ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1995 года по МПК F02B75/04 F02B75/32 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания, и может быть применено в различных поршневых машинах.

Известен двухкратный двигатель внутреннего сгорания с совместно работающими цилиндрами, включающий основной и вспомогательный цилиндры, соединенные между собой через перепускные клапаны, механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и вал для отбора мощности.

Недостатком этого двигателя является низкий КПД из-за трения в цилиндро-поршневой группе.

Известен также двигатель внутреннего сгорания с совместно работающими цилиндрами и поршни, коленчатый вал и механизм включающий основной и вспомогательный цилиндры для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.

Недостатком этого двигателя является низкий КПД из-за трения в цилиндро-поршневой группе и сложность реализации устройств регулирования степени сжатия в процессе работы.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является двигатель внутреннего сгорания с совместно работающими цилиндрами, в которых размещены встречно-двигающиеся поршни навстречу друг другу.

Возвратно-поступательное движение поршней реализуется двумя симметричными механизмами с треугольными элементами, одни вершины которых связаны с поршнями штангами. Вторые вершины треугольных элементов с помощью шатунов соединены с оппозитными шейками коленчатого вала. Третьи вершины связаны между собой штангой, действующая длина которой изменяется эксцентриком в соответствии с необходимым изменением степени сжатия.

Недостатком этого двигателя является сложная для конструктивно-компановочного решения двигателя кинематика, приводящая к увеличению потерь на трение. Особенно усложнены конструкции шатунного узла и коленчатого вала из условий симметрии усилий при размещении поршней в общем удлиненном цилиндре.

Кроме того, данная конструкция двигателя не может работать в цикле В. Кушуля при использовании легких топлив (бензин, газ и т. п.).

Цель изобретения - упрощение конструкции.

Сущность изобретения заключается в том, что поршневая машина, содержащая корпус по меньшей мере с двумя цилиндрами, сообщенными между собой, встречно движущиеся поршни, установленные в цилиндрах, коленчатый вал с эксцентриковой шейкой, по меньшей мере два треугольных элемента, первые вершины которых кинематически связаны с эксцентриковой шейкой коленчатого вала, вторые вершины кинематически связаны с поршнями, а третья вершина одного из треугольных элементов кинематически связана с механизмом изменения рабочего объема цилиндров, причем треугольные элементы размещены по разные стороны от эксцентриковой шейки, снабжена первым и вторым рычагами, плечи которых шарнирно соединены с третьими вершинами треугольных элементов, поршни снабжены штоками, шарнирно связанными с вторыми плечами треугольных элементов, а первые вершины треугольных элементов шарнирно соединены с эксцентриковой шейкой коленчатого вала, цилиндры расположены П-образно, штоки поршней выполнены разной длины.

При работе в режиме двигателя внутреннего сгорания один из цилиндров снабжен камерой сгорания.

Механизм изменения рабочего объема поршневой машины выполнен в виде оси качания одного из рычагов, установленной с возможностью перемещения.

На чертеже приведена кинематическая схема предлагаемой поршневой машины.

Поршневая машина содержит корпус 1 по меньшей мере с двумя цилиндрами 2 и 3, сообщенными между собой, встречно движущиеся поршни 4 и 5, установленные в цилиндрах 2 и 3, коленчатый вал 6 с эксцентриковой шейкой 7, по меньшей мере два треугольных элемента 8 и 9, первые вершины которых кинематически связаны с шейкой 7, вторые вершины кинематически связаны с поршнями 4 и 5, а третья вершина одного из треугольных элементов 9 кинематически связана с механизмом 10 изменения рабочего объема цилиндров 2 и 3. Треугольные элементы 8 и 9 расположены по разные стороны шейки 7. Поршневая машина снабжена первым 11 и вторым 12 рычагами, плечи которых шарнирно соединены с третьими вершинами элементов 8 и 9 и корпусом 1, а их первые вершины шарнирно соединены с шейкой 7, цилиндры 2 и 3 расположены Л-образно, а штоки 13 и 14 поршней 4 и 5 соответственно выполнены разной длины.

Для обеспечения работы по циклу двигателя внутреннего сгорания один из цилиндров снабжен камерой 15 сгорания.

Механизм 12 изменения рабочего объема выполнен в виде оси качания одного из рычагов, установленной с возможностью перемещения.

Цилиндры сообщены между собой перепускным каналом 16, не дросселирующим газа.

Пpедлагаемая силовая кинематика в зависимости от циркуляции мощности в системе может быть реализована в поршневых компрессорах и гидравлических насосах или двигателях пневматических, гидравлических и внутреннего сгорания. Все определяется видом клапанов и их управлением, которые могут быть традиционными для каждого из видов поршневых машин. В общем виде работа поршневой машины может быть представлена описанием работы двигателя внутреннего сгорания.

При вращении коленчатого вала 6 вправо поршень 5 цилиндра 3 опережает поршень 4 цилиндра 2 в зависимости от угла развала между цилиндрами. В цилиндр 3 всасывается нормальная безвоздушная смесь, а цилиндр 2 - обедненная смесь (настолько, чтобы суммарный заряд сгорел полностью). В конце цилиндра сжатия (при всасывании и сжатии) смесь из одного цилиндра в другой не перетекает и в каждом цилиндре сжимается свой заряд. В цилиндре 3 сжата нормально-обогащенная смесь, которая воспламеняется от электрической искры. В то же время, когда поршень 5 в цилиндре 3 идет вниз, поршень 4 в цилиндре 2 не достигает мертвой точки. При дальнейшем движении в мертвой точке он выдавливает обедненную смесь через канал 16 в камеру сгорания цилиндра 3, где уже начинается процесс сгорания в области свечи. В результате выталкивания из цилиндра 2 обедненной смеси, энергетического перемешивания ее с нормальной смесью образуется некоторая суммарная смесь, которая содержит оптимальное количество кислорода, топлива и сгорает.

Благодаря использованию двух параллелограммов, соединенных между собой штангами-толкателями (штоками 13 и 14) совершают при работе двигателя приближенно прямолинейные движения (это свойство механизмов Чебышева) и трение в цилиндро-поршневой паре значительно уменьшается. Изменение же положения шарнирного соединения плеча первого рычага 11 приводит к изменению хода поршня 5 и соответственно к изменению степени сжатия двигателя. Такое перемещение легко может быть реализовано посредством эксцентриков гидравлических толкателей или червячной передачи, так как основное усилие от поршней воспринимается коленчатым валом.

Угол развала между цилиндрами определяется конструктивными параметрами двигателя и возможностью механизма.

Таким образом, благодаря выполнению механизма для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное в виде двух механизмов с треугольными элементами, кинематически соединенных между собой на эксцентриковой шейке коленчатого вала и выполнение механизма изменения рабочего объема в виде оси качания одного из рычагов с возможностью перемещения позволяет существенно повысить КПД и экологичность поршневой машины за счет снижения потерь на трение в двигателе, организации воспламенения оптимально обедненной смеси и выбора наилучшего термического КПД двигателя изменением степени сжатия в процессе работы двигателя на разных нагрузках и разных топливах.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: поршневая машина содержит корпус по меньшей мере с двумя цилиндрами, сообщенными между собой перепускным каналом. Встречно движущиеся поршни установлены в цилиндрах, два треугольных элемента шарнирно связаны первыми вершинами с эксцентриковой шейкой коленчатого вала. Поршни снабжены штоками, шарнирно связанными с вторыми плечами треугольных элементов. Поршневая машина снабжена первым и вторым рычагами, плечи которых шарнирно соединены с третьими вершинами треугольных элементов. Третья вершина одного из треугольных элементов кинематически связана с механизмом изменения рабочего объема, выполненного в виде оси качания одного из рычагов, установленной с возможностью перемещения. Цилиндры расположены Л-образно, штоки поршней выполнены разной длины. Для обеспечения работы по циклу двигателя внутреннего сгорания один из цилиндров снабжен камерой сгорания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ПОРШНЕВАЯ МАШИНА, содержащая корпус с по меньшей мере двумя цилиндрами, сообщенными между собой, встречно движущиеся поршни, установленные в цилиндрах, коленчатый вал с эксцентриковой шейкой, по меньшей мере два треугольных элемента, первые вершины которых кинематически связаны с эксцентриковой шейкой коленчатого вала, вторые вершины кинематически связаны с поршнями, а третья вершина одного из треугольных элементов кинематически связана с механизмом изменения рабочего объема цилиндров, причем треугольные элементы размещены по разные стороны от эксцентриковой шейки, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, машина снабжена первым и вторым рычагами, плечи которых шарнирно соединены с третьими вершинами труегольных элементов, поршни снабжены штоками, шарнирно связанными с вторыми плечами треугольных элементов, первые вершины треугольных элементов шарнирно соединены с эксцентриковой шейкой коленчатого вала, цилиндры расположены Л-образно, а штоки поршней выполнены разной длины. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения работы по циклу двигателя внутреннего сгорания, один из цилиндров снабжен камерой сгорания. 3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что механизм изменения рабочего объема выполнен в виде оси качения одного из рычагов, установленной с возможностью перемещения.