Спосіб зниження бічного тиску від шатуна на напрямні повзуна і двигун внутрішнього згоряння

Реферат: Група винаходів належить до машинобудування. Спосіб зниження бічного тиску від шатуна на напрямні повзуна в кривошипно-повзунних механізмах полягає в синхронізації їх валів між собою за допомогою шестерень з можливістю обертання в протилежні сторони. Між синхронно рухомими шарнірами кінематичних пар, утворених відповідним повзуном і шатуном кожного із синхронізованих кривошипно-повзунних механізмів вводять пасивний кінематичний зв'язок, який виконують у вигляді додаткової сполучної жорсткої ланки таким чином, що вказана ланка утворює як з повзунами, так і з шатунами зазначених механізмів кінематичні пари обертового руху. Двигун внутрішнього згоряння має у своєму складі зазначену ланку. Технічним результатом є підвищення надійності і довговічності двигунів за рахунок компенсації бічних тисків від шатунів на стінки циліндрів, усунення перекосів поршнів у циліндрах, зменшення вдвічі, в порівнянні із числом циліндрів, кількості місць підведення палива й засобів його запалення. UA 104893 C2 (12) UA 104893 C2 UA 104893 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до машинобудування, зокрема компресорів, поршневих двигунів з кривошипно-шатунними механізмами перетворення руху поршнів у обертальний рух колінчатих валів та може бути використаний у автомобілебудуванні, суднобудуванні, а також як силова установка в інших галузях. Відомо спосіб зменшення тиску від шатунів на стінки циліндрів (И.И.Артоболевский. Механизмы в современной технике. Справочное пособие в 7 т, т.4 Зубчатые механизмы, с.216, № 2383 "Зубчато-рычажный механизм поршневой машины", 2-изд, переработанное, М., "Наука", Гл. редакция физ-мат. литературы, 1980), у якому поршень спирається на два шатуни, що рухаються симетрично, при цьому бічні сили від шатунів взаємно врівноважуються й не передаються на стінки циліндра. Недоліком способу при його практичній реалізації є значний розмір поступально рухомих мас, порівняний з такими в крейцкопфному механізмі, а також великий дезаксіал кривошипно-повзунних механізмів, які утворюють зазначений зубчастоважільний механізм. Найближчим по технічній сутності й ефекту, що досягається, до заявленого способу, є спосіб, реалізований у здвоєному двигуні (П.С. Штэпа, а.с. СССР №128703, опубл. БИ №10,1960г), у якому суміжні поршні з'єднуються наглухо, при цьому бічні сили від реакції шатунів колінчатих валів, що обертаються синхронно в протилежні сторони, спрямовані назустріч один одному й взаємно знищуються, не роблячи тиску на стінки циліндрів, а дезаксіал значно зменшено. Недоліком способу є зайвий пасивний зв'язок між поршнями, що приводить до перекосу, не паралельному розташуванню поршнів стосовно циліндрів у випадку відхилення δ від синхронності руху здвоєних кривошипних механізмів (Фіг. 1), що залежить не тільки від точності виготовлення й складання, але змінюється в міру зношування механізмів під час експлуатації - прототип способу. Задача винаходу - підвищення надійності й довговічності. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі механізм перетворення руху виконано у вигляді двох кривошипно-повзунних механізмів, кривошипи яких синхронізовані між собою за допомогою шестерень з можливістю обертання в протилежні сторони, у якому, відповідно до винаходу, між шарнірами кінематичних пар, утворених повзуном і шатуном кожного з синхронізованих кривошипно-повзунних механізмів, введено пасивний зв'язок у вигляді додаткової твердої ланки, що утворює і з повзунами і з шатунами зазначених механізмів кінематичні пари. Винахід дозволяє усунути шкідливий вплив зайвих пасивних зв'язків у здвоєному механізмі й тим самим усунути в парах повзун - напрямні можливі натяги, що виникали через залежність положення повзунів стосовно напрямних при неточностях у синхронізації здвоєного механізму, чим забезпечено технічний результат. Відомий поршневий двигун, у якому заявлена відсутність бічних тисків від шатунів на стінки циліндрів - двигун В.Клесова, типу КП 344/480, КП 321/15, КП 322/30, що містить два колінчатих вали, синхронізованих між собою за допомогою шестерень, а в кожному поршні розміщено по два поршневих пальця, з'єднаних із шатунами колінчатих валів, при цьому додатково верхні головки шатунів оснащені зубчастими секторами, що входять один з одним у зачеплення. Недоліком такого двигуна є зайві пасивні зв'язки між верхніми головками шатунів, що приводять до подвійного конфлікту - по-перше, між механізмом синхронізації колінчатих валів і положенням поршня в циліндрі, по-друге, між механізмом синхронізації колінчатих валів і механізмом синхронізації руху верхніх головок шатунів за допомогою синхронізуючих зубчастих секторів, через неминучі неточності виготовлення й зношування. Крім того, такий двигун має значний, сягаючий дворазового, дезаксіал, тому може бути виконаний тільки короткоходовим, зі співвідношенням ходу поршня до діаметра циліндра 0,6-0,7, що у свою чергу значно погіршує співвідношення площі поверхні до робочого об'єму циліндра - у такий спосіб поліпшення механічного к.к.д. двигуна значно компенсується зниженням його термічного к.к.д., і, головне, виникає примусовий перекіс поршня в циліндрі при неточностях у синхронізації руху валів або зубчастих секторів, що знижують довговічність двигуна і його надійність (патент України № 7354). Найближчим по технічній суті й ефекту, що досягається, до заявленого двигуна, є здвоєний двигун внутрішнього згоряння із загальною для суміжних циліндрів камерою стиску (П. С. Штэпа, а.с. СССР №128703, опубл. БИ №10,1960г), у якому колінчасті вали синхронізовані між собою шестернями й обертаються в протилежні сторони, а поршні суміжних циліндрів наглухо з'єднані між собою. Недоліком такого двигуна є зайвий пасивний зв'язок між поршнями, що приводить до примусового перекосу одночасно обох поршнів у циліндрах (фіг. 1) через неминучу неточність як при виготовленні, так і виникаючих при експлуатації відхиленнях δ взаємного положення суміжних поршнів - прототип двигуна. 1 UA 104893 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Задача винаходу - підвищення надійності й довговічності. Поставлена задача вирішується тим, що поршневий двигун, що містить корпус, щонайменше два циліндри з розміщеними в них поршнями, з утворенням щонайменше однієї камери стиску, механізм перетворення руху, виконаний у вигляді щонайменше двох паралельних колінчатих валів, синхронізованих між собою за допомогою шестерень із можливістю обертання в протилежні сторони, коліна зазначених валів за допомогою шатунів з'єднані з поршнями, у якому, відповідно до винаходу, шарніри кінематичних пар, утворених поршнем і шатуном кожного із синхронізованих кривошипно-повзунних механізмів, наприклад, поршневі пальці, з'єднані між собою щонайменше однією жорсткою ланкою, що утворює з поршнями й шатунами зазначених механізмів кінематичні пари, при цьому, навіть при значних відхиленнях δ від синхронності руху спарених механізмів, поршні в циліндрах розміщуються без перекосів, а бічні тиски від шатунів діють на зазначену сполучну жорстку ланку назустріч один одному й взаємно врівноважуються, не роблячи тиску на стінки циліндрів, чим забезпечено технічний результат. Переважним є двигун, у якому сполучна жорстка ланка виконана у вигляді дуги, або U- чи Vподібної фігури, або прямолінійного стрижня, і яку виконано як одну деталь або з декілька жорстко з'єднаних між собою деталей, а суміжні циліндри в нижній частині мають проріз (прорізь, щілину) між ближніми сторонами стінок циліндрів, для проходу сполучної жорсткої ланки при русі поршнів до верхньої мертвої точки, забезпечуючи зменшення висоти й маси поршнів, причому в положенні поршнів у нижній мертвій точці проріз (отвір, прорізь, щілина) перекрита частинами поршнів і не з'єднує надпоршневий простір з підпоршневим. Двигун може бути двоциліндровим, багатоциліндровим, рядним, V-подібним, опозитним, зіркоподібним, із двома, трьома, чотирма й більше синхронізованими валами, при цьому може бути двотактним, чотиритактним та реалізовувати будь-який відомий термодинамічний цикл для поршневих двигунів, причому кількість засобів запалення заряду, подачі палива, і т.п. у двигуні може бути зменшено вдвічі в порівнянні з кількістю його циліндрів. Технічна суть винаходу наведена у графічному зображенні (фіг. 2) з прикладами конкретного виконання винаходу для різних (деяких) компоновок двигунів (Фіг. 2-5). На Фіг. 2 показане положення поршнів при таких же, як на Фіг. 1, відхиленнях δ у синхронності руху верхніх головок шатунів у випадку з'єднання поршневих пальців жорсткою ланкою 1 з утворенням кінематичних пар цієї ланки 1 з шатунами й поршнями, при цьому, навіть при помітному відхиленні δ положення поршнів, на стінки циліндрів (напрямні) не передаються бічні тиски від суміжних шатунів - згідно з винаходом. На Фіг. 3 показаний приклад виконання двигуна з двома синхронізованими валами, з опозитними циліндрами, у якому сполучна ланка 1 між поршневими пальцями суміжних поршнів має V-подібну форму, а між спареними циліндрами виконаний проріз (прорізь, щілина) 2 для проходу сполучної ланки 1, з метою зменшення висоти поршнів - переважний варіант. На Фіг. 4 показаний двигун із трьома валами, V-подібний, кут розвалу довільний. На Фіг. 5 показаний багатоциліндровий зіркоподібний двигун, у якому на кожній шийці кривошипа розміщено по два шатуни, з відбором потужності на співвісні центральні вали, які обертаються в протилежні сторони, при цьому в зачепленні з парними шестернями перебуває один вал відбору потужності, а другий вал відбору потужності - у зачепленні з непарними шестернями валів. Двигун теоретично повністю врівноважений. Двигун має щонайменше два кривошипно-шатунних механізми, розташованих в одному корпусі, синхронізованих за допомогою зубчастих шестерень, з симетрично розміщеними поршнями у паралельних циліндрах. Згідно з винаходом поршневі пальці суміжних пар поршнів шарнірно з'єднані між собою сполучною жорсткою ланкою 1, переважно V-подібної форми, двигун переважно має прорізь (щілину) 2 у стінці, що відокремлює суміжні циліндри, у якій має можливість рухатись сполучна жорстка ланка 1, з метою зменшення габаритів двигуна. Для зменшення дезаксіалу спарених кривошипно-повзунних механізмів, у випадку застосування шатунів з роз'ємними нижніми головками, переважним є виконання їх з косими розніманнями, як більш компактні з суміжних сторін шатунів (в графічній частині Заявки рознімання нижніх головок шатунів не відображено). Суть роботи двигуна по дійсному винаходу полягає в тому, що поршневий двигун, використовуючи енергію газів, за допомогою кривошипно-шатунних механізмів перетворює її в механічну енергію обертового руху колінчатих валів, синхронізованих між собою за допомогою зубчастих шестерень, при цьому бічні тиски від шатунів у суміжних циліндрах передаються жорсткій сполучній ланці 1 (Фіг. 2-5) протилежно один одному й взаємно знищуються, не передаючись циліндрам і поршням двигуна, при цьому допускаючи осьові і радіальні зміщення поршнів у відповідних циліндрах без перекосів, в межах для зазначених зсувів, обумовлених 2 UA 104893 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 відхиленням розмірів ланок механізмів двигуна від номінальних, що забезпечує високий механічний ККД і довговічність двигуна. Застосування способу зниження бічного тиску від шатунів на напрямні повзунів дозволяє усунути зайві пасивні зв'язки в синхронізованих спарених кривошипно-повзунних механізмах, чим усуваються перекоси повзунів у напрямних, а в поршневих машинах і двигунах внутрішнього згоряння - дозволяє усунути не тільки бічний тиск від шатунів на стінки циліндрів, але й перекоси поршнів в циліндрах, підвищити механічний ККД, надійність і довговічність двигунів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб зниження бічного тиску від шатуна на напрямні повзуна в кривошипно-повзунних механізмах, який полягає в тому, що застосовують механізм перетворення руху у вигляді щонайменше двох кривошипно-повзунних механізмів, в яких вали синхронізують між собою за допомогою шестерень з можливістю обертання в протилежні сторони, який відрізняється тим, що між синхронно рухомими шарнірами кінематичних пар, утворених відповідним повзуном і шатуном кожного із синхронізованих кривошипно-повзунних механізмів, вводять пасивний кінематичний зв'язок, який виконують у вигляді додаткової сполучної жорсткої ланки таким чином, що вказана ланка утворює як з повзунами, так і з шатунами зазначених механізмів кінематичні пари обертового руху, а у просторі між вказаними шарнірами забезпечують відповідний отвір у вигляді пройми для переміщення вказаної жорсткої ланки. 2. Двигун внутрішнього згоряння з кривошипно-шатунним механізмом перетворення руху, що виконаний у вигляді щонайменше двох паралельних колінчатих валів, синхронізованих між собою шестернями з можливістю обертання вказаних валів у протилежні сторони, та має щонайменше одну пару паралельних циліндрів з розміщеними в них поршнями, з утворенням щонайменше однієї камери стиску, при цьому коліна зазначених валів за допомогою шатунів з'єднані зі відповідними поршнями, з можливістю синхронного руху вказаних поршнів, який відрізняється тим, що синхронно рухомі частини шарнірів кінематичних пар, утворених відповідними поршнями і шатунами, наприклад поршневі пальці, рухомо з'єднані між собою щонайменше однією сполучною жорсткою ланкою, яка при цьому утворює як з зазначеними поршнями, так і з шатунами кінематичні пари обертового руху, так, що бічні тиски від шатунів діють через зазначену жорстку ланку протилежно один одному, причому кожна пара циліндрів з синхронно рухомими поршнями, у своїй нижнійчастині, має відповідну пройму між ближніми сторонами стінок вказаних циліндрів для можливості переміщення сполучної жорсткої ланки у вказаній проймі при переміщенні поршнів. 3. Двигун за п. 2, який відрізняється тим, що сполучна жорстка ланка може бути дугоподібною, V- або U-подібною, або у вигляді прямолінійного стержня й бути виконаною як одна деталь або із з'єднаних між собою деталей. 4. Двигун за п. 2 або 3, який відрізняється тим, що нижні головки шатунів, які виконані роз'ємними, мають косі рознімання для зменшення відстані між осями колінчатих валів. 3 UA 104893 C2 4 UA 104893 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко 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 5