Двооб’ємний чотиритактний двигун внутрішнього згоряння

Реферат: Винахід належить до чотиритактних двигунів внутрішнього згоряння з двома робочими об’ємами (двооб'ємних). Двигун містить блок циліндрів, виконаний у вигляді циліндра з більшим діаметром, в якому розміщений вільний поршень з циліндром всередині меншого діаметра, крім UA 114443 C2 (12) UA 114443 C2 того, у циліндрі з меншим діаметром розміщений поршень, зв'язаний із збалансованим кривошипно-шатунним механізмом. У верхній частині циліндра розміщений внутрішній буртик для передачі сили з вільного поршня на кривошипно-шатунний механізм і навпаки, а на зовнішніх стінках циліндра в нижній частині розміщено дві паралельні до осі обертання колінчастого вала діаметрально-протилежні осі з опорними кільцевими площинами для шарнірного з'єднання з механізмом врівноважування та утримання вільного поршня в В.М.Т. Цей механізм містить дві противаги, два коромисла, два роликові замки і чотири пружинні елементи,чотири напрямні ролики з ребордами, осі яких є паралельні до осі обертання колінчастого вала. У верхній частині противаг встановлено дві осі, а під осями на гранях жорстко встановлено два опорні кронштейни з отворами для напрямних для пружних елементів, а в тілі противаг виконано циліндричні впадини для утримуючого роликового замка. в картері встановлено два коромисла, на кінцях яких розміщені вилки з пазами, а осі коливання коромисел розміщені між осями, розташованими на противагах і на циліндрі вільного поршня. UA 114443 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі двигунобудування і може мати широке застосування в народному господарстві. Запатентований чотиритактний двигун внутрішнього згоряння [патент України на винахід № 105852] має ряд істотних недоліків, а саме: складні технології виготовлення деталей механізмів; утримання вільного поршня з циліндром всередині в В.М.Т. під час такту впуску і стиснення горючої суміші; затримки вільного поршня з циліндром всередині в В.М.Т. у випадку не загоряння горючої суміші, а також недопущення відриву від поршня, зв'язаного з кривошипно-шатунним механізмом при його русі до В.М.Т. на такті випуску відпрацьованих газів. Задачею даного винаходу є створення конструкції двооб'ємного чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння, в якому процес впуску і стиснення горючої суміші проходитиме в циліндрі з меншим об'ємом, а розширення і випуск продуктів згоряння в циліндрі з більшим об'ємом на одному кривошипно-шатунному механізмі і керуватиметься одним механізмом, який буде здійснювати врівноваження інерційних сил, що виникають при зворотно-поступальному русі вільного поршня з циліндром всередині, утримуючи його у В.М.Т. в період впуску і стиснення горючої суміші і у випадку не загоряння горючої суміші, а також не допускатиме його відриву від поршня, зв'язаного з кривошипно-шатунним механізмом під час руху до В.М.Т. на такті випуску відпрацьованих газів, який містить картер, блок циліндрів з головкою, а також зв'язані між собою багатоклапанний механізм, камеру згоряння, вільний поршень з циліндром всередині, кривошипно-шатунний механізм, механізм врівноважених інерційних сил на вільному поршні при здійсненні ним зворотно-поступальних рухів, та утримання його у В.М.Т. при здійсненні тактів впуску і стиснення горючої суміші, а також у випадку її не загоряння, зв'язані між собою газорозподільний механізм, систему мащення, охолодження, живлення і запалювання, згідно з винаходом, на картері встановлено блок циліндрів, а на блоці циліндрів встановлена головка циліндрів з багатоклапанним механізмом, крім того, над циліндрами під головкою розміщена камера згоряння, а блок циліндрів виконаний у вигляді циліндра з більшим діаметром, в якому розміщений вільний поршень з циліндром всередині меншого діаметра, крім того, у циліндрі з меншим діаметром розміщений поршень, зв'язаний із збалансованим кривошипно-шатунним механізмом, встановленим у картері, а у верхній частині циліндра розміщений внутрішній буртик для передачі сили з вільного поршня на кривошипно-шатунний механізм і навпаки, а на зовнішніх стінках циліндра в нижній частині розміщено дві паралельні до осі обертання колінчастого вала діаметрально-протилежні осі з опорними кільцевими площинами для шарнірного з'єднання з механізмом врівноважування та утримання вільного поршня в В.М.Т., який містить дві противаги, два коромисла, два роликові замки і чотири пружинні елементи, а противаги виконані у формі прямокутного паралелепіпеда і розміщені по обидві сторони від осі обертання колінчастого вала між напрямними чотирма роликами з ребордами, осі яких є паралельні до осі обертання колінчастого вала, а осі симетрії противаг лежать в одній площині з віссю циліндра на однаковій віддалі, крім того, у верхній частині противаг перпендикулярно до протилежних граней встановлено дві осі на одній осі, яка є паралельною до осей, розміщених на циліндрі вільного поршня, а під осями на гранях жорстко встановлено два опорні кронштейни з отворами для напрямних для пружних елементів, осі яких є паралельні до осі циліндрів, крім того в тілі противаг з сторони зовнішніх граней виконано циліндричні впадини для утримуючого роликового замка, вісь якого є паралельною до осі обертання колінчастого вала таким чином, що радіус впадини рівний радіусу ролика, а глибина впадини є меншою за радіус ролика, а противаги здатні вільно переміщатися між напрямними роликами на величину ходу поршня, крім того в картері встановлено два коромисла на кінцях яких розміщені вилки з пазами, а осі коливання коромисел розміщені між осями розміщеними на противагах і на циліндрі вільного поршня на однаковій віддалі і є паралельними до них, крім того поверхні пазів вилок на одному кінці через ролики контактують з осями на циліндрі вільного поршня, а внутрішні бічні поверхні однієї вилки контактують з кільцевими поверхнями на осях, що утримує їх у площині яка проходить через вісь обертання колінчастого вала, а на протилежних кінцях через ролики контактують з осями противаг, а взаємне розміщення вільного поршня і противаг є таким, що забезпечує при переміщенні вільного поршня від В.М.Т. до Н.М.Т. відхилення плечей коромисел на однаковий кут по обидві сторони від перпендикуляра, опущеного з центра коливання коромисел до осі циліндра, крім того, в картері встановлено два роликових замки, ролики яких під дією пружин притискаються до поверхонь зовнішніх граней противаг і мають здатність при зворотно-поступальному русі противаг викочуватися з циліндричних впадин і вільно по них перекочуватися, крім того в картері розміщено два опорні кронштейни на яких жорстко встановлено по дві циліндричні напрямні які входять у отвори опорних кронштейнів розміщених на противагах, а на циліндричних напрямних між опорними кронштейнами і рухомими опорними кронштейнами на противагах встановлено чотири протаровані пружні елементи. 1 UA 114443 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Поперечний розріз двооб'ємного чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння показано на фіг. 1. Розрізи механізму врівноваження інерційних сил та утримання вільного поршня по Б-Б та В-В на фіг. 2. Розріз блока циліндрів по А-А на фіг. 3. Двооб'ємний чотиритактний двигун внутрішнього згоряння складається з картера 1, з блока циліндрів 2, циліндра з більшим діаметром 3, вільного поршня 4 з циліндром всередині 5 з діаметрально протилежними осями 6 і 7 з роликами 8, 9, 10 і 11 з внутрішнім буртиком 12, кільцевими опорними площинами 13 і 14, головки циліндрів з багатоклапанним механізмом 15, камери згоряння 16, кривошипно-шатунного механізму 17, поршня кривошипно-шатунного механізму, 18 універсального механізму 19, противаг 20 і 21 з осями 22, 23, 24, 25, опорними кронштейнами 26, 27, 28, 29 циліндричними впадинами 30 і 31, напрямних роликів з ребордами на осях 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, коромисел 40 і 41 на осях 42 і 43, роликових замків 44 і 45 з пружинами 46 і 47, опорних кронштейнів 48 і 49 з напрямними 50, 51, 52, 53 і пружними елементами 54, 55, 56, 57. Робота двооб'ємного чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння здійснюється наступним чином. На початку такту впуску горючої суміші вільний поршень 4 разом з поршнем 18 зв'язаним з кривошипно-шатунним механізмом перебувають в В.М.Т. при цьому вільний поршень є жорстко зафіксований через циліндр 5 осі 6 і 7 ролики 8, 9 і 10, 11 коромисла 40 і 41 через ролики на осях 22, 23 і 24, 25 противаг 20 і 21 через циліндричні впадини 30 і 31 роликовими замками 44 і 45 силами пружин 46 і 47, які також утримують стиснуті між кронштейнами 48 і 26, 27 та 49 і 28, 29 пружинні елементи 54, 55, 56, 57, а поршень 18 під дією кривошипно-шатунного механізму переміщається в циліндрі 5 вільного поршня 4 до Н.М.Т., здійснюючи такт впуску горючої суміші при відкритому впускному клапані, а з Н.М.Т. до В.М.Т. здійснює такт стиску горючої суміші при закритому впускному і випускному клапанах в кінці такту стиску в В.М.Т. поршень 18 вступає з контакт з внутрішнім буртиком 12 циліндра 5. В цей момент проходить запалювання горючої суміші тиск в камері згоряння 16 різко зростає і сила яка діє на вільний поршень в багато разів є більшою від сил, які потрібні для звільнення противаг 20 і 21 від фіксації роликовими замками 44 і 45 при цьому ролики викочуються з циліндричних впадин 30 і 31, а вільний поршень 4 разом з поршнем 18 в циліндрі 3 переміщається до Н.М.Т., здійснюючи такт розширення в більшому об'ємі одночасно в протилежному напрямі переміщуються противаги при цьому стиснуті пружні елементи 54, 55, 56, 57 передають нагромаджену енергію через коромисла 40 і 41, вільний поршень 4, поршень 18 на кривошипно-шатунний механізм. В Н.М.Т. відкриваються випускні клапани і кривошипношатунний механізм 17 переміщає поршень 18, який через буртик 12 приводить в зворотний рух до В.М.Т. вільний поршень 4, здійснюючи такт випуску відпрацьованих газів при цьому через коромисла 40 і 41 переміщаються в протилежному напрямку противаги 20 і 21 стискаючи пружинні елементи 54, 55, 56, 57 які розвивають силу, що притискає вільний поршень 4 через буртик 12 до поршня 18 і є більшою за інерційну силу, яка може відірвати вільний поршень 4 від поршня 18. При наближенні вільного поршня 4 до В.М.Т. циліндричні впадини 30 і 31 наближаються до роликових замків 44 і 45, які під дією сил пружин 46 і 47 закочуються в них і через противаги 20 і 21, коромисла 40 і 41 надійно фіксують вільний поршень 4 у В.М.Т. Цикл повторюється. У випадку не загоряння горючої суміші вільний поршень 4 залишається у В.М.Т., а поршень 18 під дією кривошипно-шатунного механізму здійснює викидання некондиційної горючої суміші і набирає нову. Процес зрівноваження інерційних сил, які виникають при зворотно-поступальному русі вільного поршня 4 здійснюється за допомогою противаг 20 і 21, які через коромисла 40 і 41 здійснюють аналогічний рух в протилежному напрямку, а сума ваг противаг 20 і 21 рівна вазі вільного поршня, а приведені інерційні сили противаг і вільного поршня є однакові, але протилежні за напрямком і лежать в одній площині. До переваг належать: здатність максимального перетворення теплоти робочого тіла в механічну енергію та зменшення викиду теплоти в навколишнє середовище, підвищена економічність, технологічність при виготовленні багатоциліндрового двооб'ємного чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Двооб'ємний чотиритактний двигун внутрішнього згоряння, який містить картер, блок циліндрів з головкою, а також зв'язаний між собою багатоклапанний механізм, камеру згоряння, вільний поршень з циліндром всередині, кривошипно-шатунний механізм, механізм зрівноважування інерційних сил, що виникають на вільному поршні при здійсненні ним зворотно-поступальних рухів та утримання його у В.М.Т. при здійсненні тактів впуску і стиснення горючої суміші, а також 2 UA 114443 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 у випадку її не загоряння, зв'язані між собою газорозподільний механізм, систему мащення, охолодження, живлення і запалювання, який відрізняється тим, що на картері встановлено блок циліндрів, а на блоці циліндрів встановлена головка циліндрів з багатоклапанним механізмом, крім того, над циліндрами, під головкою, розміщена камера згоряння, а блок циліндрів виконаний у вигляді циліндра з більшим діаметром, в якому розміщений вільний поршень з циліндром всередині меншого діаметра, крім того, у циліндрі з меншим діаметром розміщений поршень, зв'язаний із збалансованим кривошипно-шатунним механізмом, встановленим у картері, а у верхній частині циліндра розміщений внутрішній буртик для передачі сили з вільного поршня на кривошипно-шатунний механізм і навпаки, а на зовнішніх стінках циліндра в нижній частині розміщено дві паралельні до осі обертання колінчастого вала діаметрально-протилежні осі з опорними кільцевими площинами для шарнірного з'єднання з механізмом врівноважування та утримання вільного поршня в В.М.Т., який містить дві противаги, два коромисла, два роликові замки і чотири пружинні елементи, а противаги виконані у формі прямокутного паралелепіпеда і розміщені по обидві сторони від осі обертання колінчастого вала між напрямними чотирма роликами з ребордами, осі яких є паралельні до осі обертання колінчастого вала, а осі симетрії противаг лежать в одній площині з віссю циліндра на однаковій віддалі, крім того, у верхній частині противаг перпендикулярно до протилежних граней встановлено дві осі на одній осі, яка є паралельною до осей, розміщених на циліндрі вільного поршня, а під осями на гранях жорстко встановлено два опорні кронштейни з отворами для напрямних для пружних елементів, осі яких є паралельні до осі циліндрів, крім того, в тілі противаг зі сторони зовнішніх граней виконано циліндричні впадини для утримуючого роликового замка, вісь якого є паралельною до осі обертання колінчастого вала таким чином, що радіус впадини рівний радіусу ролика, а глибина впадини є меншою за радіус ролика, а противаги здатні вільно переміщатися між напрямними роликами на величину ходу поршня, крім того, в картері встановлено два коромисла, на кінцях яких розміщені вилки з пазами, а осі коливання коромисел розміщені між осями, розташованими на противагах і на циліндрі вільного поршня на однаковій віддалі і є паралельними до них, крім того, поверхні пазів вилок на одному кінці через ролики контактують з осями на циліндрі вільного поршня, а внутрішні бічні поверхні однієї вилки контактують з кільцевими поверхнями на осях, що утримує їх у площині, яка проходить через вісь обертання колінчастого вала, а на протилежних кінцях через ролики контактують з осями противаг, а взаємне розміщення вільного поршня і противаг є таким, що забезпечує при переміщенні вільного поршня від В.М.Т. до Н.М.Т. відхилення плечей коромисел на однаковий кут по обидві сторони від перпендикуляра, опущеного з центра коливання коромисел до осі циліндра, крім того, в картері встановлено два роликових замки, ролики яких під дією пружин притискаються до поверхонь зовнішніх граней противаг і мають здатність при зворотно-поступальному русі противаг викочуватися з циліндричних впадин і вільно по них перекочуватися, крім того, в картері розміщено два опорні кронштейни, на яких жорстко встановлено по дві циліндричні напрямні, які входять у отвори опорних кронштейнів, розміщених на противагах, а на циліндричних напрямних між опорними кронштейнами і рухомими опорними кронштейнами на противагах встановлено чотири протаровані пружні елементи. 3 UA 114443 C2 4 UA 114443 C2 5 UA 114443 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6