Двигун внутрішнього згоряння

1. Двигун внутрішнього згоряння, що містить циліндри, поршні, штоки, вали, впускні та випускні клапани, систему газорозподілення та запалення, відрізняється тим, що поршні двосторонньої дії посаджені на штоки та розділяють смуги кожного циліндра на дві робочі камери, при цьому найменша численність циліндрів для чотирьохтактного ДВЗ не менше двох, кожний циліндр містить дві кришки з ущільненням, поміж ущільненням проходять штоки, на котрих усередині циліндра закріплені поршні двосторонньої дії та кінці, яких несуть на собі штовхачі, які взаємодіють з роликами гойдаючихся коромисел, посаджених на вали – верхній та нижній за допомогою храпових механізмів, при цьому верхній і нижній вали кінематично зв'язані між собою ланцюговою, клиноременною, шестірчатою або іншою передачею. 2. ДВЗ по п. 1 відрізняється тим, що передача, зв'язуюча верхній та нижній вали, має відповідно дві проміжні шестірки або схрещену ремінну чи ланцюгову передачі. 3. ДВЗ по п. 1, 2 відрізняється тим, що храпові з'єднання гойдаючихся коромисел з верхнім і нижнім валами спрямовані упорами зубів таким чином, що з можливістю обертання верхнього вала проти годинникової стрілки храповий механізм зчеплював коромисло з валом, при зворотному напрямку гойдання верхнього коромисла - храповий механізм розчеплював вал з коромислом, а нижній, при цьому обертанні, обертався за годинниковою стрілкою, що забезпечується схрещеною передачею між нижнім та верхнім валом, при цьому з можливістю обертання нижнього коромисла за годинни A (54) ДВИГУН ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ 30983 шній індикаторній потужності з робочих циліндрів на вал, здійснюючий за допомогою кривошипношатунного механізму. Коли поршень знаходиться в верхній мертвій точці (ВМТ) та завершений такт стиснення в робочий циліндр подається іскра і відбувається миттєве запалення горючої суміші. При цьому внутрішній індикаторний тиск підіймається до максимуму. Однак, в цей момент кривошип і шатун знаходяться на одній вертикалі або близько до цього положення, миттєвий радіус обертання вала близький або дорівнює нулю. Тому максимальний індикаторний тиск витрачається безкорисно на стиснення укладків, пружню деформацію їх та колінвала. По мірі руху поршня донизу від ВМТ кривошип повертається, утворює кут з шатуном, з'являється радіус обертання, який при подальшому ходу поршня донизу зростає та досягає максимуму, рівного радіусу кривошипа. Але в цей момент індикаторний тиск знижується та наближається до тиску вихлопу, тобто до нуля. Внаслідок зміни миттєвого радіуса обертання від нуля при максимальному індикаторному тиску до максимуму при нулевому надмірному тиску вихлопу, обертальний момент рівний добутку радіуса обертання до тиску на поршень також змінюється від нуля до нуля, досягає максимуму лише десь у середині хода поршня, безкорисно витрачається найбільші величини індикаторного тиску в момент спалаху суміші і далі. Коефіцієнт використання індикаторної потужності, рівний відношенню добутку обертального моменту до кута повороту кривошипа або лінійне переміщення поршня при змінному миттєвому радіусі обертання у реальних ДВЗ, до того ж добутку у випадку постійного радіуса обертання, рівного радіуса кривошипа-в ідеальному випадку, буде не вище 40-50% в існуючих ДВЗ. Задача винаходу являється забезпечення більш повного зйому індикаторної потужності вала, більш повної передачі та використанні індикаторного тиску робочих циліндрів, суттєве підвищення коефіцієнта використання індикаторної потужності за рахунок наближення до постійного і максимального радіусу обертання вала ДВЗ, тобто більш повній 100% передачі індикаторної потужності на вал. Вказана задача вирішується за рахунок відмови від використання кривошипно-шатунного механізму, колінчатого валу та шатунів, шляхом застосування іншого механізму, який містить штоки на поршнях, які переміщаються паралельно стінкам циліндрів і які закінчуються плоскими штовхачами, до яких за допомогою пружин або іншою кінематичною зв'язкою притискуються ролики гойдаючихся коромисел, які займають горизонтальне положення при середньому положенні поршнів в циліндрах та несучих на інших своїх кінцях шпицеві втулки вільно обертаючихся на одному з двох валів, розташованих по різні сторони від циліндрів. Схема храпового механізму зображена на фіг. 2. Внутрішні шліці шлицьових втулок 21 коромисел взаємодіють з внутрішніми шлицями рухомих зубчатих полумуфт 22, які в свою чергу посаджені соосно на вказані шлицеві втулки з можливістю осьового переміщення та прижимаються соосними пружинами 23 до жорстко закріпленим на валах зубчатим полумуфтам 24 з торцевими зу бцями. При цьому зкоси зубів торцевих зубчатих полумуфт, як рухомих так і жорстко закріплених на валах 11, 12, посаджених як на одному так і на другому валі, спрямовані в одну сторону, а упори зубців - в іншу, чим забезпечується зчеплення зубчатих полумуфт 22, 24 при одному напрямку гойдання коромисел 9, 10 і розчеплення - у зворотному. Обидва вала 11, 12 розташовані паралельно один одному та зв'язані між собою зубчатою, ланцюговою, клиноременною або іншою передачею 15. Кут гойдання коромисел вибирається таким, при якому миттєвий радіус обертання практично залишається постійним і рівним довжині плеча коромисла [3, 4]. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак даного винаходу і досягненим технічним результатам складається в забезпеченні постійного радіуса обертання вала при якому ліквідується причина неефективного і неповного використання індикаторного тиску в циліндрі і розвиваємої індикаторної потужності. Схема ДВЗ зображена на фіг. 1. ДВЗ має циліндри 1, усередині яких розміщені поршні двосторонньої дії 2, розділяючи циліндри на чотири робочі камери (І, II, III, IV). Для чотирьохтактного ДВЗ достатньо двох циліндрів 1 з поршнями двосторонньої дії 2, які розділяють ці циліндри на чотири робочі камери І, II, III, IV. Поршні 2 закріплені на штоках 3, на верхньому і нижньому кінцях штоків розміщені штовхачі. Циліндри 1 споряджені верхньою 5 та нижньою 6 кришками з ущільненнями 7, крізь які проходять штоки 3. Ущільнення 7 можуть бути змонтовані на магнітній рідині, розміщеної в магнітному зазорі постійних магнітів і, забезпечуючи повну герметичність ущільнення. Штовхачі 4 штоків 3 взаємодіють з роликами 8 гойдаючихся коромисел, верхнього 9 та нижнього 10. Центральна частина верхнього коромисла 9 посаджена на верхній вал 11, нижня - на нижній вал 12 за допомогою храпових механізмів 13. Нижній 12 та верхній 11 вали несуть на собі жорстко закріплені на них колеса 14 для перехресної ланцюгової або клиноременної передачі 15. Механізм, утворений штоками 3, коромислами 9 та 10 кінематично замкнений, однак для запобігання шуму передбачається контрштовхачами 16 з пружинами 17. Шатун 18 кривошипно-шатунного механізму, утвореного шатуном 18, кривошипом 19 і кінематичним валом 20, безпосередньо закріплений до коромисла 10, фіксує поршні в ВМТ або в нижній мертвій точці. Для пояснення роботи ДВЗ визначимо властивості храпових механізмів 13 та валів 11 і 12. Наприклад, властивості верхнього вала 11: коромисло при обертанні проти годинникової стрілки зчепленою зубчато-муфтовим (храповим) механізмом з валом, при обертанні коромисла за годинниковою стрілкою-храповий механізм розчеплено. Нижній вал має властивість: при обертанні коромисла за годинниковою стрілкою храповий механізм зчеплений з валом, при обертанні проти годинникової стрілки - розщеплений. Для чотирьохтактного ДВЗ розподілимо цикли між порожнинами циліндрів - робочими камерами І, II, III, IV, наступним чином, вказаним у таблиці. 2 30983 ДВЗ працює наступним чином. Приймемо вихідне положення ланок механізму відповідно першій колонці, вказаній в таблиці. Кінцеве положення ланок після першого циклу в цьому випадку зображено на фігурі. обертанням верхнього механізму 9 за годинниковою стрілкою. Після завершення цього циклу відповідно другому стовпцю таблиці в І-й порожнині лівого робочого циліндра 1 настає робочий хід, що закономірно після ходу стиснення, у ІІ-й порожнині-відповідно вихлоп, у ІІІ-й - усмоктування, у IV-й - стиснення. Верхнє коромисло 9 змінює свій напрям обертання й обертається проти годинникової стрілки. При цьому храповий механізм верхнього вала 11 зчіплює коромисло 9 з валом 11. Відбувається передача обертання і вал, як і у попередньому циклі обертається проти годинникової стрілки. Роль валів, коромисел та храпових механізмів змінюється на протиположні. Обертання ж валів відбувається безперервно і в одному й тому ж напрямку. Для забезпечення фіксації поршнів в мертвих точках безпосередньо до коромисла 10 шарнірно закріплюється шатун 18 кривошипне-шатунного механізму 19-18 кінематичного валу 20, який не несе силового навантаження. Джерела інформації. 1. Двигатель внутреннего сгорания lll-е издание под общей редакцией А.С. Орлика, Т.Г. Круглова. - М.: Машиностроение, 1985. - Т. 1. С. 456. 2. Двигатель внутреннего сгорания lll-е издание под общей редакцией А.С. Орлика, Т.Г. Круглова. - М.: Машиностроение, 1984. – Т. 2. - С. 384. Храповий механізм. 3. За патентом Р.Ф. № 2020335 опублікований бюлетень № 18, 30.09.1994 pік. 4. За патентом Р.Ф. № 2011071 опублікований бюлетень № 7, 15.04.1994 рік. Таблиця Робочі камери І ІІ III IV Цикли: р.х. - робочий хід, вих. - вихлоп, усм. - усмоктування, ст. - стиснення СТ. Р.Х. ВИХ. УСМ. Р.Х. ВИХ. УСМ. СТ. ВИХ. УСМ. СТ. Р.Х. УСМ. СТ. Р.Х. ВИХ. В верхній 1-й порожнині лівого робочого циліндра 1 протікає цикл стиснення. Поршень 2 рухається вгору, в нижній полості IV цього циліндра відбувається такт усмоктування. В правому циліндрі поршень 2 рухається донизу і верхній полості II цього циліндра відбувається робочий хід, а в нижній полості III - вихлоп. Верхнє коромисло 9 при цьому повертається за годинниковою стрілкою-храповий механізм 13 розщеплений з валом 11, обертання коромисла йде вхолосту. Нижнє коромисло 10 обертається також за годинниковою стрілкою, однак його храповий механізм 13 зчеплений з валом 12 та обертає вал 12 за годинниковою стрілкою, відбувається передача обертання. Внаслідок перехресної передачі 15 це обертання передається на верхній вал 11 та спрямовано проти годинникової стрілки, що відповідає розщепленому стану храпового механізму 13 верхнього вала 11 та згоджується з Фіг. 1 3 30983 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4