба 2 является конечной.
Если отработавшие газы не ограничиваются цилиндром под поршнем, а попадают в картер и часть цилиндра
под поршнем, то в многоцилиндровом двигателе потребуются перегородки картера, чтобы каждый цилиндр
имел отдельную камеру сгорания. Перегородки необходимы для предотвращения того, чтобы отработавшие
газы, помогающие одному поршню на его восходящем ходе выпуска, препятствовали другому поршню,
находящемуся на нисходящем ходе. Эти перегородки должны быть достаточно герметичными. Блок
цилиндров должен обеспечивать герметичные соединения со всей верхней поверхностью картера и с
перегородками. Блок цилиндров можно отлить так, чтобы верхняя половина картера, как сейчас, была
снабжена перегородками, а нижняя половина картера обеспечивала герметичное соединение с верхней
половиной картера. Поскольку подшипники коленчатого вала должны быть герметичными, можно
использовать стальные шайбы, прижимающие роликовые или шариковые подшипники. Вентиляционные
отверстия картера можно исключить. Для отвода отработавших газов из-под поршней Многоцилиндровый
двигатель с компоновкой 85, показанной на рис. 28, может быть подходящим. Дисковые клапаны 7 с портами
8, приводимые в движение шестернями 6 и работающие со скоростью вращения коленчатого вала 12,
регулируют выходы отработавших газов 9 в отсеки картера 20 г O. Две внутренние перегородки 21 могут быть
разделены камерой 22, в которую отработавшие газы из двух внутренних отсеков отводятся, а выпускная
труба 2 будет вести из камеры в воздух 95 или в конденсатор, описанный в патенте № 239896. В качестве
альтернативы, между четырьмя отсеками картера могут быть предусмотрены три камеры 22, как показано на
рис. 2-9. Рис. 30 и 31 аналогичны рис. 28 и 29, за исключением того, что дисковые выпускные клапаны 7
работают со скоростью вращения коленчатого вала и открываются на нормальном такте всасывания и
рабочем такте; Это необходимо, когда отработавшие газы одновременно проходят через нижнюю сторону
поршней во время их нормального такта выпуска и сжатия, как будет объяснено далее. Что касается
перегородок картера в многоцилиндровых двигателях, которые не имеют подшипника между каждой парой
цилиндров (например, обычный 4-цилиндровый автомобильный двигатель с 3 подшипниками коленчатого
вала), то в последнем случае необходимо предусмотреть 3 перегородки картера, и это будет означать, что
коленчатый вал должен иметь ту же форму, что и коленчатый вал, установленный на 4-цилиндровом
двигателе, имеющем 5 подшипников коленчатого вала. Коленчатый вал может по-прежнему опираться на 3
подшипника, но поскольку его форма будет такой же, как у вала с 5 подшипниками, может быть
целесообразно предусмотреть 5 подшипников в том же месте.
Аналогичным образом, коленчатые валы 4-цилиндровых двигателей с двумя подшипниками необходимо
будет модифицировать, чтобы в картере можно было установить перегородки.
В V-образных двигателях, возможно, целесообразно отводить отработавшие газы в картер, хотя,
по-видимому, газы могут препятствовать движению одного из поршней на части его хода вниз из-за того, что
поршни занимают разные положения в цилиндрах. Однако, похоже, это будет лишь незначительным
недостатком. Отведение отработавших газов в картеры V-образных двигателей с более чем одной парой
цилиндров потребует установки перегородок между каждой парой цилиндров.
На двухцилиндровых оппозитных двигателях с коленчатым валом, расположенным на 1800 оборотах,
вышеупомянутое препятствие не возникнет, поскольку поршни занимают схожие положения в цилиндрах.
Выхлопные газы, поступающие в картеры двигателей этого типа, будут одновременно оказывать давление на
оба поршня. Вероятно, было бы очень сложно сделать перегородку в картере, разделяющую двигатель на две
части, поэтому газы могут выводиться путем соединения труб 1 с картером, который является общим для
обоих цилиндров, как показано на рис. 32, при условии, что картер имеет подходящий размер. По всей
вероятности, объем картера придется сделать довольно небольшим, поскольку объем для расширения
выхлопных газов обеспечивается двумя поршнями.
На V-образных двигателях и двигателях с оппозитными цилиндрами (Horse 830) отработавшие газы могли бы
отводиться со стороны взрыва поршня на нижнюю сторону того же поршня, если бы в коленчатом валу или
между цилиндром (V 35) и картером были предусмотрены перегородки. Однако считается, что лучшим
решением будет одновременная подача отработавших газов на нижнюю сторону каждой пары поршней.
Площадь нижней стороны пары поршней будет вдвое больше площади стороны взрыва поршня, с которой
поступают отработавшие газы, и, следовательно, площадь будет больше. Под поршнями, на которые
отработанные газы 1 A 5 могут оказывать давление, как в практике паровых двигателей с компаундным
расположением цилиндров. Отработанные газы могут выводиться из-под поршней через выпускной клапан,
который открывается во время нормального такта всасывания каждого цилиндра. Открытие выпускного
клапана во время нормального такта всасывания и рабочего такта одного цилиндра будет достаточно для
горизонтально-оппозитных двигателей и, вероятно, для V-образных двигателей. Внутренние маховики могут
быть заменены внешними маховиками, чтобы сделать картер достаточно малым, но поскольку внутренние
маховики обычно занимают большую часть объема картера, они могут быть особенно малы, если зазор между
маховиками и картером очень мал.
Различные факторы, касающиеся применения данного изобретения к двигателям с поршнями и цилиндрами
одного диаметра, теперь дают... Когда двигатель с поршнями одного диаметра выполняет свой нормальный
такт выпуска, он создает дополнительный объем под поршнем (т.е. объем вытеснения), который меньше
объема выхлопных газов под давлением над поршнем в момент начала нормального такта выпуска.
Когда поршень диаметром в один диаметр находится в такте всасывания (т.е. в заключительном такте
выпуска), он вытесняет отработавшие газы под поршнем в объеме, равном нормальному объему вытеснения
75, и вероятно, что поршень вытеснит немного больше объема вытесняемых отработавших газов через
выпускной клапан, если он закрывается сразу после нижней мертвой точки, из-за импульса газов или эффекта
отвода.
Когда поршень находится в нижней мертвой точке или чуть дальше такта выпуска (или нормального такта
всасывания), пространство под поршнем практически полностью заполняется отработавшими газами при
давлении около атмосферного. Ввиду вышеизложенных соображений считается, что при использовании
поршня одного диаметра отработавшие газы не смогут достаточно расшириться, даже если используется
цилиндр длиной 90 градусов, если не будут приняты специальные меры. Возможно с некоторым
преимуществом пропускать отработавшие газы на нижнюю сторону поршня одного диаметра при условии, что
выпускной клапан открывается до начала нормального такта всасывания, так что давление газов под
поршнем может упасть примерно до атмосферного до закрытия выпускного клапана. При использовании
поршней одного диаметра, особенно на одноцилиндровых двигателях, может быть целесообразно
использовать неконтролируемый выпускной клапан (т.е. безклапанный выход), чтобы позволить
отработавшим газам расшириться и избежать попадания отработавших газов выше атмосферного давления в
цилиндр над поршнем в конце нормального такта выпуска. Если с поршнем одного диаметра используется
выпускной клапан, он должен открываться до начала нормального такта всасывания. Такт начинается и
заканчивается сразу после нижней мертвой точки такта всасывания; это должно гарантировать, что
отработавшие газы под давлением не будут задерживаться в цилиндре над поршнем в конце нормального
такта выпуска 115 и под поршнем в конце такта выпуска.
Для обеспечения достаточного расширения отработавших газов следующее расположение может оказаться
очень эффективным на некоторых двигателях с 2 или более цилиндрами и поршнями одного диаметра.
Например, в четырехтактном четырехцилиндровом двигателе поршень, совершающий свой обычный ход
выпуска, может пропускать отработавшие газы на свою нижнюю сторону, а также на нижнюю сторону другого
поршня, совершающего свой ход вверх (сжатие показано на рис. 3, 1, 1, 4, где 1, 1 — U-образные
соединительные поршни). 130 — это 76087, обслуживающих 21 пару цилиндров. Конструкция выпускных
клапанов картера аналогична показанной на рис.
Таким образом, выпускной коллектор сможет нормально расширяться даже при использовании цилиндров и
поршней одного диаметра, и эта система должна оказаться очень эффективной, поскольку площадь под
двумя поршнями, на которую будут оказывать давление выхлопные газы, будет вдвое больше площади
верхней части поршня, находящейся в нормальном ходе выпуска.
Это аналогично практике работы паровых двигателей с компаундной системой. Поршень, находящийся в
своем нормальном такте сжатия, будет выпускать газы, находящиеся под ним, в нормальном рабочем такте
через выпускной клапан, а также в нормальном такте всасывания. В двигателях, где пара или пары цилиндров
имеют общий картер или один и тот же картерный отсек (например, V-образные двухцилиндровые или
V-образные двигатели), отработавшие газы могут выводиться через выпускной клапан, который открывается в
нормальном такте всасывания цилиндра, из которого были получены отработавшие газы, или, вероятно,
через выпускной клапан, который открывается в нормальном такте всасывания и рабочем такте одного из
цилиндров.
Поскольку способ одновременного отвода отработавших газов со стороны взрыва поршня на нижнюю сторону
того же поршня и на нижнюю сторону другого поршня при его движении вверх обладает большими
преимуществами в виде компактности, дешевизны и простоты, возможно, он окажется предпочтительнее
использования поршней и цилиндров двойного диаметра (описанных далее), которые имеют различные
недостатки. Избежание использования цилиндров и поршней двойного диаметра может быть большим
преимуществом. Конечно, та же система может быть применена и к двигателям, снабженным поршнями и
цилиндрами двойного диаметра, с тем преимуществом, что большой диаметр поршня и цилиндра не
обязательно должен быть намного больше малого диаметра поршня и цилиндра, как это было бы в случае
использования поршней и цилиндров двойного диаметра, и отработавшие газы отводились бы только со
стороны взрыва на нижнюю сторону того же поршня.
Для простоты или по другим важным причинам можно использовать обычные поршни одного диаметра,
пропуская отработавшие газы через нижнюю сторону поршня, однако может оказаться, что система,
описанная в данном изобретении, может быть более выгодно применена к двигателям с цилиндрами и
поршнями двойного диаметра. Считается, что, хотя поршень двойного диаметра имеет различные недостатки,
он обеспечит большую эффективность, чем поршень одного диаметра, поскольку на нижней стороне поршня
двойного диаметра имеется большая площадь, на которую отработавшие газы могут оказывать давление
аналогично тому, как это происходит в практике паровых двигателей с компаундной системой. Тем не менее,
считается, что даже при использовании поршней одного диаметра будут получены лучшие результаты, чем в
настоящее время, поскольку во время нормального такта выпуска на нижней стороне поршня будет
оказываться большее давление, чем в обычном двигателе в настоящее время. Поршень одного диаметра
также обладает многими коммерческими и даже техническими преимуществами перед поршнем двойного
диаметра. В любом случае, конструкции для одноцилиндрового (одного диаметра) двигателя... 80 двигателей
поставляются с резервом.
Двигатели могут быть снабжены поршнями и цилиндрами двойного диаметра, а отработанные газы отводятся
к нижней части или горловине цилиндра и ограничиваются частью 85 цилиндра под поршнем с помощью
скользящей перегородки 16, установленной между основанием цилиндра и верхней частью картера, как
показано на рис. 35. Шатун 11 должен иметь одинаковое сечение 90 в месте прохождения через перегородку
16. Объем под поршнем и над перегородкой должен быть достаточным для того, чтобы отработанные газы
могли расширяться как можно ближе к атмосферному давлению. Газы 95 могут выпускаться из-под поршня
через выпускной клапан 3 в нижней части цилиндра или другими ранее описанными способами. Рис. 36 и 37
аналогичны рис. 35, за исключением того, что отработанные газы выпускаются через выпускной клапан 3 в
верхней части картера, а также через отверстия 18 и 19 в скользящей перегородке и верхней части картера
соответственно. 2 — это выпускная труба.
Упомянутая выше скользящая перегородка между цилиндром 1 и картером может быть убрана, а
отработавшие газы могут проходить через соединительную трубу 1 от обычного выпускного отверстия в
картер, как показано на рис. 38, при условии, что объем 110 под поршнем является подходящим. 8 — это
выпускное отверстие в диске, а 9 — выходное отверстие в картере, 2 — это конечная выпускная труба.
Очень важно, чтобы свободное пространство в картере было как можно меньше, чтобы большая часть
пространства, необходимого для расширения отработавших газов, обеспечивалась объемом цилиндра под
поршнем, и чтобы большая часть поршня имела значительно больший диаметр, чем малая часть поршня.
Практически не будет смысла использовать поршень двойного диаметра, у которого нижний диаметр лишь
немного больше верхнего. Считается, что при использовании цилиндров и поршней двойного диаметра
большая часть цилиндра не нуждается в водяном охлаждении (или охлаждении обычными методами).
Температура не будет высокой; может оказаться целесообразным утеплить нижнюю часть цилиндра или
предусмотреть другие способы предотвращения потерь тепла для сохранения энергии в выхлопных газах.
Также рекомендуется, чтобы малая часть или взрывной конец цилиндра не охлаждались нерационально с
помощью внешних водяных рубашек или других аналогичных средств, и в этой связи следует обратиться к
патенту № 239896.
Если цилиндр изолирован или теплопотери предотвращены каким-либо другим способом, то тепло,
передаваемое в цилиндр и внутреннюю часть двигателя во время такта выпуска, будет удерживаться
изолированным или аналогичным способом, и это тепло, вероятно, будет повторно передано и добавлено к
энергии выхлопных газов, проходящих к нижней стороне поршня.
Предполагается, что это изобретение может быть легко применено к двигателям — обычно морского и
стационарного типа, — которые имеют поршневой шток и шатун.
В этом случае скользящая перегородка не требуется, и отработавшие газы не должны попадать в картер.
Цилиндры могут быть одного или двух диаметров, предпочтительнее двух, и цилиндр может быть снабжен
обычной торцевой пластиной или крышкой и сальником штока поршня, как в паровом двигателе. На фиг. 39 и
40 показаны одноцилиндровые четырехтактные двигатели с цилиндрами и поршнями одного и двух
Соседние файлы в папке патенты