RU2105175C1 - Internal combustion engine - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines with axes of cylinders in parallel with main shaft axis. SUBSTANCE: axial-piston engine has stepped cylinder block. One working and two compression spaces are formed on each cylinder. Space for accumulating compressed working medium is formed in cylinder block around its central axis. This space is connected through distributor with working and both compression spaces of all cylinders. Distributor is located along central axis of cylinder block and is made in form of pack of disk gates kinematically coupled with crankshaft, and bushings for letting in and out of working medium. Ports in working and compression spaces of cylinders and intake manifold are connected to distributor by means of corresponding channels definitely oriented in cylinder block. Number of channels is equal to number of cylinders. EFFECT: enlarged operating capabilities. 8 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с осями цилиндров, расположенными параллельно по отношению к оси коренного вала. The invention relates to mechanical engineering, in particular, to engine building, and in particular to internal combustion engines with cylinder axes parallel to the axis of the main shaft.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров, в котором вокруг его центральной оси, совпадающей с осью коленчатого вала, размещены кинематически связанные с последним поршни, а вдоль этой оси с возможностью вращения размещен кинематически связанный с коленчатым валом распределитель, при этом в каждом цилиндре образована рабочая полость со стороны днища поршня и предусмотрены окна для впуска в рабочую полость сжатого рабочего тела и выпуска из нее продуктов сгорания горючей смеси. Рабочие полости через упомянутые впускные окна и впускной коллектор сообщены с турбонагнетателем, а через выпускные окна, выпускной коллектор и распределитель - с турбиной [1]. A known internal combustion engine containing a cylinder block, in which around its central axis coinciding with the axis of the crankshaft, pistons are kinematically connected with the latter are placed, and a distributor kinematically connected with the crankshaft is rotationally disposed along this axis, and a distributor is formed in each cylinder the working cavity from the piston bottom side and windows are provided for the inlet of the compressed working fluid into the working cavity and the release of combustion products of the combustible mixture from it. The working cavities through the said inlet windows and the intake manifold are in communication with the turbocharger, and through the outlet windows, the exhaust manifold and the distributor - with the turbine [1].

Использование для наддува цилиндров двигателя специального турбонагнетателя усложняет конструкцию двигателя и утяжеляет его, а также требует установки второго нагнетателя с механическим приводом (для пуска двухтактного дизеля). The use of a special turbocharger to pressurize the engine cylinders complicates the engine design and makes it heavier, and also requires the installation of a second supercharger with a mechanical drive (to start a two-stroke diesel engine).

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров, в котором вокруг его центральной оси, совпадающей с осью вала, размещены кинематически связанные с последним поршни, а вдоль этой оси размещен кинематически связанный с валом распределитель, при этом в каждом цилиндре образованы рабочая полость со стороны днища поршня и главная компрессорная полость, сообщаемая через распределитель с атмосферой, и предусмотрены окна для впуска в рабочую полость сжатого рабочего тела и выпуска из нее продуктов сгорания горючей смеси. В известном двигателе в каждом его цилиндре, имеющем постоянный диаметр вдоль оси, образована одна компрессорная полость, которая через окно, выполненное на его боковой поверхности связана каналом с распределителем [2]. A known internal combustion engine containing a cylinder block, in which around its central axis coinciding with the axis of the shaft there are placed pistons kinematically connected with the latter, and a distributor kinematically connected with the shaft is placed along this axis, and a working cavity is formed in each cylinder from the bottom piston and the main compressor cavity, communicating through the distributor with the atmosphere, and there are windows for the inlet into the working cavity of the compressed working fluid and the release of combustion products of the combustible mixture from it. In the known engine in each of its cylinders, having a constant diameter along the axis, one compressor cavity is formed, which is connected through a window made on its side surface with a distributor [2].

Наличие в каждом цилиндре только одной компрессорной полости и отсутствие в известном двигателе полости для аккумулирования достаточного количества сжатого заряда обуславливают неэффективность продувки рабочих полостей цилиндров и отсутствие эффективного их наддува. The presence in each cylinder of only one compressor cavity and the absence in the known engine of a cavity for accumulating a sufficient amount of compressed charge determine the inefficiency of purging the working cavities of the cylinders and the lack of effective boost.

Задачей данного изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания повышенной эффективности за счет улучшения качества процессов газообмена в нем при одновременном обеспечении высокой компактности конструкции. The objective of the invention is to provide an internal combustion engine of increased efficiency by improving the quality of gas exchange processes in it while ensuring high compactness of the structure.

Эта задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем блок цилиндров, в котором вокруг его центральной оси, совпадающей с осью вала, размещены кинематически связанные с последним поршни, а вдоль этой оси размещен кинематически связанный с валом элемент распределителя, при этом в каждом цилиндре образованы рабочая полость со стороны днища поршня и главная компрессорная полость, сообщаемая через распределитель с атмосферой, и предусмотрены окна для впуска в рабочую полость сжатого рабочего тела и выпуска из нее продуктов сгорания горючей смеси, каждый цилиндр и поршень выполнены ступенчатыми с образованием дополнительной компрессорной полости, сообщаемой через распределитель с атмосферой, а в блоке цилиндров вокруг его центральной оси образована связанная через распределитель с рабочими и упомянутыми компрессорными полостями, полость для аккумулирования сжатого рабочего тела. Цилиндр и поршень, выполненные ступенчатыми, имеют рабочую ступень меньшего диаметра и компрессорную ступень большего диаметра, при этом компрессорная ступень поршня уплотнена в компрессорной ступени цилиндра. Главная компрессорная полость состоит из последовательно расположенных кольцевых полостей, одна из которых заключена внутри упомянутого ступенчатого поршня, а другая - между первым, более удаленным от днища поршня торцем его компрессорной ступени и крышкой, размещенной у первого, более удаленного от днища поршня торца компрессорной ступени цилиндра. This problem is solved by the fact that in an internal combustion engine containing a cylinder block, in which around its central axis coinciding with the axis of the shaft, pistons are kinematically connected with the latter, and a distributor element kinematically connected with the shaft is placed along this axis, with each a working cavity is formed on the cylinder from the piston bottom side and a main compressor cavity communicating with the atmosphere through the distributor, and windows are provided for the inlet of the compressed working fluid into the working cavity and the product to be released from it Of combustion of the combustible mixture, each cylinder and piston are made stepwise with the formation of an additional compressor cavity communicated through the distributor with the atmosphere, and in the cylinder block around its central axis a cavity is formed connected through the distributor with the working and mentioned compressor cavities for accumulating the compressed working fluid. The cylinder and piston, made stepped, have a working stage of a smaller diameter and a compressor stage of a larger diameter, while the compressor stage of the piston is sealed in the compressor stage of the cylinder. The main compressor cavity consists of sequentially located annular cavities, one of which is enclosed inside the aforementioned step piston, and the other is between the first end of its compressor stage, more distant from the piston bottom and the cover, located at the first end of the compressor stage of the cylinder, more remote from the piston bottom. .

Дополнительная компрессорная полость, выполненная кольцевой, заключена между вторым торцем компрессорной ступени цилиндра и вторым торцем компрессорной ступени поршня. An additional compressor cavity, made annular, is enclosed between the second end of the compressor stage of the cylinder and the second end of the compressor stage of the piston.

Одноименные компрессорные полости цилиндров через окна, выполненные на боковой поверхности компрессорных ступеней цилиндров соответственно в сечениях у первых и вторых их торцев, связаны каналами по числу цилиндров с распределителем. Полость для аккумулирования сжатого рабочего тела состоит из двух связанных между собой продольными каналами по числу цилиндров камер звездообразного сечения, лучи которого ориентированы в направлениях от центральной оси блока к его периферии, при этом одна из камер расположена напротив рабочих ступеней цилиндров, а вторая напротив их компрессорных ступеней, причем обе камеры подключены к распределителю. The compressor cavities of the same name through the windows made on the lateral surface of the compressor stages of the cylinders, respectively, in sections at the first and second ends thereof, are connected by channels along the number of cylinders with a distributor. The cavity for accumulating the compressed working fluid consists of two interconnected longitudinal channels in the number of cylinders of star-shaped chambers, the rays of which are oriented in directions from the central axis of the block to its periphery, while one of the chambers is located opposite the working stages of the cylinders, and the second opposite their compressor steps, and both cameras are connected to the distributor.

Сообщение компрессорных полостей цилиндров с атмосферой выполнено посредством размещенных в блоке разветвленных трубопроводов по числу цилиндров, при этом каждый из упомянутых трубопроводов имеет общий продольный канал, расположенный по периферии блока, и каналы, отдельные для каждой из двух компрессорных полостей цилиндра, ориентированные в направлениях от периферии блока к его центральной оси и подключенные к распределителю, причем продольные каналы для всех цилиндров объединены общим впускным коллектором, выполненным в блоке. The compressor cylinder cavities are connected with the atmosphere by means of the number of cylinders located in the branch pipelines, each of these pipelines having a common longitudinal channel located on the periphery of the block and channels separate for each of the two compressor cylinder cavities oriented in the directions from the periphery block to its central axis and connected to the distributor, and the longitudinal channels for all cylinders are combined by a common intake manifold made in the block.

Сумма объемов главной и дополнительной компрессорных полостей и объем полости для аккумулирования сжатого рабочего тела превышают объем рабочей полости соответственно в 2-3 и 1,6-2 раза. The sum of the volumes of the main and additional compressor cavities and the volume of the cavity for accumulating the compressed working fluid exceed the volume of the working cavity by 2-3 and 1.6-2 times, respectively.

На фиг. 1 представлен продольный разрез заявляемого двигателя внутреннего сгорания, выполненного в рассматриваемом примере в виде двухтактного 4-цилиндрового аксиального дизеля, на фиг. 2 поперечное сечение А-А фиг. 1, на фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 1, на фиг. 4 - сечение В-В фиг. 1, на фиг. 5 - сечение Г-Г, на фиг. 6 - сечение Д-Д, на фиг. 7 - сечение Е-Е, на фиг. 8 - сечение Ж-Ж, на фиг. 9 - сечение З-З, на фиг. 9 - разрез И-И фиг. 1. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the inventive internal combustion engine, made in the considered example in the form of a two-stroke 4-cylinder axial diesel engine, in FIG. 2 cross section AA of FIG. 1, in FIG. 3 is a section BB of FIG. 1, in FIG. 4 is a section BB of FIG. 1, in FIG. 5 is a section GG, in FIG. 6 is a section DD, in FIG. 7 is a cross-section EE, in FIG. 8 is a section FG; in FIG. 9 is a cross-section ZZ, in FIG. 9 is a sectional view of FIG. one.

Дизель содержит блок 1 ступенчатых цилиндров 2, оси которых параллельны оси коленчатого вала 3. Центральная ось блока 1 совпадает с осью вала 3. Каждый цилиндр имеет рабочую ступень 4 меньшего диаметра и компрессорную ступень 5 большего диаметра. Ступенчатый поршень 6 (на фиг. 1-6 ВМТ) связан посредством шарнира 7 с шатуном 8. Посредством шатуна 8, качающейся шайбы 9 и сферических подшипников 10, поршень 6 связан с коленчатым валом 3. Поршень имеет рабочую ступень 11 меньшего диаметра, уплотненную в рабочей ступени 4 цилиндра с помощью поршневых колец 12, и компрессорную ступень 13 большего диаметра, уплотненную в компрессорной ступени 5 цилиндра с помощью поршневых колец 14. В рабочей ступени 4 цилиндра перед днищем 15 поршня образована рабочая полость 16. Со стороны более удаленного от днища 15 поршня торца 17 компрессорной ступени 5 цилиндра по его оси установлена крышка 18 через центральное сквозное отверстие 18, в которой пропущен шатун 8. Шатун охвачен трубой 20, один конец которой закреплен во внутреннем приливе 21 поршня, а второй конец уплотнен в отверстии 19 крышки 18. Между наружными поверхностями трубы 20 и крышки 18 и внутренними поверхностями рабочей 11 и компрессорной 13 ступеней поршня и компрессорной ступени 5 цилиндра образована главная компрессорная полость 22, отделенная от полости 23 в картерной части 24 блока 1 крышкой 18. Иными словами, главная компрессорная полость 22 состоит из последовательно расположенных кольцевых полостей, одна из которых 25 заключена внутри упомянутых 11 и 13 ступеней поршня, а другая 26 - между более удаленным от днища 15 поршня торцем 27 его компрессорной ступени 13 и крышкой 18. В кольцевом зазоре между наружной боковой поверхностью рабочей ступени 11 поршня и внутренней боковой поверхностью компрессорной ступени 5 цилиндра образована дополнительная компрессорная полость 28. Кольцевая полость 28 заключена между вторым торцем 29 компрессорной ступени цилиндра, сопряженным с торцем 30 его рабочей ступени, и вторым торцем 31 компрессорной ступени поршня. Сумма максимальных значений объемов полостей 22 и 28 превышает объем полости 16 в 2-3 раза. В головке 32 цилиндра установлена форсунка (не показана) для подачи жидкого топлива в рабочую полость 16, на боковой поверхности его рабочей ступени 4 последовательно вдоль оси в направлении движения поршня от верхней мертвой точки к нижней выполнены окна - впускные 33 и выпускные 34, а на боковой поверхности компрессорной ступени 5 цилиндра в сечениях у торцев 29 и 17 выполнены окна 35 и 36 соответственно для компрессорных полостей 28 и 22. Количество окон 33, 35, 36 по периметру соответствующих сечений и их площадь определяют расчетным путем исходя из условия обеспечения необходимого расхода рабочего тела через них. The diesel engine contains a block 1 of stepped cylinders 2, the axes of which are parallel to the axis of the crankshaft 3. The central axis of the block 1 coincides with the axis of the shaft 3. Each cylinder has a working stage 4 of a smaller diameter and a compressor stage 5 of a larger diameter. The stepped piston 6 (in Figs. 1-6 TDC) is connected via a hinge 7 to the connecting rod 8. By means of the connecting rod 8, the swash plate 9 and spherical bearings 10, the piston 6 is connected to the crankshaft 3. The piston has a working stage 11 of a smaller diameter, sealed in working stage 4 of the cylinder using piston rings 12, and a compressor stage 13 of a larger diameter, sealed in the compressor stage 5 of the cylinder using piston rings 14. In the working stage 4 of the cylinder, a working cavity 16 is formed in front of the piston bottom 15 16. From the side farthest from the bottom 15 by the end face 17 of the compressor stage 5 of the cylinder, a cover 18 is installed along its axis through a central through hole 18 in which the connecting rod 8 is passed. The connecting rod is surrounded by a pipe 20, one end of which is fixed in the piston inner tide 21, and the other end is sealed in the hole 19 of the cover 18. Between the outer surfaces of the pipe 20 and the cover 18 and the inner surfaces of the working 11 and compressor 13 stages of the piston and compressor stage 5 of the cylinder, the main compressor cavity 22 is formed, separated from the cavity 23 in the crankcase 24 of block 1 by cover 18. Otherwise The main compressor cavity 22 consists of successively arranged annular cavities, one of which 25 is enclosed within the aforementioned 11 and 13 piston stages, and the other 26 is between the end 27 of its compressor stage 13 farthest from the piston bottom 15 and the cover 18. In the annular gap between the outer lateral surface of the piston working stage 11 and the inner lateral surface of the cylinder compressor stage 5, an additional compressor cavity 28 is formed. An annular cavity 28 is enclosed between the second end face 29 of the compressor stage audio cylinder mated with the end of its working stage 30, and the second end 31 of the piston compressor stage. The sum of the maximum values of the volumes of the cavities 22 and 28 exceeds the volume of the cavity 16 by 2-3 times. An injector (not shown) is installed in the cylinder head 32 for supplying liquid fuel to the working cavity 16, on the lateral surface of its working stage 4, windows inlet 33 and exhaust 34 are made in series along the axis in the direction of piston movement from top dead center to bottom; the sides of the compressor stage 5 of the cylinder in the sections at the ends 29 and 17 are made windows 35 and 36, respectively, for the compressor cavities 28 and 22. The number of windows 33, 35, 36 along the perimeter of the respective sections and their area is determined by calculation based on conditions for ensuring the necessary flow of the working fluid through them.

Механизм газораспределения двигателя содержит размещенный в блоке 1 цилиндров распределитель 37, выполненный в виде пакета шиберов 38, 39, 40, 41, 42 и втулок 43, 44, 45, 46, 47, 48 для подвода и отвода рабочего тела (воздуха). Шиберы установлены на шлицах 49 вала газораспределения 50, установленного в подшипнике в передней части блока соосно коленчатому валу 3 и связанного с ним посредством шлицевого соединения 51. Каждый из дисковых шиберов выполнен с торцевым окном 52 и обращен своими торцевыми поверхностями 53 и 54 к торцевым поверхностям 55 и 56 втулок для подвода и отвода воздуха, между которыми рассматриваемый шибер установлен. В каждой втулке выполнена внутренняя полость 57 с радиальными 58 и торцевыми 59 окнами, число каждых из которых равно числу цилиндров двигателя. Одна из втулок 44 выполнена сдвоенной. Шиберы 38-42 и втулки 43-48 размещены в закрепленной в блоке цилиндров гильзе 60, охватывающей шиберы и втулки по их периферии. Крайняя втулка 43 упирается в крышку 61 масляного насоса 62. Гильза, шиберы и втулки расположены соосно валу 50, шиберы установлены с зазором (0,1...0,02 мм) относительно внутренней цилиндрической поверхности гильзы 60, причем втулки 43-48 жестко соединены с ней посредством резьбовых штифтов. В гильзе 60 напротив радиальных окон 58 втулок выполнены окна 63. Шиберы, установленные на шлицах вала 50, зафиксированы в осевом направлении посредством распорных втулок 64, установленных на этом валу между шиберами. Толщина втулок 64, а также вся размерная цепь в осевом направлении элементов пакета, размещенных в гильзе 60, задаются из условия обеспечения минимального гарантированного зазора (0,02...0,05 мм) между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями 53, 54 шиберов и торцевыми поверхностями 55, 56, втулок для подвода и отвода воздуха. The engine gas distribution mechanism contains a distributor 37 located in the cylinder block 1, made in the form of a package of gates 38, 39, 40, 41, 42 and bushings 43, 44, 45, 46, 47, 48 for supplying and discharging the working fluid (air). The gates are installed on the splines 49 of the gas distribution shaft 50 installed in the bearing in the front of the block coaxially to the crankshaft 3 and connected to it by means of a spline connection 51. Each of the disk gates is made with an end window 52 and faces its end surfaces 53 and 54 to the end surfaces 55 and 56 bushings for supplying and removing air, between which the gate in question is installed. In each sleeve, an internal cavity 57 with radial 58 and end-face 59 windows is made, the number of each of which is equal to the number of engine cylinders. One of the bushings 44 is made double. The gates 38-42 and the bushings 43-48 are placed in a sleeve 60 fixed in the cylinder block, covering the gates and bushings on their periphery. The extreme sleeve 43 abuts against the cover 61 of the oil pump 62. The sleeve, gates and bushings are aligned with the shaft 50, the gates are installed with a gap (0.1 ... 0.02 mm) relative to the inner cylindrical surface of the sleeve 60, and the bushings 43-48 are rigidly connected to it by threaded pins. In the sleeve 60, opposite the radial windows 58 of the bushings, windows 63 are made. The gates mounted on the splines of the shaft 50 are axially fixed by means of spacer sleeves 64 mounted on the shaft between the gates. The thickness of the bushings 64, as well as the entire dimension chain in the axial direction of the package elements located in the sleeve 60, are set from the condition of ensuring the minimum guaranteed clearance (0.02 ... 0.05 mm) between the end faces 53, 54 of the gates facing each other and end surfaces 55, 56, bushings for supplying and discharging air.

В блоке 1 цилиндров вокруг его центральной оси образована полость 65 для аккумулирования сжатого рабочего тела, объем которой составляет 1,6-2 объема рабочей полости. Полость 65 состоит из двух камер 66 и 67, одна из которых 66 расположена напротив рабочих ступеней 4 цилиндров, а вторая - 67 - напротив их компрессорных ступеней - 5. Камеры 66 и 67 имеют звездообразные поперечные сечения, при этом лучи 68 поперечного сечения камеры 66 и лучи 69 поперечного сечения камеры 67 ориентированы в направлениях от центральной оси блока к его периферии (лучи 68 в приведенном примере выполнения двигателя ориентированы попарно во взаимно перпендикулярных диаметральных направлениях). Камеры 66 и 67 связаны между собой продольными каналами 70, число которых равно числу цилиндров. Обе камеры 66 и 67 подключены к распределителю 37 механизма газораспределения. К распределителю подключены также окна 33 для впуска в рабочие полости 16 цилиндров сжатого рабочего тела посредством впускных каналов 71 и окна 36 и 35 компрессорных полостей 22 и 28 посредством каналов соответственно 72 и 73, при этом число одноименных каналов 71, 72 и 73 равно числу цилиндров. Компрессорные полости 22 и 28 через распределитель 37 сообщаются также с атмосферой (воздухоочиститель на входе не показан) посредством размещенных в блоке разветвленных трубопроводов 74, число которых равно числу цилиндров. Каждый из этих трубопроводов имеет общий продольный канал 75, расположенный на периферии блока 1, и отдельные для каждой из компрессорных полостей 22 и 28 каналы соответственно 76 и 77, ориентированные в направлениях от периферии блока к его центральной оси, подключенные к распределителю 37 (фиг. 4, 7). Продольные каналы 75 для всех цилиндров объединены общим впускным коллектором 78, охватывающим картерную часть 24 блока или выполненным внутри нее. In the cylinder block 1, a cavity 65 is formed around its central axis to accumulate a compressed working fluid, the volume of which is 1.6-2 the volume of the working cavity. The cavity 65 consists of two chambers 66 and 67, one of which 66 is located opposite the working stages of the 4 cylinders, and the second - 67 - opposite their compressor stages - 5. The chambers 66 and 67 have star-shaped cross sections, while the beams 68 are of the cross section of the chamber 66 and the rays 69 of the cross-section of the chamber 67 are oriented in directions from the central axis of the block to its periphery (rays 68 in the shown example of the engine are oriented pairwise in mutually perpendicular diametrical directions). The chambers 66 and 67 are interconnected by longitudinal channels 70, the number of which is equal to the number of cylinders. Both chambers 66 and 67 are connected to the distributor 37 of the gas distribution mechanism. Windows 33 are also connected to the distributor for the inlet into the working cavities 16 of the cylinders of the compressed working fluid through the inlet channels 71 and the windows 36 and 35 of the compressor cavities 22 and 28 through the channels 72 and 73, respectively, while the number of the same channels 71, 72 and 73 is equal to the number of cylinders . Compressor cavities 22 and 28 through the distributor 37 also communicate with the atmosphere (an air purifier at the inlet is not shown) by means of branched pipelines 74 located in the block, the number of which is equal to the number of cylinders. Each of these pipelines has a common longitudinal channel 75 located on the periphery of block 1, and channels 76 and 77, respectively, oriented for each of the compressor cavities 22 and 28, oriented in directions from the periphery of the block to its central axis, connected to the distributor 37 (Fig. 4, 7). The longitudinal channels 75 for all cylinders are combined by a common intake manifold 78, covering the crankcase 24 of the block or made inside it.

Выпускные окна 34 посредством каналов 79 объединены выпускными трубами (не показаны). Outlet ports 34 are connected by exhaust pipes (not shown) through channels 79.

Распределитель 37 механизма газораспределения, который выполнен в виде пакета шиберов 38-42 и втулок 43-48 для подвода и отвода рабочего тела, обеспечивает сообщение и разобщение рабочих полостей 16 цилиндров 2 с полостью 65 для аккумулирования сжатого рабочего тела и сообщение и разобщение их компрессорных полостей 22 и 28 с той же полостью 65 и с атмосферой. Шибер 38 распределителя 37 размещен между втулкой 43, внутренняя полость в которой через радиальные окна сообщена с камерой 66, и сдвоенной втулкой 44, подключенной одной из своей полостей через ее радиальные окна к впускным каналам 71. Шибер 39 размещен между втулкой 44, подключенной второй своей полостью через ее радиальные окна к каналам 77 и 75 трубопровода 74 и далее к атмосфере, и втулкой 45, внутренняя полость в которой через радиальные окна сообщена с каналами 73, подключенными к компрессорным полостям 28. Шибер 40 размещен между той же втулкой 45 и втулкой 46, внутренняя полость в которой сообщена через радиальные окна с камерой 67. Шибер 41 размещен между втулкой 46 и втулкой 47, внутренняя полость в которой через радиальные окна сообщена с каналами 72, подключенными к компрессорным полостям 22. Шибер 42 размещен между втулкой 47 и втулкой 48, внутренняя полость в которой через радиальные окна сообщена с радиальными каналами 76 и далее с атмосферой. Объемы полостей во втулках и проходные сечения окон задают исходя из условия обеспечения необходимого расхода рабочего тела через них. Расположение торцевых окон на торцевых поверхностях втулок и угловая протяженность торцевых окон во втулках и шиберах определяются в соответствии с принятыми порядком работы цилиндров и фазами газообмена в рабочих и компрессорных полостях цилиндров. The valve 37 of the gas distribution mechanism, which is made in the form of a package of gates 38-42 and bushings 43-48 for supplying and discharging the working fluid, provides communication and uncoupling of working cavities 16 of cylinders 2 with a cavity 65 for accumulating a compressed working fluid and communication and uncoupling of their compressor cavities 22 and 28 with the same cavity 65 and with the atmosphere. The gate 38 of the distributor 37 is placed between the sleeve 43, the inner cavity in which is connected through the radial windows with the chamber 66, and the double sleeve 44 connected by one of its cavities through its radial windows to the inlet channels 71. The gate 39 is placed between the sleeve 44, connected to its second the cavity through its radial windows to the channels 77 and 75 of the pipe 74 and further to the atmosphere, and the sleeve 45, the inner cavity in which through the radial windows is in communication with the channels 73 connected to the compressor cavities 28. The gate 40 is placed between the same sleeve 45 and a sleeve 46, the inner cavity in which is communicated through radial windows with the chamber 67. The gate 41 is placed between the sleeve 46 and the sleeve 47, the inner cavity in which is through the radial windows communicated with channels 72 connected to the compressor cavities 22. The gate 42 is located between the sleeve 47 and a sleeve 48, the inner cavity in which through radial windows communicates with radial channels 76 and further with the atmosphere. The volume of cavities in the bushings and the bore sections of the windows are set based on the conditions for ensuring the necessary flow of the working fluid through them. The location of the end windows on the end surfaces of the bushings and the angular length of the end windows in the bushings and gates are determined in accordance with the accepted order of operation of the cylinders and gas exchange phases in the working and compressor cavities of the cylinders.

Заявляемый двигатель работает следующим образом. The inventive engine operates as follows.

При движении поршня 6 в цилиндре 2 от верхней мертвой точки к нижней, когда рабочая смесь уже воспламенилась, а компрессорная полость 22 через окно 36 заполнена воздухом, образовавшиеся в рабочей полости продукты сгорания расширяются, совершая механическую работу, при этом компрессорная ступень 13 поршня сжимает воздух, находящийся в полости 22, а торцевое окно в шибере 41, вращающемся вместе с коленчатым валом 3, в соответствии с выбранными фазами газораспределения совмещается с торцевыми окнами на обращенных к нему торцевых поверхностях втулок 46 и 47. В результате сжатый в полости 22 воздух поступает из этой полости через окно 36 в канал 72 и далее через полости во втулках 46 и 47 в камеру 67, канал 70 и камеру 66, составляющие полость 65 для аккумулирования сжатого рабочего тела. В этот же период торцевое окно в шибере 39 совмещается с торцевыми окнами на обращенных к нему торцевых поверхностях втулок 44 и 45. Воздух из атмосферы через воздухоочиститель поступает во впускной коллектор 78, далее по каналам 75 и 77 трубопровода 74 проходит в полость втулки 44, затем в полость втулки 45 по каналу 73 и через окно 35 поступает в компрессорную полость 28. По мере движения поршня вдоль боковой поверхности цилиндра он сначала открывает впускные окна 33, которое со стороны газораспределительного механизма перекрыто шибером 38, а затем начинает открывать выпускные окна 34, что обуславливает начало свободного выпуска продуктов сгорания из рабочей полости 16 в выпускную систему двигателя. За 2. . .12 градусов поворота коленчатого вала до прихода поршня в нижнюю мертвую точку шибер 38 при совмещении его окна с торцевыми окнами на обращенных к нему торцевых поверхностях втулок 43 и 44 начинает сообщать рабочую полость 16 через окна 33 и впускной канал 71 с аккумулирующей камерой 66. Поступающий из этой камеры через полости во втулках 43, 44 и канал 71 в рабочую полость 16 сжатый воздух осуществляет ее продувку, обеспечивая тем самым вытеснение продуктов сгорания в выпускную систему и наполнение рабочей полости свежим зарядом. Продувка полости 16 сжатым воздухом продолжается по мере дальнейшего движения поршня до нижней мертвой точки и далее на части хода поршня в обратной направлении до полного перекрытия поршнем выпускных окон 14. При движении поршня от нижней мертвой точки торцевое окно в шибере 42 совмещается с торцевыми окнами на обращенных к нему торцевых поверхностях втулок 48 и 47, в результате чего компрессорная полость 22 через окно 36 сообщается с воздухоочистителем. Свежий заряд из атмосферы засасывается во впускной коллектор 78 и через каналы 75 и 76 трубопровода 74 поступает в полость 22. Одновременно компрессорная ступень 13 поршня сжимает воздух, находящийся в полости 28, а окно в шибере 40, совмещаемое с торцевыми окнами на торцевых поверхностях втулок 45 и 46, обеспечивает поступление сжатого воздуха из полости 28 по каналу 73 в аккумулирующую полость 65, что способствует повышению давления продувки и последующего после перекрытия окон 34 наддува рабочей полости 16 цилиндра. Более раннее перекрытие окон 34, предшествующее перекрытию впускных окон, исключает дополнительный выброс свежего заряда из рабочей полости. Благодаря более позднему перекрытию поршнем впускных окон аккумулируемые при движении поршня в обоих направлениях порции сжатого воздуха используют для эффективного наддува рабочей полости. После перекрытия окон 33 поршень сжимает находящийся в полости 16 заряд, форсунка впрыскивает в эту полость топливо, около верхней мертвой точки в полости 16 происходит воспламенение, и цикл работы в рассматриваемом цилиндре повторяется. When the piston 6 moves in the cylinder 2 from the top dead center to the bottom, when the working mixture has already ignited, and the compressor cavity 22 is filled with air through the window 36, the combustion products formed in the working cavity expand, performing mechanical work, while the compressor stage 13 of the piston compresses the air located in the cavity 22, and the end window in the gate 41 rotating together with the crankshaft 3, in accordance with the selected valve timing, is combined with the end windows on the end surfaces of the bushings facing it to 46 and 47. As a result, the compressed air in the cavity 22 flows from the cavity through the window 36 into the channel 72 and further through the cavity in the sleeves 46 and 47 into chamber 67, passage 70 and chamber 66 constituting space 65 for storing compressed working fluid. In the same period, the end window in the gate 39 is aligned with the end windows on the end surfaces of the bushings 44 and 45 facing it. Air from the atmosphere through the air cleaner enters the intake manifold 78, then through the channels 75 and 77 of the pipe 74 passes into the cavity of the sleeve 44, then into the cavity of the sleeve 45 through the channel 73 and through the window 35 enters the compressor cavity 28. As the piston moves along the lateral surface of the cylinder, it first opens the inlet windows 33, which is blocked by the gate 38 from the side of the gas distribution mechanism, and then naet open exhaust ports 34, which causes the beginning of the free release of combustion products from the working chamber 16 into an exhaust system of the engine. For 2. . .12 degrees of rotation of the crankshaft until the piston arrives at the bottom dead center of the gate 38 when combining its window with the end windows on the end surfaces of the bushings 43 and 44 facing it, begins to communicate the working cavity 16 through the windows 33 and the inlet channel 71 with the accumulating chamber 66. Incoming From this chamber, through the cavities in the bushings 43, 44 and the channel 71 into the working cavity 16, compressed air purges it, thereby displacing the combustion products into the exhaust system and filling the working cavity with a fresh charge. The purge of the cavity 16 with compressed air continues as the piston moves further to the bottom dead center and then on the piston stroke part in the opposite direction until the piston completely covers the outlet windows 14. When the piston moves from the bottom dead center, the end window in the gate 42 is aligned with the end windows on the facing to it the end surfaces of the bushings 48 and 47, as a result of which the compressor cavity 22 through the window 36 communicates with the air cleaner. Fresh charge from the atmosphere is sucked into the intake manifold 78 and enters the cavity 22 through the channels 75 and 76 of the pipe 74. At the same time, the piston compressor stage 13 compresses the air in the cavity 28, and the window in the gate 40, which is combined with the end windows on the end surfaces of the bushings 45 and 46, provides the flow of compressed air from the cavity 28 through the channel 73 into the storage cavity 65, which contributes to an increase in the purge pressure and subsequent after the windows 34 of the pressurization of the working cavity 16 of the cylinder are closed. An earlier overlap of the windows 34, preceding the closure of the inlet windows, eliminates the additional release of fresh charge from the working cavity. Due to the piston’s later overlapping of the inlet windows, the compressed air portions accumulated during the piston movement in both directions are used to efficiently pressurize the working cavity. After the windows 33 are closed, the piston compresses the charge located in the cavity 16, the nozzle injects fuel into this cavity, ignition occurs near the top dead center in the cavity 16, and the operation cycle in the cylinder in question is repeated.

Аналогичные циклы осуществляются и в трех других цилиндрах. Как было отмечено выше, продувку и наддув рабочих полостей цилиндров в заявляемом двигателе осуществляют предварительно аккумулируемыми в общей полости 65 порциями сжатого воздуха, поступающими из компрессорных полостей 22 и 28 при движении поршней в обоих направлениях. При этом избыточное давление аккумулируемого из двух компрессорных полостей цилиндров сжатого воздуха при выбранных соотношениях объемов полостей составляет 1,1-3,0 атм. Кроме того, повышение давления продувки и наддува обеспечивается за счет непрерывной по времени подпитки полости 65 аккумулируемым сжатым воздухом из компрессорных полостей разных цилиндров и уменьшения утечек сжатого воздуха в связи с непрерывным расходованием его из этой полости при продувке и наддуве рабочих полостей цилиндров. Повышение эффективности процессов газообмена связано также с возможностью обеспечения в заявляемом двигателе достаточно развитых проходных сечений для рабочего тела. При этом повышение эффективности процессов газообмена в заявляемом многоцилиндровом аксиально-поршневом двигателе достигается при сохранении высокой компактности его конструкции, обеспечиваемой благодаря принятым взаимосвязям, а также взаиморасположению и формам выполнения конструктивных элементов и их составных частей, в которых эти процессы формируются (компрессорных полостей 22 и 28, полости 65 для аккумулирования сжатого рабочего тела, распределителя 37 механизма газораспределения, трубопровода 74 для подачи свежего заряда из атмосферы и каналов 71-73, связывающих рабочие и компрессорные полости всех цилиндров с распределителем). Similar cycles are carried out in the other three cylinders. As noted above, the purge and pressurization of the working cavities of the cylinders in the inventive engine is carried out by portions of compressed air pre-accumulated in the common cavity 65, coming from the compressor cavities 22 and 28 when the pistons move in both directions. In this case, the overpressure of the compressed air accumulated from the two compressor cavities of the cylinders with the selected ratios of the volumes of the cavities is 1.1-3.0 atm. In addition, an increase in the purge and boost pressure is ensured by continuously replenishing the cavity 65 with accumulated compressed air from the compressor cavities of different cylinders and reducing leakage of compressed air due to its continuous consumption from this cavity when purging and boosting the working cavities of the cylinders. The increase in the efficiency of gas exchange processes is also associated with the possibility of providing in the inventive engine sufficiently developed flow areas for the working fluid. At the same time, an increase in the efficiency of gas exchange processes in the inventive multi-cylinder axial piston engine is achieved while maintaining the high compactness of its design, which is ensured by the accepted interconnections, as well as the relative position and forms of the structural elements and their components in which these processes are formed (compressor cavities 22 and 28 , cavity 65 for accumulation of the compressed working fluid, valve 37 of the gas distribution mechanism, pipe 74 for supplying a fresh charge from the atmosphere spheres and channels 71-73 connecting the working and compressor cavities of all cylinders with a distributor).

Claims (8)

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров, в котором вокруг его центральной оси, совпадающей с осью вала, размещены кинематически связанные с последним поршни, а вдоль этой оси размещен кинематически связанный с валом элемент распределителя, при этом в каждом цилиндре образованы рабочая полость со стороны днища поршня и главная компрессорная полость, сообщаемая через распределитель с атмосферой, предусмотрены окна для впуска в рабочую полость сжатого рабочего тела и выпуска из нее продуктов сгорания горючей смеси, отличающийся тем, что каждый цилиндр и поршень выполнены ступенчатыми с образованием дополнительной компрессорной полости, сообщаемой через распределитель с атмосферой, а в блоке цилиндров вокруг его центральной оси образована связанная через распределитель с рабочими и упомянутыми компрессорными полостями полость для аккумулирования сжатого рабочего тела. 1. An internal combustion engine comprising a cylinder block, in which pistons are kinematically connected with the latter around its central axis coinciding with the shaft axis, and a distributor element kinematically connected with the shaft is placed along this axis, with a working cavity formed in each cylinder with side of the piston bottom and the main compressor cavity, which communicates through the distributor with the atmosphere, windows are provided for the inlet of the compressed working fluid into the working cavity and the release of combustion products of the combustible mixture from it, exl characterized in that each cylinder and piston are stepped with the formation of an additional compressor cavity communicated through the distributor with the atmosphere, and in the cylinder block around its central axis a cavity is connected through the distributor with the working and said compressor cavities to accumulate the compressed working fluid. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что цилиндр и поршень, выполненные ступенчатыми, имеют рабочую ступень меньшего диаметра и компрессорную ступень большего диаметра, при этом компрессорная ступень поршня уплотнена в компрессорной ступени цилиндра. 2. The engine according to claim 1, characterized in that the cylinder and piston, made stepped, have a working stage of a smaller diameter and a compressor stage of a larger diameter, while the compressor stage of the piston is sealed in the compressor stage of the cylinder. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что главная компрессорная полость состоит из последовательно расположенных кольцевых полостей, одна из которых заключена внутри упомянутого ступенчатого поршня, а другая между первым, более удаленным от днища поршня, торцом его компрессорной ступени и крышкой, размещенной у первого, более удаленного от днища поршня, торца компрессорной ступени цилиндра. 3. The engine according to claims 1 and 2, characterized in that the main compressor cavity consists of sequentially located annular cavities, one of which is enclosed inside the said step piston, and the other between the first end of the compressor stage and the cap located at the first, more distant from the piston bottom, end face of the compressor stage of the cylinder. 4. Двигатель по пп.1 3, отличающийся тем, что дополнительная компрессорная полость, выполненная кольцевой, заключена между вторым торцом компрессорной ступени цилиндра и вторым торцом компрессорной ступени поршня. 4. The engine according to claims 1 to 3, characterized in that the additional compressor cavity, made annular, is enclosed between the second end of the compressor stage of the cylinder and the second end of the compressor stage of the piston. 5. Двигатель по пп.1 4, отличающийся тем, что одноименные компрессорные полости цилиндров через окна, выполненные на боковой поверхности компрессорных ступеней цилиндров соответственно в сечениях у первых и вторых их торцов, связаны каналами по числу цилиндров с распределителем. 5. The engine according to claims 1 to 4, characterized in that the compressor cavity of the same name through the windows made on the side surface of the compressor stages of the cylinders, respectively, in sections at the first and second ends thereof, are connected by channels along the number of cylinders with a distributor. 6. Двигатель по пп.1 5, отличающийся тем, что полость для аккумулирования сжатого рабочего тела состоит из двух связанных между собой продольными каналами по числу цилиндров камер звездообразного сечения, лучи которого ориентированы в направлениях от центральной оси блока к его периферии, при этом одна из камер расположена напротив рабочих ступеней цилиндров, а вторая напротив их компрессорных ступеней, причем обе камеры подключены к распределителю. 6. The engine according to claims 1 to 5, characterized in that the cavity for accumulating the compressed working fluid consists of two interconnected longitudinal channels in the number of cylinders of star-shaped section, the rays of which are oriented in directions from the central axis of the block to its periphery, while one of the chambers is located opposite the working stages of the cylinders, and the second opposite to their compressor stages, both chambers connected to the distributor. 7. Двигатель по пп.1 6, отличающийся тем, что сообщение компрессорных полостей цилиндров с атмосферой выполнено посредством размещенных в блоке разветвленных трубопроводов по числу цилиндров, при этом каждый из упомянутых трубопроводов имеет общий продольный канал, расположенный на периферии блока, и каналы, отдельные для каждой из двух компрессорных полостей цилиндра, ориентированные в направлении от периферии блока к его центральной оси и подключенные к распределителю, причем продольные каналы для всех цилиндров объединены общим впускным коллектором, выполненным в блоке. 7. The engine according to claims 1 to 6, characterized in that the communication of the compressor cavity of the cylinders with the atmosphere is made by means of the number of cylinders located in the block of branched pipelines, each of these pipelines having a common longitudinal channel located on the periphery of the block, and channels, separate for each of the two compressor cavities of the cylinder, oriented in the direction from the periphery of the block to its central axis and connected to the distributor, and the longitudinal channels for all cylinders are united by a common inlet nym collector formed in the block. 8. Двигатель по пп.1 7, отличающийся тем, что сумма объемов главной и дополнительной компрессорных полостей и объем полости для аккумулирования сжатого рабочего тела превышают объем рабочей полости цилиндра соответственно в 2 3 и 1,6 2 раза. 8. The engine according to claims 1 to 7, characterized in that the sum of the volumes of the main and additional compressor cavities and the volume of the cavity for accumulating the compressed working fluid exceed the volume of the working cavity of the cylinder by 2 3 and 1.6 2 times, respectively.

Images