Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий остов, поршни, помещенные в цилиндры, газораспределительный механизм, системы топливную, смазки, охлаждения, электрооборудования, управления, наддува, устройства крейцкопфное, пусковое и реверсивное, отличающийся тем, что в нем установлено устройство, состоящее из эксцентрикового вала, установленного в остове на подшипниках, а на валу по числу цилиндров в двигателе, перпендикулярно оси вращения, жестко установлены эксцентрики с возможностью вращения вместе с валом вокруг их общей оси, в помещенном в цилиндр поршне закреплен одним концом стержень, на другом его конце закреплена поперечина в виде валика круглого сечения, концы которого соединены с ползунами, и выполнены с возможностью перемещения по параллелям установленным на остове параллельно оси цилиндра, на поперечине установлены ползуны цилиндрической формы с возможностью их контакта с внешней радиальной поверхностью эксцентрика в различных его положениях, а также ползуны с возможностью контакта с внутренними поверхностями полок двутавра эксцентрика в различных его положениях, наружная радиальная поверхность эксцентрика имеет контур очерченный сопряженными четырьмя дугами окружностей, причем первая дуга окружности проведена из центра вращения эксцентрикового вала радиусом равным расстоянию от этого центра до нижней точки ползуна, расположенного на стержне поршня при его расположении в верхней мертвой точке, от угла поворота эксцентрикового вала равного 0° до угла поворота эксцентрикового вала, в течение которого происходит удержание поршня в верхней мертвой точке, против направления вращения вала, вторая дуга окружности очерчена из центра на радиусе с углом поворота эксцентрикового вала равного 0° до угла начала удержания поршня в нижней мертвой точке по направлению вращения вала, третья дуга окружности очерчена из центра вращения эксцентрикового вала радиусом равным расстоянию от этого центра до конца второй дуги и до угла окончания удержания поршня в нижней мертвой точке, четвертая дуга очерчена радиусом сопряжения концов первой и третьей дуг.

2. Двигатель по п. 1, отличающий-с я тем, что эксцентрик в сечении через его ось вращения имеет форму двутавра с двумя радиальными полками между которыми помещен ползун круглого сечения или ролик стержня.

Текст

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и в частности к порш-кевым двигателям внутреннего сгорания. Известны карбюраторные двигатели внутреннего сгорания, содержащие: блок-картер, кривошипношатунный механизм, газораспределительный механизм, поршни помещенные в цилиндры, карбюратор, системы смазки, охлаждения, электрооборудования и управления [Цветков ВТ. Двигатели внутреннего сгорания. Конструкция и расчет. Харьков, Изд-во Хаоьковского Госуниверситета, 1960]. Карбюраторные двигатели имеют следующие недостатки: низкие удельные мощностные, экономические и весогабаритные показатели из-за использования кривошипно-шатунного механизма, значение индикаторного КПД составляет 0,30-0,35, а эффективного КПД составляет 0,25-0,30, не полное сгорание топлива и высокая токсичность отработавших газов из-за сгорания топлива при увеличении объема и уменьшения температуры рабочего тела. Известны двухтактные дизели внутреннего сгорания содержание: остов, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, системы топливную, смазки, охлаждения, электрооборудования, управления, пусковые и реверсивные устройства [Ваншейді В.А. С удовые двигатели внутреннего сгорания. Изд-во "Судостроение", 1977]. Двухтактные дизели внутреннего сгорания имеют следующие недостатки: недостаточно высокие удельные мощностные экономические и весо-габаритные показатели из-за использования кривошипно-шатунного механизма, не полное сгорание топлива и высокая токсичность отработавших газов из-за сгорания топлива при увеличении объема и уменьшении температуры рабочего тела, продувка, выпуск и сжатие происходит при непрерывном движении поршня, что затрудняет газообмен. Известны четырехтактные поршневые двигатели внутреннего сгорания - дизели содержащие: остов, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, системы топливную, смазки, охлаждения, электрооборудования, управления, наддува, устройства крейцкопфное. пусковое и реверсивное [Самсонов В.И., Худов К.И., Мирющенко А.А. С удовые двига тели внутреннего сгорания. Учебник, М., Транспорт, 1981]. Этот двигатель принят за прототип. Двигатель прототип, а также вышеуказанные двигатели аналоги в своем развитии достигли высокого технического совершенства, однако дальнейшее улучшение их удельных мощностных, экономических и весогабаритных показателей сдерживается из-за использования в двигателях кривошипно-шатунного механизма для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. При использовании кривошипно-шатунного механизма такты рабочего процесса в двигателе совершаются через каждый 180° п.к.в. (поворота коленчатого вала) и удлинить один такт, например, сгорания и расширения за счет других актов нет возможности. Нет возможности достичь в цилиндре полного сгорания топлива и уменьшить токсичность отработавших газов из-за сгорания топлива в увеличивающемся объеме и при уменьшении температуры рабочего тела. Перенос сгорания топлива на такт расширения резко снижает экономичность двигателя. Преобразование энергии газов действующих на поршень в крутящий момент вызывающий вращение коленчатого вала производится мало эффективно. Плечо крутящего момента имеет постоянную величину и равно радиусу кривошипа, а нормальная составляющая силы поршня действующего на плечо при нахождении поршня в ВМТ равна нулю и увеличивается при нисходящем движении поршня. В четырехтактном двигателе, несмотря на использование, вспомогательных ходов нет возможности достичь полной очистки цилиндра от отработавших газов и часть их остается в камере сгорания смешиваясь со свежим зарядом. Конструкция кривошипно-шатунного механизма сложная, в изготовлении трудоемкая и дорогостоящая! больших габаритов и веса. Задачами заявленного изобретения являются: устранение полностью или частично вышеуказанных недостатков двигателя; достижение в двигателе удлиненных тактов сгорания и расширения и тактов наполнения; достижение в двигателе высокой полноты сгорания топлива, а практически полного и ускоренного сгорания топлива и за счет этого увеличение индикаторных давлений и температуры; создание большего крутящего момента вызывающего вращение силового вала двигателя, т.е. более эффективное использование энергии рабочих газов в цилиндре для получения полезной работы; улучшение удельных мощностных, экономических и весо-габаритных показателей; уменьшение токсичности отработавших газов; увеличение абсолютной мощности двигателя; полная очистка цилиндра от отработавших газов в четырехтактных двигателя х; в двухтактных двига телях улучшения условий для газообмена - продувку и выпуск осуществлять при неподвижном поршне в НМТ; использование в двигателе тяжелых сортов жидких топлив и многотопливности; упрощение конструкции, уменьшение трудоемкости и стоимости изготовления, уменьшение габаритов и веса двигателя. Указанные задачи по первому варианту решаются: тем, что в известном четырехтактном поршневом двигателе содержащем остов, поршни помещенные в цилиндры, газораспределительный механизм, системы топливную, смазки, охлаждения, электрооборудования, управления, наддува, устройства пусковое и реверсное,установлено устройство улучшающее преобразование тепловой энергии в механическую работу состоящее из эксцентрикового вала установленного в остове на подшипниках, на валу по числу цилиндров в двигателе перпендикулярно оси его вращения жестко установлены эксцентрики с возможностью вращения вместе с валом вокруг их общей оси. Эксцентрик в сечении через ось вращения имеет форму двута вра. В помещенном в цилиндр поршне закреплен одним концом стержень, на другом конце которого жестко закреплена поперечина в виде валика круглого сечения, концы которого соединены с ползунами, которые выполнены с возможностью перемещения по параллелям установленным на остове параллельно оси цилиндра и служащих для восприятия нормальной реактивной силы действующей на конец стержня и возникающей при передаче усилий поршня к эксцентрику, а также для обеспечения прямолинейного движения поршня и его стержня. В средней части валика поперечины установлены ползуны цилиндрической формы с возможностью их контакта с внешней радиальной поверхностью эксцентрика во многих его положениях для передачи усилий от поршня к эксцентрику. На валике поперечины четырехтактного двигателя не имеющего наддува также установлены ползуны с возможностью контакта с внутренними поверхностями полок двутавра эксцентрика во многих его положениях для передачи усилий от эксцентрика к поршню на такте наполнения. Наружная радиальная поверхность эксцентрика имеет контур очерченный сопряженными дугами окружности и прямых, причем один участок ее очерчен радиусом от центра вращения эксцентрикового вала до ВМТ для удержания поршня неподвижно в ВМТ в течение поворота эксцентрикового вала на угол j°, другой участок очерчен радиусом от центра вращения эксцентрикового вала до окружности нижней мертвой точки для удержания поршня неподвижно в НМТ в течении a°. третий участок очерчен дугой окружности соединяющей ВМТ и НМТ для подъема поршня от НМТ до ВМТ и четвертый участок очерчен дугой соединяющей точку на конце радиуса угла j°п.э.в. с точкой пересечения окружности вращения НМТ и радиуса на углу a° п.э.в. до НМТ. При неизменной высоте заявляемого и известного двигателей в заявленном двигателе длина плеча крутящего момента увеличена в три раза за счет длины шатуна в известном двигателе. При работе двигателя поршень находится в ВМТ и удерживается в таком положении в течении угла (р° п.з.в., вп ускные и выпускные окна (клапана) закрыты, топливо в цилиндр подается с некоторым углом опережения до ВМТ, воспламеняется или зажигается и сгорает, в цилиндре повышается давление и температура. При дальнейшем вращении эксцентрика сгорание топлива происходит при постоянном объеме, при постоянном высоком давлении и при постоянной высокой температуре - в условиях благоприятных для полного и ускоренного сгорания топлива. За этот период за счет полного сгорания топлива в цилиндре индикаторное давление и температура рабочего тела повышается. В результате удлиненного периода сгорания топлива достигается: полное сгорание топлива и снижение токсичности отработавших газов; улучшение удельных мощностных экономических и весо-габаритных показателей; повышение абсолютной мощности двигателя; возможность использования тяжелых сортов жидких топлив и многотопливности. При дальнейшем вращении эксцентрикового вала эксцентрик разворачивается на угол j° п.э.в. К углу j° п.э.в. поршень подходит с повышенным запасом энергии рабочего тела за счет полного сгорания топлива и начинает рабочий ход. Ползуны на поперечине скользят со снижением по радиальной поверхности эксцентрика, поршень передает усилия эксцентрику, создается крутящий момент вращающий эксцентриковый вал. При этом усилия поршня преобразуются в крутящий момент эксцентрикового вала с большой эффективностью – рабочий ход поршня начинается при угле j° п.э.в. после ВМТ, при максимальном усилии поршня, при большой величине касательной силы и при максимальной длине плеча крутящего момента. Длина плеча при нахождении поршня в ВМТ максимальная и умжьшается при нисходящем движении поршня. При сравнении диаграмм (фиг.9) одного цилиндра заявленного и известного двигателей с дезаксиальным расположением поршней относительно эксцентрикового вала, при одинаковых значениях усилия поршня Рг, длине хода поршня S и одинаковой высоте двигателей площадь касательных (тангенциальных) сил поршня Рк в заявленном двигателе больше чем на 30%, а площадь крутящего момента Мкр больше чем в три раза. Тепловая энергия в цилиндре преобразуется в механическую работу более эффективно, В результате рабочего хода поршня заявленного двигателя в сравнении с известным двигателем достигается: увеличение площади касательных (тангенциальных) сил более чем на 30%; увеличение площади крутящего момента Мкр за рабочий такт более чем в 3 раза; значительное увеличение эффективной мощности двигателя при одинаковой частоте вращения вала; улучшение удельных мощностных и экономических показателей; увеличение абсолютной мощности двигателя. По второму варианту двигатель внутреннего сгорания отличается от первого варианта тем, что цилиндры с поршнями и стержнями установлены дезаксиально к валу в сторону вращения эксцентрикового вала, сечение эксцентрика через ось его вращения имеет форму плоского диска, на валике поперечины в средней части вместо неподвижно закрепленных ползунов установлен ролик стержня с возможностью вращения вокруг своей оси и контакта с радиальной внешней поверхностью эксцентрика во многих его положениях для передачи усилий поршня к эксцентрику. Ползуны помещенные между параллелями на остове также заменены роликами и выполнены с возможностью контакта и передачи боковых усилий от стержня к параллелям. Ползуны на валике поперечины с возможностью контакта с внутренними поверхностями двутавра эксцентрика для передачи усилий от эксцентрика к поршню упразднены из-за ненадобности, так как в двухтактном двигателе отрыва контакта ролика стержня от радиальной поверхности эксцентрика не происходит. В контуре эксцентрика дуга окружности для удержания поршня неподвижно в ВМТ очерчена с ВМТ и до угла j° п.э.в. после ВМТ, а дуга окружности для удержания поршня неподвижным в НМТ очерчена с угла 180° п.э.в. и до угла j° после НМТ и соответственно укорочены дуга окружности для подъема поршня от НМТ до ВМТ и дуга управляющая рабочим ходом поршня. Благодаря дезаксиальному расположению цилиндра и поршня относительно эксцентрикового вала в направлении его вращения, а также замене ползунов роликами для уменьшения трения контактирующих пар во втором варианте двигателя внутреннего сгорания при сравнении с двигателем по первому варианту увеличивается мощность и экономичность двигателя. По первому варианту. На фиг.1 схематически показан общий вид заявленного четырехтактного двигателя вн утреннего сгорания, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, продольный разрез; на фиг.3 схематически показан эксцентрик, имеющий в сечении через ось его вращения форму двутавра с двумя радиальными полками, между которыми помещен ползун, или ролик стержня в ВМТ; на фиг.4 - то же, в положении эксцентрика в НМТ; на фиг.5 -то же, в положении эксцентрика при нисходящем движении поршня; на фиг.6 - то же,, в положении эксцентрика в ВМТ. По второму варианту. На фиг.7 схематически показан общий вид заявленного двухтактного двигателя внутреннего сгорания, поперечный разрез; на фиг.8 - то же, продольный разрез; на фиг.9 - сравнительная диаграмма касательных сил Рк и крутящего момента Мкр известного и заявленного ДВС. Показана также таблица к диаграмме s-s фиг.9. По первому варианту в заявленном двигателе внутреннего сгорания фиг.1 и 2 содержащем остов 1, поршни 2 помещенные в цилиндры 3, газораспределительный механизм, системы топливную, смазки, охлаждения, электрооборудования, наддува, устройства крейцкопфное пусковое и реверсивное, установлено устройство улучшающее преобразование тепловой энергии в механическую работу, состоящее из эксцентрикового вала 4 установленного в остове 1 на подшипниках 5, на валу по числу цилиндров в двигателе перпендикулярно оси его вращения установлены эксцентрики 6 с возможностью вращения вместе с валом 4 вокруг их общей оси. Эксцентрик 6 в сечении через ось вращения имеет форму двутавра. В помещенном в цилиндр 7 поршне 2 закреплен одним концом стержень 8, на другом его конце закреплена поперечина в виде валика 9 круглого сечения, концы которого соединены с ползунами ТО и 11, которые выполнены с возможностью перемещения по параллелям 12 и 13 установленных на остове 1 параллельно оси цилиндра 3 и служащих для восприятия боковых усилий стержня 8 возникающих при передаче усилий поршня 2 к эксцентрику 6, а также для обеспечения прямолинейного движения поршня 2 и его стержня 8. В средней части валика 9 поперечины установлены ползуны 14 и 15 цилиндрической формы с возможностью их контакта с внешней радиальной поверхностью эксцентрика 6 во многих его положениях для передачи усилий от поршня 2 к эксцентрику 6. На валике 9 поперечины четырехтактного двигателя не имеющего наддува также установлены ползуны 16 и 17 с возможностью контакта с внутренними поверхностями полок двутавра эксцентрика 6 во многих его положениях для передачи усилий от эксцентрика &к поршню 2 на такте наполнения. Другой вариант устройства для передачи усилий от поршня 2 к эксцентрику 6 и от эксцентрика 6 к поршню 2, а также для предотвращения потери контакта ползунов 14 и 15 и поверхности эксцентрика 6 выполнены в виде эксцентрика 6 имеющего в сечении через ось его вращения форму двутавра с двумя радиальными полками 18 фиг.3,4,5.6, между которыми помещен ползун или ролик 14 круглого сечения стержня 8. Наружная радиальная поверхность эксцентрика 6 имеет контур очерченный сопряженными дугами окружности и прямых, причем дуга окружности 19 для удержания поршня 2 в ВМТ очерчена из центра 0° вращения эксцентрикового вала 4 радиусом ОА - расстоянию от этого центра вращения до ВМТ против направления его вращения от ВМТ до угла

Дивитися

Додаткова інформація

Автори англійською

Podrutskyi Anatolii Pavlovych, Podrutskyi Borys Anatoliiovych, Podrutskyi Oleksandr Anatoliiovych

Автори російською

Подруцкий Анатолий Павлович, Подруцкий Борис Анатольевич, Подруцкий Александр Анатольевич

МПК / Мітки

МПК: F02B 41/00

Мітки: двигун, згоряння, внутрішнього, подруцьких

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/9-21094-dvigun-vnutrishnogo-zgoryannya-podruckikh.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Двигун внутрішнього згоряння подруцьких</a>

Подібні патенти