Поршневий двигун

1. Поршневий двигун, що містить корпус, в якому розташовані циліндри із клапаннорозподільним механізмом і системою управління, поршні, кожний з яких шарнірно зв'язаний шатуна C2 2 (19) 1 3 перетворення в хімічній реакції поданих речовин, продукти яких при розширенні здійснюють механічну роботу, охолоджуються і виводяться із циліндра через кінцеві вікна. Недоліком таких двигунів є дія значних знакозмінних сил на стінки циліндра з боку поршня, що не дозволяє зменшити тертя, застосувати в робочій зоні хімічно інертні керамічні матеріали, підвищити коефіцієнт корисної дії двигуна. Найбільш близьким до запропонованого винаходу за сукупністю ознак є "Поршневий двигун Тарасовича", обраний як прототип [3]. Загальними суттєвими ознаками відомого та заявленого двигуна є розташовані в корпусі циліндри із клапаннорозподільним механізмом і системою управління, поршні, кожний з яких шарнірно зв'язаний шатунами з одним із двох кривошипів, з'єднаних між собою синхронною зубчастою передачею з парним числом послідовно зв'язаних зубчастих коліс, а коромислом з'єднаний з корпусом з можливістю обертання, зворотно-поступального переміщування та зрівноваженого руху всієї системи інерційних мас, створення обертального моменту на вихідному валу. До причин, що перешкоджають досягненню потрібного технічного результату при застосуванні відомого двигуна відноситься те, що в ньому відсутня можливість оперативної зміни степеня стиснення компонентів в циліндрі, що утруднює його пуск, роботу в оптимальному режимі при зміні навантаження чи при заміні палива та відсутня система очищення утворюваних продуктів. В основу винаходу поставлене завдання вдосконалення поршневого двигуна, що забезпечує можливість керування степенем стиснення та створення в циліндрі потрібної температури, тиску компонентів, що приводить до поліпшення пускових властивостей двигуна, розширення асортименту та скорочення витрат палива, рівня шкідливих викидів та їх уловлювання при одночасному зростанні потужності, спрощенні конструкції камери згоряння. Поставлене завдання вирішується тим, що в поршневому двигуні, що містить корпус, в якому розташовані циліндри із клапанно-розподільним механізмом і системою управління, поршні, кожний з яких шарнірно зв'язаний шатунами з одним із двох кривошипів, вихідні вали відбору потужності яких з'єднані між собою синхронною зубчастою передачею з парним числом послідовно зв'язаних зубчастих коліс, а коромислом з'єднаний з корпусом з можливістю обертання, зворотнопоступального переміщування та зрівноваженого руху всієї системи інерційних мас, згідно з винаходом, принаймні, один із поршнів шарнірними опорами кривошипа і коромисла установлений на рухомій рамі з можливістю переміщування її в опорах корпусу та забезпечення поршню додаткового зміщення уздовж вісі циліндрів при постійному зачепленні в зубчастій передачі, яка включає конічні зубчасті колеса, які по вісі обертання синхронних валів шарнірно зв'язані між собою обертовою муфтою ковзання, а вікна циліндрів каналами з'єднані з пристроєм подачі вихідних компонентів і фільтром. Циліндри двигу 88337 4 на і/або поршні, і/або фільтр виготовлені із металу і/або керамічних матеріалів. Фільтр може бути виготовлений пористим і містити на поверхні пор оксиди металів і/або їх гідрати, і/або інші прийнятні сполуки. Степінь стиснення - основний фактор, що визначає ефективність використання енергії палива. Для його підвищення степінь стиснення повинен бути як можна вищим. Якщо він занадто високий, виникає передчасне запалення і детонація, які руйнують двигун. Наприклад, надійний пуск дизельного двигуна здійснюється при степені стиснення приблизно 20-22 одиниці, при роботі на повному навантаженні оптимальний степінь стиснення складає 12-14 одиниць, а при наддуванні його величина може знижуватись до 7-8 одиниць [4]. двигуні поршні В запропонованому установлені по два в середньому силовому циліндрі, який має вхідні та вихідні вікна, виконані лише на його кінцях, а додаткові поршні, наприклад, з більшим діаметром, установлені по одному в окремих циліндрах. Ці циліндри можуть мати кришки з клапанно-розподільним механізмом та засіб запалювання палива, що дозволяє реакційну зону силового циліндра виконати без кришки, клапанів і форсунки, де подане повітрям паливо запалюється, наприклад, шляхом зміни степеня стиснення вихідних компонентів. Зв'язані між собою поршні, розташовані в різних циліндрах, дозволяють збільшити різнофазні зусилля газових та інерційних сил, створити при їх зустрічному русі в середньому силовому циліндрі параметри газового середовища вищі, ніж у відомих конструкціях, та забезпечити проведення робочого процесу при значно вищих температурах та тиску реагуючих компонентів. Передачу обертального моменту споживачу здійснюють, наприклад, від одного із кривошипів. Регульоване переміщення другого кривошипа відносно першого здійснюють за допомогою запропонованої зубчастої передачі, яка дозволяє в процесі синхронного обертання кривошипів додаткове його зміщення, що призводить до зміни відносного розташування двох поршнів в циліндрі та об'єму камери згоряння, розташованої між двома поршнями. При цьому, зміна степеня стиснення в циліндрі може здійснюватися без зупинки двигуна і на всіх режимах його роботи. В двигуні, наприклад, в його вихідних газових каналах, можуть бути установлені індикатори роботи, які зв'язані з системою керування двигуном. При отриманні сигналу від індикаторів система керування з'єднує вихідне вікно циліндра з фільтром для уловлювання утворених токсичних речовин. В запропонованому двигуні змінні фільтри можуть бути виготовлені із пористих металічних і/або керамічних матеріалів. Нанесення на поверхню пор оксидів металів і/або їх гідратів, і/або інших аналогічних за властивостями сполук дозволяє зв'язати і видалити токсичні сполуки азоту, сірки, вуглецю та інших речовин із вихлопних викидів. Фільтри в подальшому можуть бути регенеровані в промислових умовах або використані одноразово. Уловлювання фільтром токсичних компонентів 5 згоряння палива знижує забруднення навколишнього середовища. Утворювані хімічні сполуки також можуть бути виділені та використані як продукти для їх подальшої переробки. Суть заявленого винаходу пояснюється кресленням, на якому зображена схема поршневого двигуна (фіг.). Двигун містить кривошип 1, шатун 2, причіпний шатун 3, коромисло 4, циліндр 5, клапани 6, поршень 7, силовий циліндр 8, поршень 9, вікна 10, вихідний патрубок 11, клапани 12, фільтр 13, збірник 14, блок керування 15, раму 16, привід рами 17, зубчасті колеса 18, муфту ковзання 19, синхронний вал 20, опори вала 21, вал відбору потужності 22. Двигун містить силовий циліндр 8, кінцеві симетрично розташовані додаткові циліндри 5 з клапанами 6. В циліндрі 5 установлений поршень 7 і в циліндрі 8 поршень 9. Поршні 7, 9 жорстко зв'язані між собою та установлені з можливістю сумісного зворотно-поступального переміщування відносно аналогічних поршнів, розташованих симетрично та установлених у другому однаковому механізмі (на фіг. пронумеровані елементи одного із них).. Поршні 7 і 9 шарнірне зв'язані причіпним шатуном 3 з шатуном 2 і коромислом 4, які шарнірно установлені в корпусі та шарнірне зв'язані шатуном 2 з кривошипом 1. Елементи 1-4 утворюють кривошипно-шатунний механізм. Кривошипи двох механізмів з'єднані між собою зубчастою передачею із зубчастими колесами 18, синхронним валом 20, обертальною муфтою 19 з можливістю синхронної роботи та зрівноваженого руху всієї системи інерційних мас. Центри обертання одного із кривошипів, опорного коромисла і шатуни поршня установлені на рухомій рамі 16 з можливістю її переміщування уздовж вісі циліндрів в шарнірних опорах та фіксації за допомогою приводу 17. Зубчасті колеса 18 в зубчастій передачі розташовані в положенні постійного зачеплення. Циліндр 8 має вхідні канали 11 та вихідні канали, в яких установлені клапани 12 чи золотники , що зв'язані із системою керування 15, обладнаною індикаторами роботи двигуна, наприклад, датчиками (не наведені на фіг.) появи твердих частинок, підвищення температури. Система керування 16 приводить в рух клапани 12, які з'єднують збірник вихідних (повітря, палива) компонентів 14, фільтр 13 з циліндром 8. Схема синхронної зубчастої передачі моменту обертання кривошипів складається із шарнірно установленої в корпусі двигуна рухомої рами 16 з можливістю зсуву її паралельно вісі циліндра 8. На рамі 16 розташований кривошип з конічними зубчастими колесами 18, які знаходяться в постійному зачепленні між собою з можливістю обертання синхронних валів 20, які установлені в опорах обертання 21. Вали 20 шарнірно зв'язані між собою обертовою муфтою ковзання 19, зубчасті зачеплення якої дозволяють відносний зсув кривошипа уздовж вісі обертання муфти та синхронних валів паралельно вісі циліндра. Двигун працює таким чином. В середню частину силового циліндра 8 через збірник 14 подається суміш вихідних компонентів 88337 6 (повітря, паливо) через відкриті вхідні вікна 10 при закритих вихідних вікнах циліндра. При обертанні вихідного вала приводиться в рух кривошипношатунний механізм. Поршні 7 стискають газову суміш в кінцевих силових циліндрах 5 за допомогою клапанів 6, де вона запалюється, наприклад, від високовольтного джерела запалювання. В додаткових циліндрах 5 можуть бути проведені процеси тільки стиску-розширення газового середовища без подачі та згоряння палива. В цьому випадку, в циліндрі 5 здійснюється попереднє акумулювання енергії поршнів для наступного їх руху та стискання газових компонентів в циліндрі 8. Зміна степеня стиску в циліндрі 8 досягається зміною положення рухомої рами 16, яка зміщує центр обертання одного із кривошипів відносно центру обертання іншого кривошипа, що приводить до додаткового зближення поршнів, зменшення об'єму робочої камери згоряння та збільшення степеня стиску, температури компонентів, їх взаємодії, спалаху та згоряння. Система керування 15, отримавши сигнал від індикатора, відкриває клапани чи золотники 10 і з'єднує вихід циліндра 8 з фільтром 13, наприклад, для уловлювання твердих частинок при підвищеній задимленості вихлопу або для продування фільтра повітрям. При цьому за допомогою системи керування на вході в циліндр може підвищуватися об'єм подачі повітря та степінь його стиснення. Зубчаста передача, в процесі зміни степеня стиску, працює наступним чином. Рухома рама 16 приводом 17 зсувається та фіксується відносно корпусу паралельно вісі циліндра, що викликає переміщення установленого на ній одного із кривошипів, зв'язаного конічними зубчастими колесами 18 з валом 20, зубчастим зачепленням в муфті ковзання 19 при їх зміщенні уздовж вісі циліндра в опорах 21. При цьому, кривошип шатунами, коромислом додатково зміщує поршень, установлений в циліндрі 8, та зубчасте зачеплення в муфті ковзання 19. Зміщення поршня в циліндрі призводить до зміни об'єму камери згоряння та степеня стиснення робочої суміші, а поздовжнє зміщення зубчастого зачеплення забезпечує в муфті ковзання безперервне обертання синхронних валів 20 при передачі моменту обертання вихідному валу 22. Двигун може працювати, наприклад, використовуючи відомий двотактний процес газообміну в циліндрах. В цьому випадку продувку циліндра здійснюють прямотечійним потоком стисненого повітря через вікна, які відкриваються поршнями в кінці робочого ходу. Після закриття вікон паливо в циліндрі 8 запалюється від стискання і після згоряння створює тиск в циліндрі, де поршні здійснюють робочий хід в середньому циліндрі. Відбір потужності двигуна споживачу здійснюють через вал кривошипа 9. При необхідності, паливо в двигун може подаватися безпосередньо в циліндр та/або в камеру згоряння та запалюватися від додаткового джерела запалювання. Запропонована схема двигуна дозволяє також, у випадку застосування багатоколінних валів, де кривошипи забезпечують неперервний обер 7 88337 тальний момент, усунути додаткові циліндри, здійснити при цьому наддування силових циліндрів, наприклад, відцентровим нагнітачем. Таким чином, реалізація в запропонованому двигуні двотактного робочого процесу в середньому силовому циліндрі, де відсутні рознімні з'єднання, кришки, прокладки, клапани, пристрої подачі та запалювання суміші, в умовах, коли досягається можливість регулювання степеня стиснення вихідних компонентів, застосування керамічних матеріалів зниження дії на циліндр бокових сил поршнів, приводить до підвищення робочих параметрів циліндра, к.к.д. процесу, спрощення камери згоряння. При цьому, конструкція двигуна дозволяє одночасно виділити із вихлопних газів утворювані токсичні продукти реакції, що підвищує екологічні характеристики двигуна. Заявлений поршневий двигун можна виготовити з використанням відомого верстатного об Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 8 ладнання, матеріалів, технологій з досягнутою в двигунобудуванні точністю з використанням металів та екрануючих керамічних матеріалів, та/або виготовити циліндри і/або поршні повністю із керамічних матеріалів. Таким чином вищенаведені відомості свідчать про досягнення технічного результату при здійсненні заявленого винаходу. Джерела інформації: 1. Двигатель внутреннего сгорания /Под ред. В.Н. Луканина. - М.:Высшая школа, 1985. 2. Двигатели внутреннего сгорания /Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. - М: Машиностроение, 1980. 3. Патент України № 21401, МПК 6 F01B 9/00, F02B 75/32, 2000. 4. Экономия горючего/Под ред. Серегина Е.П. - М.: Военное издательство, 1986. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601