Двигун

1 Двигун, що має корпус, розташовану в корпусі робочу камеру з виконаними в камері каналами впуску та випуску, розміщений в камері поршень з можливістю зворотно-поступального руху в камері, з передачею зусилля від поршня двом колінчатим валам через кулісу, причому куліса має прямолінійні пази з можливістю зворотно-поступального руху в них двох повзунів, кожний з котрих взаємодіє з кривошипною шийкою одного з колінчатих валів, при цьому колінчаті вали розташовані в корпусі симетрично відносно камери та паралельно один одному та мають між собою зубчатий зв'язок, який відрізняється тим, що в корпусі виконані дві протилежні камери, що мають форму паралелепіпеда з півциліндричними боковими сторонами, колінчаті вали розташовані безпосередньо в робочих камерах, при цьому гнізда для ПІДШИПНИКІВ виконані в пласких стінках обох камер, та охоплюють ними корінні шийки колінчатих валів, при цьому подовжня вісь кожної з камер розташована перпендикулярно осям обертання обох колінчатих валів, поршень, який має плоскі грані та півциліндричні бокові поверхні, має можливість руху в протилежних камерах, причому поршень при своєму русі перетинає осі обертання корінних шийок обох колінчатих валів, при цьому куліса виконана безпосередньо в поршні та має пази, що знаходяться на одній осі, а корінні шийки колінчатих валів виконані заодно з щоками, причому щоки колінчатих валів розміщені в одній площині з пласкими стінками камер, а канали впуску та випуску розміщені в обох протилежних камерах 2 Двигун по п 1, який відрізняється тим, що протилежні робочі камери виконані з кришками, які мають нахилені стінки, а поршень має виконані по обидві сторони поршня головки з нахиленими поверхнями, окрім цього канали впуску та випуску виконані в вигляді вікон дугоподібної форми та розташовані в основі півциліндричних бокових сторін робочих камер з можливістю почергового з'єднання з протилежними робочими камерами двигуна 3 Двигун по пп 1 і 2, який відрізняється тим, що виконаний з однією робочою та протилежною їй камерою стиснення, при цьому частина поршня, що обслуговує камеру стиснення, виконана з пласкою головкою, а також пласкою виконана кришка камери стиснення, окрім того в корпусі двигуна, що має впускні та випускні вікна зменшеної висоти, виконаний перепускний канал, який з'єднує камеру стиснення з впускним вікном двигуна, а в пласкій кришці камери стиснення виконані канали, в яких розміщені клапани впуску 4 Двигун по пп 1, 2, 3, який відрізняється тим, що кришки обох протилежних камер виконані пласкими, а в них виконані впускні та випускні канали, та розміщені клапани з приводом, при цьому головки поршня виконані пласкими, а вікна в корпусі відсутні 5 Двигун по пп 2, 3, який відрізняється тим, що впускні та випускні вікна розміщені навпроти одне одного, по осі, перпендикулярній осям обертання колінчатих валів 6 Двигун по пп 2, 3, 5, який відрізняється тим, що випускні вікна мають більшу висоту, ніж впускні 7 Двигун по пп 2, 3, 5, 6, який відрізняється тим, що кут, утворений нахиленими поверхнями в головках поршня, зміщений в бік впускного вікна 8 Двигун по пп 1, 2, 3, 4, який відрізняється тим, що робоче ущільнення розташовано поруч та вздовж кромки головки поршня Винахід відноситься до двигунобудування, зокрема, до поршневих двигунів внутрішнього згоряння Заявляються два варіанти двохтактного двигуна та один варіант чотирьохтактного Виданий ДВЗ по ас СРСР №739922, МКИ о ю ю 55444 E02B 75/32 1984p , що має циліндр, розміщений в ньому поршень з двома поршневими пальними, та два паралельних колічатих вала, симетрично розміщених відносно осі циліндра та зв'язаних між собою шестернями, причому кожний з валів з'єднаний шатуном а одним з поршневих пальців Наявність поршня, 2-х паралельних колінчатих валів, зубчатого зв'язку між колінчатими валами - є загальними ознаками з заявленим рішенням Конструктивно двигун ускладнений наявністю двох шатунів, що входять в зв'язок з поршнем та колінчатими валами Окрім того кінематика нього двигуна не дозволяє виконати його достатньо компактним та врівноваженим в прані Найбільш близьким по технічній суті, та конструктивному виконанню до заявленого, є рішення двигуна по а с СРСР №1116198 МКИ F02B 75/32 1984р , прийнятого за прототип ДВЗ по прототипу має нерухомий картер, циліндр з поршнем, два паралельно розміщених в картері колінчатих вала, зв'язаних між собою з можливістю синхронного обертання в протилежних напрямках, кулісу з прямолінійними пазами, розміщеними під кутом один до одного , два повзуни, встановлені в пазах куліси та зв'язані з кривошипними шийками валом, шток для з'єднання куліси з поршнем Загальними ознаками прототипа з заявленим рішенням, в трьох варіантах виконання, з слідуючі - поршень з можливістю з во ротно-поступового руху в циліндрі, - два паралельних колінчатих вала, - два повзуна з можливістю зворотнопоступового руху в пазах куліси, - зубчатий зв'язок між колінчатими валами, - куліса, - взаємодія поршня та колінчатих валів через кулісу, - наявність каналів впуску та випуску Причиною, перешкоджаючою досягненню технічного результату, що включає в себе створення компактного, гарно врівноваженого, надійного двигуна, - % багатоланкова кінематична схема, що значно ускладнив, перевантажує двигун, збільшує його габарити, витрати на тертя, собівартість Ще пояснюється тим, що зусилля від поршня передається, на шток, далі від штоку на кулісу і від куліси на повзуни, котрі в свою чергу діють на кривошипні шийки колінчатих валів Таким чином, значно збільшується маса з во ротно-поступ о во рухаючих частин, а з тим і тертя між деталями, збільшується маса та габарит всього двигуна, що ставить під сумнів доречність практичного використання даної конструкції В основу винаходу покладено завдання створення максимально компактного, простого по конструкції та надійного двигуна Завдання вирішується тим, що в двигуні, яки має корпус, розташовану в корпусі робочу камеру з виконаними в ній каналами впуску та випуску, встановлений маючий в камері поршень з можливістю зворотно-поступального руху в камері, з передачею зусилля від поршня двом колінчатим валам через кулісу, що має прямолінійні пази, з можливістю руху в них двох повзунів, кожний з котрих взаємодіє з кривошипною шийкою одного з колінчатих валів, при ньому колінчаті вали розташовані в корпусі симетрично відносно камери та паралельно друг до друга та мають між собою зубчатий зв'язок, ВІДПОВІДНО винаходу в корпусі виконані дві протилежні камери, що мають форму паралелепіпеда з півциліндричними боковими сторонами, колінчаті вали розташовані безпосередньо в робочих камерах, при ньому гнізда для ПІДШИПНИКІВ виконані в пласких стінках обох камер, та охоплюють ними корінні шийки колінчатих валів, при цьому подовжна вісь кожної з камер розташована перпендикулярно осям обертання обох колінчатих валів, розміщений в корпусі поршень, маючий плоскі грані та півциліндричні бокові поверхні, з можливістю з во ротно-поступового руху в корпусі, обслуговуючий почергово протилежні камери, при чому поршень при своєму пусі має змогу перетину в перпендикулярному напрямку осей обертання корінних шийок колінчатих валів При ньому куліса виконана з прямолінійними пазами, що знаходяться на одній осі, та розміщена безпосередньо в поршні, а корінні шийки колінчатих валів виконані заодно з щоками, при ньому шоки колінчатих валів виконані в одній площині з пласкими стінками робочих камер, а канали впуску випуску розміщені в обох протилежних камерах Двигун може бути виконаний двохтактним, з поршнем, маючим нахилені поверхні в голівках, виконаними симетрично по обидві сторони поршня В ньому випадку обидві протилежні камери є робочими та мають кришки з нахиленими стінками, що утворюють разом з профілями голівок поршня камери згоряння шатрового типу, а корпус має виконані в ньому впускні та випускні вікна дугоподібної форми, розміщені в півциліндричних бокових поверхнях робочих камер навпроти один одного, по осі перпендикулярній осі обертання колінчатих валів При ньому впускні та випускні вікна з'єднуються почергово з обома робочими камерами двигуна Двохтактний двигун може бути виконаний з однією робочою та протилежній їй камерою стиснення, котрі утворюються по обидві сторони поршня, при ньому голівка поршня, обслуговуюча камеру стиснення виконана пласкою, водночас пласкою є кришка камери стиснення Окрім цього в корпусі двигуна виконаний перепускний канал, який з'єднує камеру стиснення з впускним вікном двигуна, а в плаский кришці камери стиснення, розташовані впускні клапани пелюсткового типу При цьому головка поршня, що обслуговує робочу камеру має нахилені поверхні, а кришка робочої камери - нахилені стінки Двигун може бути виконаний чотирьохтактним, при цьому робочі камери виконані по обидві сторони поршня, кришки робочих камер виконані пласкими, а в них розміщені впускні та випускні клапани з приводом Окрім того голівки поршня виконані пласкими, а впускні та випускні вікна в корпусі відсутні Двигун відрізняється від прототипу слідуючими ознаками, загальними для 3-х заявлених варіантів - корпус з виконаннями в ньому протилежними камерами, 55444 камери в формі паралелепипеда з півцилшдричними боковими сторонами, - плоскі стінки камер мають гнізда для ПІДШИПНИКІВ ти охоплюють ними корінні шийки двох колінчатих валів, - колінчаті вали розташовані в робочих камерах, - поршень має плоскі грані та півциліндричні бокові поверхні, поршень виконаний з можливістю обслуговування почергово протилежних камер, - поршень виконаний з можливістю перетину в перпендикулярному напрямку осей обертання корінних шийок колінчатих валів, - куліса виконана з пазами, що знаходиться на одній осі, - куліса розміщена в поршні, - корінні шийки колінчатих валів виконані заодно з щоками, - щоки колінчатих валів розміщені в одній площині з пласкими стінками камер, - впускні та випускні канали виконані в обох протилежних камерах Ознаки, що відрізняють заявлений двигун від прототипу в його двохтактному варіанті з протилежними робочими камерами, доповнено до всіх перерахованих, слідуючі - поршень має нахилені поверхні в обох голівках поршня, - нахилені поверхні виконані симетрично по обидві сторони поршня, - обидві протилежні камери є робочими, - кришки робочих камер мають нахилені стінки, - корпус містить впускні та випускні вікна дугоподібної форми, розміщені в півиилшдричних бокових сторонах робочих камер, - кут, що утворюється нахиленими поверхнями в голівках поршня та нахиленими стінками в кришках робочих камер, зміщений в сторону впускного вікна Ознаки, що відрізняють заявлений двигун від прототипу в його двохтактному варіанті з протилежними робочою камерою та камерою стиснення, доповнено до всіх перерахованих, слідуючі - одна з протилежних камер призначена для стиснення повітря чи паливо-повітряної суміші, - головка поршня, що обслуговує камеру стиснення виконана пласкою, - кришка камери стиснення виконана пласкою, - впускні та випускні вікна мають меншу висоту, - в корпусі виконаний перепускний канал, з'єднаний з камерою стиснення з впускним вікном, - в кришці камери стиснення розташовані пелюсткові клапани впуску, - головка поршня, що обслуговуй робочу камеру має нахилені поверхні, - кришка робочої камери має нахилені стінки Ознаки, що відрізняють заявлений двигун від прототипу в його чотирьохтактному варіанті виконання, доповнено до всіх перерахованих, слідуючі - кришки протилежних робочих камер виконані пласкими, - в кришках розміщені впускні та випускні клапани з приводом, - корпус не має впускних та випускних вікон, - головки поршня виконані пласкими, Причинно-наслідковий зв'язок між пропонованою сукупністю ознак ти технічним результатом виявляється втому, що ця сукупність виключає кінематичне громіздкі елементи двигуна, такі як шток, з'єднуючий кулісу з поршнем, а також дозволяє об'єднати функції таких елементів як поршень та куліса, картер та робочі камери, щоки колінчатих валів та корінні шийки колінчатих валів, все це дозволяє створити максимально компактний та легкий двигун, який має невелику КІЛЬКІСТЬ складальних одиниць, тобто придає двигуну нові властивості На кресленнях зображений пропонований двигун, а саме Фіг 1 - деталі двигуна в аксанометрм /кол вали в перетині/, Фіг 2 - багатокамерний двигун в подовжньому перетині, Фіг 3 - поперечний перетин, Фіг 4 - багатокамерний двигун в подовжньому перетині, вид збоку, Фіг 5 - поперечний перетин варіанту з камерою стиснення, Фіг 6 - розміщення пелюсткових клапанів, Фіг 7 - поперечний розтин 4-х тактного варіанту, Фіг 8 - розміщення клапані /показані посадочні гнізда клапанів та свічок запалювання/, Двигун, виконаний слідуючим чином Двигун внутрішнього згорання має корпус 1, колінчаті вали 2, сінхронізуючі шестерні З, повзуни 4, поршень 5, робочі ущільнення 6, клапани 7 /в варіантах виконання/ Двохтактний двигун з протилежними робочими камерами має корпус 1, що складається з двох симетричних частин з виконаними в них протилежними робочими камерами 8, що мають форму паралелепіпеда з півцилшдричними боковими поверхнями та з нахиленими стінками кришок, окрім цього корпус 1 має впускні 9 та випускні 10 вікна дугоподіної форми, виконані в півциліндричних бокових поверхнях робочих камер 8 навпроти один до одного, по осі, перпендикулярній осям обертання колінчатих валів 2, Причому впускні вікна 9 мають меншу висоту ніж випускні 10 Окрім нього корпус 1 має посадочні гнізда під встановлення ПІДШИПНИКІВ 11 колінчатих валів 2, свердлення для паливоподаючих форсунок, свічок запалювання 12, порожнини для охолоджуваючої рідини 13, проточки для мастила 14, Дві частини корпусу 1, гніздами для ПІДШИПНИКІВ 11 охоплюють корінні шийки двох колінчатих валів При ньому корінні шийки виконані заодно з щоками, а площини, що оброблені урівень з пласкими стінками робочих камер 8, На шийках колінчатих валів 2, що ексцентричне обертаються одягнуті повзуни 4, виконані роз'ємними Двигун має поршень 5, виконаний в формі паралелепіпеда З, півцилшдричними боковими сторонами та нахиленими поверхнями в обох голівках поршня 5 при цьому профілі голівок поршня 5 та кришок 55444 робочих камер 8 утворюють камери згоряння шатрового типу Причому кут, що, утворюється нахиленими стінками робочих камер 8 та нахиленими поверхнями голівок поршня 5, зміщений відносно подовжньої осі поршня 5 в напрямку до впускного вікна 9 двигуна Вздовж кромки голівок поршня 3 розташовані один чи два робочих ущільнення 6 3 конструктивних міркувань поршень 5 виконаний роз'ємним, обидві його частини з'єднані шпильками 15 та мають перемичку 16 в його середній частині для збільшення жорсткості конструкції Вздовж осі роз'єму поршня 5 виконаний паз 17 зі сковзуними поверхнями в виді пластин, по котрим рухається повзуни 4 Поршень 5 підвішений через повзуни 4 до двох колінчатих валів 2, та має можливість зворотно-поступального руху в робочих камерах 8 двигуна Повзуни 4 рухаються зворотнопоступально, почергово назустріч один до одного та в протилежних напрямках - в залежності від кута поверту колінчатих валів 2 та напрямку руху поршня 5 Колінчаті вали 2 при ньому обертаються в протилежних напрямках та їх обертання синхронізується шестернями 3 розміщеними на кінцях колінчатих валів 2 При переміщені поршня 5 з одної мертвої крапки в іншу, поршень 5 перетинає осі, обертання корінних шийок колінчатих валів 2 При ньому пласкі грані поршня 5 стикаються як з поверхнею робочих камер й, так і з обробленими урівень з пласкими поверхнями робочих камер 8 щоками корінних шийок колінчатих валів 2 При зворотно-поступальному рушинні , поршень 3 відкриває випускні 10 та впускні війна 9 в корпусі І двигуна, та обслуговує почергово першу та другу протилежні робочі камери 8 двигуна Двотактний двигун працює наступним чином поршень 5 стискує повітря чи паливно-повітряну суміш в одній з камер 6 до декотрого кута повороту колінчатих валів 2 /далі ПКВ/ до верхній мертвій крапки /далі ВМК/ В залежності від типу двигуна відбувається самозапалення чи запалювання від свічок запалювання 12, Горіння та розширення паливної суміші супроводжується ходом поршня 5 від ВМК При куті ПКВ близько 90° від ВМК, відкривається випускне вікно 10, відбувається вільний випуск відпрацьованих газів Через =10° ПКВ відкривається впускне вікно 9, Впускне вікно 9 спілкується впускним трактом з центробіжним чи іншим компресором Подальший хід поршня 5 до нижньої мертвої крапки /далі НМК/ супроводжується продуванням очисткою та наповненням робочої камери 8 При рушійні поршня 5 від НМК до ВМК продовжується очистка та наповнення робочої камери 8 Близько 90° ПКВ до ВМК закривається поршнем 5 впускне 9, а потім і випускне 10 вікно - починається стиснення повітря /суміші/ Цикл повторюється При ньому кінцю фази стиснення в першій камері відповідає фаза продування в другій, робочий хід при 90° ПКВ від ВМК в першій камері відповідає початку фази стиснення в другій камері При цьому обидві робочі камери 3 обслуговуються почергово одним впускним 9 та одним випускним вікном 10, що відкривається та закривається одним поршнем 5 З урахуванням особливостей кінематики двигуна 8 фази газо-розподілення /для однієї робоча камери/ складають відкриття випускного вікна 90° ПКВ після ВМК, відкриття впускного вікна 100° ПКВ після НМК, закриття впускного вікна - 90° ПКВ після НМК, закриття випускного вікна - 100° після НМК, Нахиленні поверхні в голівках поршня 5 спрямовують повітряний потік з впускного вікна 9 в верхню частину робочих камер 6, та забезпечують умови для якісного очищення робочих камер 8 від продуктів згорання Сирім описаного оптимального варіанту двигуна пропонуються слідуючі П варіант, від описаного оптимального варіанту двигун відрізняється тим, що одна з камер видозмінена, та являє собою компресорну камеру, або камеру стиснення 18 При чому поршень 5 має нахилені поверхні в тільки одній з своїх голівок - протилежна компресорна голівка поршня виконана пласкою Окрім того корпус 1 має нахилені стінки тільки в робочій камері 8, протилежна камера стиснення 18 з пласкою кришкою Сирім того на поверхні пласкою кришки камери стиснення 18 виконані впускні канали, з розміщеними на них клапанами пелюсткового сипу 7 Впускне вікно 9 спілкується з камерою стиснення 18 через перепускний канал 19, який виконано в ТІЛІ корпусу І двигуна При ньому впускні та випускні вікна мають меншу висоту ніж в оптимальному варіанті двигуна Розглянутий варіант двохтактного двигуна працює слідуючим чином При розширенні паливної суміші, поршень 5 рухається від ВМК Приблизно при 90° ПКВ відкривається випускне вікно 10, відбувається вільний випуск відпрацьованих газів Одночасно в камері стиснення 18 повітря стискується частиною поршня 5, що обслуговує камеру стиснення 18, при цьому пелюсткові клапани 7 закриті* При 100° ПКВ від ВМК поршнем 5 відкривається впускне вікно 9, з'єднане перепускним каналом 19 з камерою стиснення 18 Відбувається продування, очистка та наповнення робочої камери 8 При рушійні, поршня 5 від НМК, в камері стиснення 18 витворюється розрядження, відкриваються пелюсткові клапани 7, повітря чи паливоповітряна суміш заповнює камеру стиснення 18 Наповнення продовжується до досягнення поршнем 5 ВМК Далі починається новий робочий цикл двигуна III варіант від оптимального варіанту двигун відрізняється наявністю впускних 20 та випускних 21 клапанів з кулачковим приводом, встановлених в пласких кришках робочих камер 6, наявністю поршня 5 з пласкими голівками, відсутністю впускних та випускних вікон в робочих камерах Чотирьохтактний двигун працює слідуючим чином При розширенні паливної суміші в одній з камер 8, поршень 5 рухається від ВМК, з урахуванням особливостей кінематики випускні клапани 21 відкриваються за 90° ПКВ до НМК оптимальне положення, що відповідає початку вихлопу Після НМК поршень 5 виштовхує вихлопні гази, що залишились в камері 8, до досягнення ВМК відкриваються впускні клапани 20, - ВІДПОВІДНО фазі продування При рушійні поршня 5 від ВМК до НМК робоча камера 8 заповнюється повітрям чи пал пов, сумішшю, далі 55444 стиснення і цикл повторюється При ньому в протилежній робочій камері 8 відбуваються ті самі цикли зі зміненим порядком чередування, залежним від загальної КІЛЬКОСТІ робочих камер 8 в двигуні Оптимальна КІЛЬКІСТЬ клапанів в кришці чотири два впускних та два випускних Пропонований двигун в його двохтактному та чотирьохтактному варіантах можуть мати більш вузькі фази відкриття випускних вікон 10 чи випускних клапанів 21, наприклад, 75° ПКВ від НМК, але це призведе до збільшення висоти робочих камер 8 та до збільшення розмірів поршня 5, бо конструктивно складно забезпечити надійність роботи поршневих ущільнень 6 при перетинанні ними роз'єму між щоками колінчатих валів 2 та пласкими поверхнями робочих камер 8, Усі три варіанти запропонованого двигуна мажуть мати мінімальну КІЛЬКІСТЬ робочих камер 8, при цьому щоки колінчатих валів 2 повинні, бути виконані з противагами, що врівноважують двигун при його праці Запропонований оптимальний варіант двигуна є рішенням завдання створення конструкції, що має мінімальні габарити при максимальному робочому об'ємі камер 8, маючий при цьому мінімальну КІЛЬКІСТЬ простих деталей та частин Двигун в багатокамерному виконанні, повністю врівноважений по всім осям коливань Двигун в своєму оптимальному варіанті потребує джерела високого повітряного тиску - компресора ІІ-й варіант двигуна має компресорну камеру 18 в корпусі і з найбільш простим рішенням 10 завдання створення компактного двохтактного двигуна, бо не потребує розміщення приводного компресора та випускних трубоводів від нього 1 1й варіант являє соеою двигун, маючий 1клапанний механізм в кришках робочих камер, що дає можливість працювати двигуну по чотирьохтактному циклу Система охолоджування для всіх варіантів двигуна передбачає водяні порожнини 13, виконані між робочими камерами 8 та охоплюючі півциліндричні їх поверхні, Система змащування передбачає мережу каналів 14 та свердлень в колінчатих валах 2, повзунах 4 та поршнях 5 Область використання оптимального варіанту двигуна не обмежується Одначе в першу чергу він знайде собі використання втих галузях техніки, де від ДВЗ вимагається висока потужність при в одночасному мінімальному габариті та вазі ІІ-й варіант двигуна знайде собі використання там, де необхідний потужний, компактний двигун, маючий при цьому максимально спрощену, надійну, дешеву конструкцію 1 1й варіант двигуна може замінити багато 1чотирьохтактних звичайної конструкції, бо по зрівнянню з ними має набагато менші розміри та вагу Ескізи оптимального варіанту двигуна та його варіантів показані з мінімальною КІЛЬКІСТЮ елементів ущільнення, в багатьох випадках достатньою для праці по никлу Отто, для двигунів, працюючих по циклу Дизеля необхідна більша КІЛЬКІСТЬ елементів ущільнення - 3, або 4 11 12 XJ Фіг.1 .3 Д 2 Ю \ 13 55444 Фіг.2 .5 Фіг.4 14 Ю 15 55444 Фіг 7 16 17 55444 18 2І Фіг.8 Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24