ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЯРИМОВА Российский патент 1996 года по МПК F02B55/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с кольцевой рабочей камерой и неравномерными движением рабочих органов и предназначено для привода различных видов транспортных средств, тракторов и другой сельскохозяйственной техники, а так же стационарных установок.

Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), содержащий корпус с кольцевой рабочей камерой, лопастные рабочие органы, основной жестко связанный с корпусом и вспомогательный, связанный с валом периодического изменения угловой скорости и кинематически связанный с маховиком через кривошипношатунную передачу (патент Франции N 653390, кл. 46а₅, 1929 - прототип).

Недостатками известного двигателя внутреннего сгорания с кольцевой рабочей камерой и неравномерным движением рабочих органов являются: низкий КПД по причине больших углов передачи сил давления газов на вращательное движение кривошипу; большой шум при выходе отработанных газов по причине высоких частот колебаний ротора неполное сгорание горючей смеси и малые передаваемые моменты на кривошип по причине несоответствия параметров шарнирного четырехзвенника оптимальным.

Задачей настоящего изобретения является повышение КПД (эффективности) двигателей внутреннего сгорания, снижение шума выхлопных газов, экологической совместимости и получение высоких моментов на маховике.

Поставленная задача достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с кольцевой рабочей камерой, лопастные рабочие органы, основной жестко связанный с корпусом, и вспомогательный, связанный с валом периодического изменения угловой скорости и кинематически связанный с маховиком через кривошипно-шатунную передачу, в соответствии с изобретением, длина шатуна и расстояние между осью крепления шатуна к вспомогательному лопастному рабочему органу и центром вала периодического изменения угловой скорости больше в 1,1 раза длины кривошипа, а расстояние между центром вращения кривошипа и центром вала периодического изменения угловой скорости больше в 1,2 раза, длины кривошипа, причем четырехзвенный механизм выполнен с параметрами выше соотношения:
M(λ,P,δ)=const
где: М момент на оси кривошипа;
λ относительная величина шатуна;
P относительная величина расстояния между осью крепления шатуна к вспомогательному лопастному рабочему органу и центром вала периодического изменения угловой скорости;
d относительная величина расстояния между центром вращения кривошипа и центром вала периодического изменения угловой скорости.

Увеличение КПД (эффективности) ДВС данной конструкции с применением четырехзвенной шарнирной кривошипно-шатунной схемы механизма, при передаче сил F на вращательное движение характеризуется моментом М на оси А кривошипа и определяется углами давления v. Посредством углов давления определяется сумма моментов сил F на оси А:
, n 1,2,3
где: М_i сумма моментов на оси;
F сила действующая вдоль шатуна;
r длина кривошипа;
Φ угол давления.

Поставленная задача повышения КПД (эффективности) решается определением зависимостей величин моментов на оси А, от длин звеньев четырехзвенного шарнирного кривошипно-шатунного механизма. Принимается угол j - независимый параметр, v функция. Задача сводится: v(ψ) функция положения. По теореме косинусов из ΔABC и ΔDBC после преобразований определяем Φ₁ и Φ₂
Φ₁=arccos a; Φ₂=arccos K;
где: ;
после введения безразмерных относительных величин:
;
Δ=Φ₁+Φ₂;
.

Для упрощения анализа моментов принимаем F 1; r= 1;

При условии обеспечивается равномерное перемещение точек B и C в прямом и обратном направлениях и где:
.

Расчетами получены величины моментов в зависимости от параметров звеньев в области существования проворачиваемого кривошипа. Величина M_п Const равнозначна M(λ, P, δ)=const.

В предлагаемой конструкции двигателя внутреннего сгорания практическое увеличение момента на кривошипе (при одинаковых силах расширяющихся газов в рабочей камере, и при одинаковых величинах кривошипов) составляет более чем в 2 3 раза. Наличие угла между продольной осью шатуна и направлением действия сил расширяющихся газов, при рабочем ходе лопастного рабочего органа, лишь способствует увеличению сил направленных вдоль шатуна на кривошип, с преобразованием во вращательное движение:
Мощность определяется по формуле:
N=M•ω;
где: N- мощность;
M момент;
w - угловая скорость.

Если уменьшить обороты: в предлагаемом двигателе, то мощность одинаковая с известными двигателями, будет достигнута за счет увеличения, во столько же раз, величины момента. Или при уменьшении угловой скорости достигается снижение шума выхлопных газов в предлагаемом двигателе. Полное сгорание рабочей смеси, достигается большим ходом вспомогательного лопастного рабочего органа, что обеспечивается одновременно с предложенными параметрами шарнирного четырехзвенника.

Обоснование предельных относительных размеров параметров выбрано исходя из теоретических и практических предпосылок, а так же исходя из практической применимости этих параметров для двигателей внутреннего сгорания, в области проворачиваемости кривошипа.

Параметры меньше 1, 1 по длине шатуна и расстоянию между осью крепления шатуна к вспомогательному лопастному рабочему органу и центром вала периодического изменения угловой скорости и меньше 1, 2 по расстоянию между центром вращения кривошипа и центром вала периодического изменения угловой скорости, не применимы в двигателях, ввиду затруднения проворачивания кривошипа, в процессе сжатия рабочей смеси в камере сгорания.

На фиг.1 изображен предлагаемый двигатель в боковом разрезе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Двигатель содержит корпус 1, с кольцевой рабочей камерой 2, лопастные рабочие органы; основной 3, жестко связанный с корпусом, и вспомогательный 4, связанный с валом периодического изменения угловой скорости 5, и кинематически связанный с маховиком 6, через шатун 7, кривошип 8; так же на графических материалах изображена ось 9 крепления шатуна к вспомогательному лопастному рабочему органу и вал 10 вращения кривошипа. На фиг.2 изображены положение 1 вспомогательного лопастного органа, в верхней "мертвой" точке и положение 11 вспомогательного лопастного органа, в нижней "мертвой" точке.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом: под действием сил расширения газов через вспомогательный лопастной рабочий орган и шатун усилие передается на кривошип и на вращательные движение маховика, под действием сил инерции маховика происходит возвращение вспомогательного лопастного органа в первоначальное положение 1, и так циклы повторяются в зависимости от тактности двигателя.

Особо важно применение двигателя внутреннего сгорания, предлагаемой конструкции, в тракторах, тягачах и в другой сельскохозяйственной технике и транспортных средствах.

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее может быть применено в тракторах, на автомашинах и других транспортных средствах и стационарных установках. 3адачей изобретения является повышение КПД двигателей внутреннего сгорания, снижение шума выхлопных газов, экологической совместимости и получение высоких моментов на маховике. Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с кольцевой рабочей камерой 2, лопастные рабочие органы; основной 3, жестко связанный с корпусом, и вспомогательный 4, связанный с валом 5 периодического изменения угловой скорости и кинематически связанный с маховиком через кривошипно-шатунную передачу. При этом длина шатуна и расстояние между осью крепления шатуна к вспомогательному лопастному рабочему органу и центром вала периодического изменения угловой скорости больше в 1,1 раза длины кривошипа, а расстояние между центром вращения кривошипа и центром вала периодического изменения угловой скорости больше в 1,2 раза длины кривошипа, причем четырехзвенный механизм выполнен с параметрами выше соотношения M/λ,P,δ/=const. 2 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с кольцевой рабочей камерой, лопастные рабочие органы, основной, жестко связанный с корпусом, и вспомогательный, связанный с валом периодического изменения угловой скорости и кинематически связанный с маховиком через кривошипно-шатунную передачу, отличающийся тем, что длина шатуна и расстояние между осью крепления шатуна к вспомогательному лопастному рабочему органу и центром вала периодического изменения угловой скорости больше в 1,1 раза длины кривошипа, а расстояние между центром вращения кривошипа и центром вала периодического изменения угловой скорости больше в 1,2 раза длины кривошипа, причем четырехзвенный механизм выполнен с параметрами выше соотношения
M(λ, ρ, δ)=const,
где М момент на оси кривошипа;
λ относительная величина шатуна;
r относительная величина расстояния между осью крепления шатуна к вспомогательному лопастному рабочему органу и центром вала периодического изменения угловой скорости;
d относительная величина расстояния между центром вращения кривошипа и центром вала периодического изменения угловой скорости.