ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1994 года по МПК F02B75/28 

Изобретение относится к общему машиностроению, и в частности к двигателям внутреннего сгорания с двухступенчатым наддувом.

Наиболее близким техническим решением к заявленному из опубликованных является двигатель [1].

В соответствии с указанным прототипом предложенное устройство в виде ДВС с двухступенчатым наддувом характеризуется следующей совокупностью существенных признаков поршневой машины.

Поршневая машина, содержащая по меньшей мере два оппозитных цилиндра, размещенные в них поршни с пальцами, выходной вал, две пары кривошипов, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, каждый из которых связан с поршневым пальцем при помощи шатуна, причем каждый поршень связан с одной парой кривошипов, отличается тем, что, с целью улучшения уравновешенности, оси кривошипов каждой пары расположены перпендикулярно одна относительно другой, соосные кривошипы разных пар расположены со смещением 180^o по углу поворота, а два из соосных кривошипов жестко связаны между собой и выходным валом со стороны маховика.

На фиг. 1 показана кинематическая схема поршневой машины с двухступенчатым наддувом; на фиг.2 - кинематическая схема поршневой машины с двухступенчатым наддувом; на фиг.3 - кинематическая схема, разрез Б-Б на фиг.1, связывающая кинематическую схему и гидравлическую схему без шестерен на вспомогательных коленчатых валах; на фиг.4 - привод клапанов наддува. Коленчатые валы (кривошипы) 1,2,3,4 на фиг.3 расположены так, что они относительно моментов инерции самих кривошипов имеют взаимно перпендикулярные и взаимно противоположные положения по осям координат с центральной опорой корпуса 5 цилиндра 6 (фиг.1), расположенного горизонтально (фиг.2) для использования цилиндрической жесткости корпуса цилиндра. Кривошипные валы соединены соответственно с двумя парами плоских кривошипно-шатунных механизмов, размещенных на соответствующих опорах вокруг корпуса цилиндра 6, и маховиком 7, который является общим для кривошипа 1 и кривошипа 3.

Кривошипный вал 1 и кривошипный вал 3 заключены в крестообразные опоры 8 и 9 (фиг.3), имеющие полости для смазки этих опор.

При этом опоры герметичны с торцев для исключения попадания масла в полость межпоршневой воздуходувки 10 (фиг.1). Кривошип 1 соединен с шатуном 11, а кривошип 3 соединен с шатуном 12 (фиг.3 и фиг.1). Вспомогательный кривошип 2 соединен с шатуном 13, а вспомогательный кривошип 4 соединен с шатуном 14 (фиг.3 и фиг.2). Шатуны 12 и 11 (фиг.1) соединены с траверсами 15 и 16, в которых установлены пальцы 17 шатунов в вырезах 18, 19, 20 и 21, соединяющие траверсу 16 с поршнями 22 и 23, траверсу 16 с поршнями 24 и 25. Шатуны 13 и 14 соединены с траверсами 15 и 16 в другой плоскости (фиг.2), имеющими другие вырезы для пальцев 26 и 27, расположенных в вырезах 28 и 29 с направляющими ползунами 30 и 31 штоков 32 и 33 для поршней 22, 23, 24 и 25 (фиг. 1 и фиг.2). Маховик 7, кривошипы 1 и кривошип 3 соединены с центральной шестерней (фиг. 3, фиг.1 и фиг.2). На фиг.2 эта шестерня показана пунктиром. Шестерня 34 входит в зацепление с шестернями 35 и 36. Эти шестерни являются цилиндрическими при передаточном отношении чисел зубьев шестерен 1: 1. Шестерня 36 соединена с коническими шестернями дифференциального редуктора. При этом шестерня 36 через дифференциальный конический редуктор при передаточном отношении чисел зубьев шестерен 1:2 соединена с шестернями 37, 38, 39 привода кулачковых валков 40 и 41 в противоположные стороны. Кулачковый вал 40 связан с шестернями 42 и 43 привода кулачков 44 и 45 клапанов 46 и 47. Вал 41 соединен с шестернями 48 и 49 привода кулачков 50 и 51 клапанов 52 и 53. Клапаны 47 и 52 соединены трубопроводами 54 и 55 с автоматически действующими клапанами 56 и 57.

Клапаны 46 и 53 соединены трубопроводами 58 и 59 с выхлопным устройством 60. Вал 40 имеет кулачок 61 топливного насоса 62.

Вал 41 имеет кулачок 63 топливного насоса 64. Топливный насос 62 соединен с форсункой 65, а топливный насос 64 соединен с форсункой 66. ДВС с двухступенчатым наддувом имеет вспомогательное выхлопное устройство 60 для облегчения запуска. Это устройство содержит емкость 67, вентиль 68 и вентиль 69, соединенный трубопроводом 70 с пусковым отверстием 71.

В камерах переменного объема установлены свечи 72 зажигания. Для пояснения работы клапанов в системе двухступенчатого наддува приводится таблица положения клапанов 46 и 47 с одной стороны цилиндра и положения клапанов 53 и 52 (фиг.4) с другой стороны цилиндра. В этой таблице указано положение автоматически действующих клапанов 56 и 57 межпоршневой воздуходувки. В этой таблице указаны номера тактов для четырехтактного двигателя с противоположно движущимися поршнями с межпоршневой воздуходувкой первой ступени наддува и поочередной подачи с каждой стороны цилиндра, т.е. для левой стороны и правой стороны цилиндра с указанием номера тактов. Причем номера тактов подачи воздуха слева указаны по порядку тактов, а справа зависят от рабочего объема наддува и зависят от положения клапанов ДВС на всасывании и на выхлопе.

Наддув переменного объема согласно таблице осуществляется за счет динамического уравновешивания противоположно движущихся масс поршней и двух пар кривошипно-шатунных механизмов, связанных с одним маховиком.

Инерционный наддув второй ступени.

Запуск ДВС с двухступенчатым наддувом производится следующим образом: кулачок 63 на шпонке смещают по стрелке К на валу 41 так, чтобы не имел контакта с топливным насосом 64.

В результате смещения кулачка 63 в правую полость цилиндра 6 не будет подаваться топливо в форсунку 66. В результате этого емкость 67 через вентиль 69 соединяется с рабочей полостью правой части цилиндра через вспомогательное отверстие 71 запуска при закрытом вентиле 68. Под действием давления аккумулятора, давление емкости 67 поршень 25 начнет перемещаться справа налево, воздействует усилием давления на шатун 14 и шатун 11, расположенные взаимно перпендикулярно. При таком расположении шатунов отпадает необходимость установки дополнительных шестерен на коленчатых валах силового привода, так как поршни 22, 23, 24 и 25 кинематически будут двигаться навстречу друг другу, осуществляя подачу воздуха межпоршневой воздуходувкой 10 в открытый всасывающий клапан в такте согласно движению воздуха из аккумулятора давления в полости правой стороны цилиндра. Если скорости движения воздуха со стороны воздуходувки и скорость движения воздуха со стороны аккумулятора давления будут равны, возникнет взаимное торможение частиц воздуха и холодный воздух аккумулятора давления будет смешиваться с теплым воздухом воздуходувки. Это произойдет после запуска в левом цилиндре в такте сжатия в левом цилиндре и после подачи топлива насосом 62 с помощью кулачка 61 в форсунку 65 в левый цилиндр после зажигания с помощью свечи 72.

После зажигания поршень 22 в такте рабочего хода (расширения) будет перемещаться слева направо, обеспечивая привод шатунов и поршней навстречу друг другу. Далее работа ДВС с двухступенчатым наддувом будет повторяться по порядку положения клапанов в тактах, указанных в таблице, с учетом их кинематического привода, для чего кулачок 63 смещают по стрелке К (фиг.4) обратно к топливному насосу 64. При этом вентиль 69 аккумулятора закрывают.

Дальнейшая работа ДВС с двухступенчатым наддувом будет осуществляться по четырехтактному циклу, имеющего два оборота маховика с двумя рабочими ходами за цикл в отличие от четырехцилиндрового двигателя, имеющего два оборота маховика с одним рабочим ходом на каждый цилиндр.

Данное условие эквивалентно динамическому уравновешиванию двухцилиндрового двигателя имеющего разновременно два рабочих хода за два оборота маховика, например двухтактного двигателя без наддува цилиндров с одним цилиндром.

Применение ДВС с двухступенчатым наддувом с аккумулятором запуска с противоположным приводом клапанов облегчит технологию изготовления рабочих цилиндров в отличие от V-образной конструкции ДВС, например, с объемом дожигателя.

Сущность изобретения: поршневая машина, содержащая по меньшей мере два оппозитных цилиндра, размещенные в них поршни двойного действия с пальцами, выходной вал, маховик, две пары кривошипов, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, каждый из которых связан с поршневым пальцем при помощи шатуна, причем каждый поршень связан с одной парой кривошипов, отличается тем, что, с целью улучщения уравновешенности, оси кривошипов каждой пары распололожены перпендикулярно одна относительно другой, соосные кривошипы разных пар расположены со смещением 180° по углу поворота, а два из соосных кривошипов жестко связаны между собой и с выходным валом со стороны маховика. 4 ил., 1 табл.

ПОРШНЕВАЯ МАШИНА, содержащая по меньшей мере два оппозитных цилиндра, размещенные в них поршни с пальцами, выходной вал, две пары кривошипов, расположенных в плоскости, перпендикулярной к оси цилиндра, и маховик, причем каждый из кривошипов связан с поршневым пальцем при помощи шатуна, а каждый поршень - с одной парой кривошипов, отличающаяся тем, что, с целью улучшения уравновешенности, оси кривошипов каждой пары расположены перпендикулярно одна к другой, соосные кривошипы разных пар расположены со смещением 180^o по углу поворота, а два из соосных кривошипов жестко связаны между собой и с выходным валом со стороны маховика.