Безшатунний дизель зі складовим поршнем

Реферат: Винахід належить до безшатунних поршневих двигунів. Двигун має складовий поршень, розміщений у ступінчастому циліндрі. Безшатунний механізм перетворює зворотнопоступальний рух поршнів в обертовий рух вала. При цьому великий поршень переміщується зовнішньою замкнутою гвинтовою канавкою на валу і кулькою, а малий поршень - внутрішньою замкнутою гвинтовою канавкою на валу і кулькою. Поршні стопоряться від прокручування відповідними напрямними. У циліндричній порожнині великого поршня розташований малий поршень з можливістю виходу за межі великого поршня для максимального стискування повітря в ступінчастому циліндрі. Порожнистий вал, великий і малий поршні, ступінчастий циліндр є співвісними. Винахід сприяє збільшенню ступеня стискування у циліндрах двигуна. UA 104788 C2 (12) UA 104788 C2 UA 104788 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі машинобудування, а саме до поршневих двигунів внутрішнього згоряння. Відомий дизельний двигун (1), який містить кривошипно-шатунний механізм, систему живлення, в якому для забезпечення самозаймання пального стискується повітря. В запропонованому винаході використовується циліндр та поршень як робоча пара. Однак, стискування повітря в дизельному двигуні супроводжується значними втратами потужності. Та й кривошипно-шатунний механізм дорогий в виробництві і зменшує корисну роботу, що знімається з маховика двигуна. Відомий безкривошипний двотактний дизель (2). В цьому винаході використовується кут підйому гвинтових ліній 45°, але не на торці маховика, а на валу. Однак зазначений механізм складний. Відомий безшатунний механізм (3). В цьому винаході використовується кільцева канавка, яка містить ліво- і правообертальні частини гвинта, які з'єднані плавними переходами. У згаданому джерелі не вказано на ознаку розташування розгортки гвинтової лінії під кутом 45° до поперечної площини вала. Цей механізм взято за прототип. Однак, зазначений механізм не дозволяє збільшити ступінь стискування повітря в дизелі. Відомий двигун внутрішнього згоряння зі складовим поршнем (4). Він має вал з зовнішньою і внутрішньою замкнутими гвинтовими канавками які переміщують відповідно великий і малий поршні. В основу винаходу поставлено задачу створити такий безшатунний дизель зі складовим поршнем, в якому нове виконання механізму, що перетворює зворотно-поступальний рух поршнів в обертовий рух вала і навпаки, а також нової конструкції складового поршня, дозволило б збільшити ступінь стискування повітря в дизелі, зменшити втрати потужності на стискування і зменшити навантаження на деталі двигуна. Поставлена задача вирішується тим, що в новому безшатунному механізмі використано зовнішню і внутрішню замкнуті гвинтові канавки на валу, які переміщують за допомогою кульок відповідно великий і малий поршні. При цьому малий поршень в момент максимального стискування виходить за межі великого поршня. Будова двигуна показана на фіг. 1. Він має ступінчастий циліндр 5, в якому розташовані великий 4, а в ньому - малий 3 поршні. Безшатунний механізм, що перетворює зворотнопоступальний рух поршнів 3 і 4 в обертовий рух вала 6 і навпаки, причому великий поршень 4 1 1 переміщується зовнішньою замкнутою гвинтовою канавкою 12 (А В С D С В А) (фіг.4) вала 6 і 1 1 1 кулькою 11, а малий поршень 3 - внутрішньою замкнутою гвинтовою канавкою 2 (A m D n А ) вала 6 і кулькою 13. Від прокручування великий 4 і малий 3 поршні стопоряться кульками 1 і 8, які рухаються по відповідних напрямних 9 і 7 (фіг.1). Великий поршень 4 має рухомий циліндр 14, який слугує напрямною для переміщення малого поршня 3 за межі великого поршня 4 в момент максимального стискування повітря в ступінчастому циліндрі 5. Осі порожнистого вала 6, великого 4 і малого 3 поршнів співпадають з віссю ступінчастого циліндра 5. Зовнішня 1 1 1 замкнута гвинтова канавка 12 (А В С D С В А) на валу 6 має ділянку С D С , площина якої перпендикулярна до осі вала 6 (фіг.4). Вона забезпечує нерухоме положення великого поршня 4 в верхній мертвій точці, коли малий поршень 3 додатково переміщується за межі великого поршня 4 в малий циліндр 15 ступінчастого циліндра 5 (фіг. 2; 3), а перегин канавки (точка А, 1 1 фіг. 4) відповідає положенню великого поршня 4 в нижній мертвій точці. Перегини (точки D і А ) 1 1 1 внутрішньої замкнутої гвинтової канавки (A m D n А ) визначають положення малого поршня 3 у верхній і нижній мертвих точках. Кут підйому гвинтової лінії зовнішньої замкнутої гвинтової 1 1 канавки 12 (А В С D С В А) складає 45°, а кут підйому гвинтової лінії внутрішньої гвинтової 1 1 1 канавки 2(А m D n А ) валу 6 повинен бути в межах 45°-65°. Робота безшатунного дизеля зі складовим поршнем відбувається наступним чином. Під час обертання валу 6 на 360° поршні 3 і 4 виконують наступні рухи. З початку ходу з нижньої мертвої точки до верхньої (справа наліво, фіг. 1) обидва поршні - великий 4 і малий 3 рухаються як одне ціле. Вони переміщуються відповідно кульками 11 і 13 і замкнутими 1 1 1 1 1 гвинтовими канавками 12 (А В С D С В А) і 2 (A m D n А )(фіг. 4). Коли великий поршень 4 1 сягне свого крайнього лівого положення, його кулька 11 вийде на кільцеву канавку CDC 1 1 (площина її перпендикулярна до осі циліндра 5) замкнутої гвинтової лінії 12 (А В С D С В А) і великий поршень 4 зупиняється, а вал 6 прокручується ще на кут  / 2 . При цьому переміщується (висовується за межі великого поршня 4) малий поршень 3 на величину S (фіг. 2), тобто відбувається додатковий хід малого поршня 3. Повітря в циліндрі 5 дизеля додатково стикується. Збільшується в декілька разів ступінь стискування. Вприскується в циліндр пальне і відбувається робочий хід спочатку малого поршня 3 на величину S . Малий поршень 3 входить у великий поршень 4 і далі вони рухаються разом як одне ціле (фіг. 3). Гази тиснуть на всю 1 UA 104788 C2 5 10 15 20 25 30 поверхню малого 3 і великого поршнів, передаючи збільшене зусилля кульками 13 та 11 і 1 1 1 1 1 замкнутими гвинтовими канавками 2 (A m D n А ) і 12 (А В С D С В А), відповідно (фіг. 4) на вал 6 двигуна. Сягнувши свого крайнього правого положення, обидва поршні зупиняються (фіг. 1). Процес повторюється. З мертвих точок механізм виводиться маховиком 10. Зазначена конструкція за рахунок малої площі малого поршня 3 в поєднанні з безшатунним механізмом забезпечує збільшення ступеня стискування повітря в дизелі, зменшення втрат потужності на стискування і зменшення навантаження на деталі двигуна. Джерела інформації: 1. А.С.Орлин и др. Двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1970, с.315-319. 2. Патент РФ № 2128774 С1. 3. Патент Китаю № 2184787. 4. В.Г.Федосеев, « Двигун внутрішнього згоряння зі складовим поршнем", http://www.patent.km.ua. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Безшатунний дизель зі складовим поршнем, який відрізняється тим, що має ступінчастий циліндр, в якому розміщені великий, а в ньому - малий поршні, безшатунний механізм, що перетворює зворотно-поступальний рух поршнів у обертовий рух вала і навпаки, причому великий поршень переміщується зовнішньою замкнутою гвинтовою канавкою вала і кулькою, а малий поршень - внутрішньою замкнутою гвинтовою канавкою вала і кулькою, прокручуванню великого і малого поршнів запобігають кульками, які рухаються по відповідних напрямних, великий поршень має циліндричну напрямну для переміщення малого поршня за межі великого поршня в момент максимального стискування повітря в ступінчастому циліндрі, осі порожнистого вала, великого і малого поршнів співпадають з віссю ступінчастого циліндра, зовнішня замкнута гвинтова канавка на валу має ділянку, площина якої перпендикулярна до осі вала, вона забезпечує нерухоме положення великого поршня у верхній мертвій точці, коли малий поршень додатково переміщується за межі великого поршня в малому циліндрі ступінчастого циліндра, а перегин канавки відповідає положенню великого поршня в нижній мертвій точці, перегини внутрішньої замкнутої гвинтової канавки визначають положення малого поршня у верхній і нижній мертвих точках, кут підйому гвинтової лінії зовнішньої замкнутої гвинтової канавки на валу складає 45°, а кут підйому гвинтової лінії внутрішньої гвинтової канавки на валу знаходиться у межах 45°-65°. 2 UA 104788 C2 3 UA 104788 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4