Двигун внутрішнього згоряння з поршневим компресорним продуванням

Двигун внутрішнього згоряння з поршневим компресорним продуванням, що містить робочу і компресорну порожнини, сполучені між собою, силовий перетворюючий плоско-важільний чотирьохланковий прямолінійно-направляючий механізм, що містить колінчастий вал, коромисло, шатун з трьома шарнірними з'єднаннями, осі яких розташовані у вершинах рівнобедреного трикутника, бічні сторони якого рівні відстані між осями шарнірів коромисла, причому один шарнір шатуна з єднаний із шатунною шийкою колінчастого вала, інший - із коромислом, який відрізняється тим, що третій шарнір шатуна з'єднаний із двома компенсаційними шатунами, один із яких шарнірно зв'язаний із робочим поршнем, інший - із компресорним поршнем, що разом із циліндром, у нижній частині якого розташоване впускне вікно, сполучене з впускним колектором, де встановлений зворотний пластинчастий клапан утворює компресорну порожнину, сполучену за допомогою трьох продувних каналів із робочим циліндром двигуна з трьома продувними і одним випускним вікнами, при цьому діаметр компресорного поршня більш ніж діаметр робочого, а вільний об'єм під робочим і компресорним поршнями і вільний об'єм картерного простору являють собою одне ціле Винахід відноситься до області машинобудування і може бути використаний в двигунобудуванні, зокрема, при створенні двотактних двигунів внутрішнього згоряння з поршневим компресорним продуванням Відомо двигун внутрішнього згоряння (див Орлін А С , Круглов М Г Комбіновані двотактні двигуни - М , «Машинобудування», 1968 - с 58 -59), що має силовий перетворюючий механізм, який містить колінчатий вал, шатун, коромисло, з'єднане з поршнем двосторонньої дії, менша частина якого разом із циліндром утворює робочу порожнину, а більша - компресорну, що сполучається з робочою порожниною продувними каналами Зазначений двигун містить силовий механізм перетворення зворотно-поступального руху двостороннього поршня в обертальний рух колінчатого вала, виконаний на базі кривошипно-шатунного механізму, що має недоліки, основний із яких - невисокий механічний ККД При роботі двигуна з боку поршня діє сила бічного тиску на стінку циліндра, що зводить до великих втрат на тертя і нерівномірному по колу зносу циліндро-поршневої групи (ЦПГ) і є основною причиною невисокого механічного ККД кривошипно-шатунного механізму Ви користаний у зазначеному двигуні поршень двосторонньої дії досить складної конфігурації, його монтаж у циліндрах ускладнений Відомо двотактний двигун внутрішнього згоряння з поршневим компресорним продуванням (патент України № 21397 А, МІЖ7 F 02 В 71/00, опублік у бюл №2, 1998), прийнятий за прототип, що містить робочу і компресорну порожнини, які сполучаються між собою, силовий перетворюючий плоско-важільний чотирьохланковий прямолінійнонаправляючий механізм, що містить колінчатий вал, коромисло, шатун з трьома шарнірними з'єднаннями, осі яких розташовані у вершинах рівнобедреного трикутника, бічні сторони якого дорівнюють відстані між осями шарнірів коромисла, причому один шарнір шатуна з'єднаний із шатунною шийкою колінчатого вала, ІНШІЙ - із коромислом, а третій - із штоком, жорстко з'єднаним із східчастим поршнем, менша частина якого разом із циліндром утворює робочу порожнину двигуна, а більша - компресорну, ізольовану від картера двигуна Силовий механізм зазначеного двигуна передбачає прямолінійне переміщення східчастого поршня завдяки прямолінійному руху центру шарніра ю ю 44554 кріплення шатуна до штока поршня Однак даний силовий механізм не є абсолютно прямолінійнонаправляючим, і центр шарніра кріплення шатуна до штока завжди буде мати деяке відхилення від прямолінійної траєкторії руху Силовий механізм зазначеного двигуна не має будь-якого пристрою для компенсації непрямолінійності руху, і тому що шток жорстко з'єднаний із поршнем, то при неминучому відхиленні осі штока від осі циліндра відбувається перекіс поршня в циліндрі, що зведе або до дуже сильного збільшення втрат на тертя в ЦПГ або до заклинювання східчастого поршня Крім цього, значним недоліком є ІЗОЛЯЦІЯ підпоршневої порожнини від картера, що цілком виключає можливість організації традиційного для поршневих машин змащування розбризкуванням деталей ЦПГ Організація змащування під тиском у зазначеному двигуні сполучена з рішенням ряду технічно складних задач, насамперед, це стосується забезпечення відводу мастила від тертьових поверхонь без значного влучення в компресорну порожнину і продувний тракт двигуна Всі вищевказані недоліки значно погіршують працездатність конструкції зазначеного двигуна і вкрай обмежують область його практичного застосування В основу винаходу поставлено задачу удосконалення двигуна внутрішнього згоряння з поршневим компресорним продуванням шляхом з'єднання третього шарніра шатуна з двома компенсаційними шатунами, один із яких шарнірно зв'язаний із робочим, а ІНШІЙ - із компресорним поршнем більшого діаметра, ніж робочий поршень, при цьому вільний об'єм під робочим і компресорним поршнями і вільний об'єм картерного простору являють собою одне ціле, що дозволить забезпечити безвідмовну роботу силового механізму, організувати ефективне змащування деталей ЦПГ без значного влучення мастила в компресорну порожнину і продувний тракт, підвищити ДОВГОВІЧНІСТЬ двигунів із поршневим компресорним продуванням та розширити діапазон застосування цих двигунів Поставлена задача досягається тим, що в двигуні внутрішнього згоряння з поршневим компресорним продуванням, який містить робочу і компресорну порожнини, сполучені між собою, силовий перетворюючий плоско-важільний чотирьохланковий прямолінійно-направляючий механізм, що містить колінчатий вал, коромисло, шатун з трьома шарнірними з'єднаннями, осі яких розташовані у вершинах рівно бедреного трикутника, бічні сторони якого дорівнюють відстані між осями шарнірів коромисла, причому один шарнір шатуна з'єднаний із шатунною шийкою колінчатого вала, ІНШІЙ із коромислом, згідно винаходу, третій шарнір шатуна з'єднаний із двома компенсаційними шатунами, один із яких шарнірно зв'язаний із робочим поршнем, ІНШІЙ - із компресорним поршнем, що разом із циліндром, у нижній частині якого розташоване впускне вікно, сполучене з впускним колектором, де встановлений зворотний пластинчастий клапан утворює компресорну порожнину, сполучену за допомогою трьох продувних каналів із робочим циліндром двигуна з трьома продувними і одним випускним вікнами, при цьому діаметр компресорного поршня більш ніж діаметр робочого, а вільний об'єм під робочим і компресорним поршня ми і вільний об'єм картерного простору являють собою одне ціле Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 зображена принципова схема запропонованого двигуна в подовжньому розрізі, на фіг 2 розріз А-А на фіг 1, на фіг 3 - розріз Б-Б на фіг 1 Двигун передбачає роботу по циклу, як із внутрішнім, так і з ЗОВНІШНІМ сумішоутворенням і містить блок-картер 1 з оппозитно встановленими в ньому робочим циліндром 2 і компресорним циліндром 3, у яких синхронно в одному напрямку зворотно-поступально переміщуються робочий поршень 4 разом з компресійним кільцем 5 та мастилоз'ємним кільцем 6, компресорний поршень 7 разом з мастилоз'ємним кільцем 8, шарнірно з'єднані з двома компенсаційними шатунами 9, 10, шатун 11, шарнірно з'єднаний із колінчатим валом 12, коромислом 13 і компенсаційними шатунами 9, 10, карбюратор 14, впускний колектор 15 із зворотним пластинчастим клапаном 16, впускне вікно 17, компресорну порожнину 18, сполучену за допомогою продувних каналів 19, 20, 21 із робочим циліндром 2, у нижній частині якого розташовані продувні вікна 22, 23, 24 і випускне вікно 25, сполучене з випускним каналом 26, свічу запалювання 27, форсунку 28 для впорскування рідкого палива Стрілками на фіг 1 і 2 показаний напрямок руху свіжого заряду і відпрацьованих газів у газовоздушному тракті двигуна в період продування-наповнення, круговою стрілкою на фіг 1 показаний напрямок обертання колінчатого вала Двигун працює наступним чином У випадку роботи по циклу із внутрішнім сумішоутворенням при наближенні робочого поршня 4 до верхньої мертвої точки (ВМТ) форсунка 28 впорскує паливо в об'єм робочого циліндра 2, у випадку використання дизельного палива під дією тиску і температури відбувається самозапалювання паливовоздушної суміші При використанні бензину паливовоздушна суміш займається іскрою від СВІЧІ запалювання Зрослий в результаті згоряння тиск діє на робочий поршень 4, переміщуючи його до нижньої мертвої точки (НМТ) - відбувається такт згоряннярозширення Поступальний рух робочого поршня 4 за допомогою компенсаційних шатунів 9, 10 передається компресорному поршню 7, який, переміщуючись від НМТ до ВМТ, верхнім краєм поступово закриває впускне вікно 17 і стискує свіжий заряд, що знаходиться в компресорній порожнині 18 і продувних каналах 19, 20, 21 Зворотньому викиду свіжого заряду через ще не закрите впускне вікно 17 перешкоджає зворотний пластинчастий клапан 16, розташований у впускному колекторі 15 В міру того, як робочий поршень 4 наближається до НМТвідчиняється спочатку випускне вікно 25, потім одночасно відчиняються продувні вікна 22, 23, 24 Відпрацьовані гази при цьому викидаються в атмосферу через випускне вікно 25, а після відкриття продувних вікон 22, 23, 24 стиснутий свіжий заряд із компресорної порожнини 18 і продувних каналів 19, 20, 21 надходить у робочий циліндр 2, частково перемішуючись із відпрацьованими газами, витискуючи їх і здійснюючи продування-наповнення робочого циліндра 2 по загальновідомому принципу функціонування двотактного двигуна з петлевим продуванням і золотниковим регулюван 44554 ням фаз газорозподілу Під час руху компресорного поршня 7 від ВМТ до НМТ у компресорній порожнині 18 створюється розрядження, і при наступному відкритті впускного вікна 17 з атмосфери по впускному колектору 15 і через зворотний пластинчастий клапан 16 у компресорну порожнину 18 і продувні канали 19, 20, 21 надходить свіжий заряд Під час руху робочого поршня 4 від НМТ до ВМТ після закриття продувних вікон 22, 23, 24 і випускного вікна 25 у робочому циліндрі 2 здійснюється стиск свіжого заряду Далі робочий цикл повторюється, починаючи з моменту впорскування палива форсункою 28 У випадку роботи по циклу з ЗОВНІШНІМ сумішоутворенням перед впускним колектором 15 встановлюється карбюратор 14 (див фігЗ), і наповнення компресорної порожнини 18 і продувних каналів 19, 20, 21 здійснюється паливовоздушною сумішшю, при цьому форсунка 28 відсутня В усьому іншому робочий процес і порядок руху мас свіжого заряду і відпрацьованих газів у газовоздушному тракті двигуна такий же, як і у випадку роботи по циклу з внутрішнім сумішоутворенням Зворотньо-поступальний рух робочого поршня 4 за допомогою компенсаційного шатуна 9, шатуна 11 і коромисла 13 перетворюється в обертальний рух колінчатого вала 12 Тому що силовий перетворюючий механізм запропонованого двигуна не є абсолютно прямолінійно-направляючим, то рухливість компенсаційних шатунів 9, 10 забезпечує нормальну роботу механізму без збільшення витрат на тертя та заклинювання в результаті перекосу робочого поршня 4 і компресорного поршня 7 у випадку, якби використовувалось жорстке штоко ве з'єднання робочого 4 та компресорного 7 поршнів із шатуном 11 Ефективне надійне змащування деталей ЦПГ і силового механізму здійснюється розбризкуванням мастила, що знаходиться у блок-картері 1, в результаті переміщення деталей силового механізму Єдність підпоршневих об'ємів з об'ємом блоккартера 1, у якому знаходиться мастило зумовлює легкий доступ мастила до деталей ЦПГ Надлишок мастила із внутрішньої поверхні робочого циліндра 2 і компресорного циліндра 3 виводиться до блок-картера 1 мастилоз'ємними кільцями 6, 8 через отвори в канавках робочого 4 і компресорного 7 поршнів Для ущільнення газового стику між компресорним поршнем 7 і компресорним циліндром 3 використовується лабіринтове ущільнення у виді фігурних проточок на бічній поверхні компресорного поршня 7 3 метою зменшення маси і тертя компресорний поршень 7 має спідницю тільки в тому МІСЦІ, де це необхідно для перекриття впускного вікна 17 Сукупність ВІДМІННИХ властивостей запропонованого технічного рішення дозволяє значно поліпшити механічні характеристики силового перетворюючого плоско-важільного чотирьохланковий прямолінійно-направляючого механізму при наявності високоефективної системи продування-наповнення, підвищити ДОВГОВІЧНІСТЬ і розширити діапазон застосування двигунів із таким механізмом та поршневим компресорним продуванням Практична реалізація запропонованого технічного рішення дасть можливість створення швидкохідних форсованих двигунів із високими техніко-економічними показниками 44554 ДП "Український інститут промислової власності "(Укрпатент) Україна, 04119, Киів-119, вул сім'ї Хохлових, 15 (044) 456-20-90