КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 2001 года по МПК F02B75/32 F16H21/18 F01B9/02 

Настоящее изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано для увеличения крутящего момента двигателя внутреннего сгорания, имеющего кривошипно-ползунный механизм.

Известно устройство для повышения эффективности работы двигателя внутреннего сгорания, разработанное японской фирмой "Mazda" (журнал "АВТО", N 1, 1995, c. 9).

Новый двигатель получил обозначение Kj и относится к серии K, созданной для адаптации цикла Миллера с нагнетателем Лисхольма. При рабочем объеме 2,3 л его максимальны крутящий момент соответствует двигателю с рабочим объемом 3,3 л, а расход топлива - двигателю рабочим объемом 2,0 л. А причина заключена в том, что при фактической степени сжатия 8,0 степень расширения или герметическая степень сжатия составляет 10,0. Снизив таким образом температуру сгорания, исследователям пришлось ввести лишь струйное охлаждение днища поршней, не применяя никаких специальных конструктивных материалов.

Главную роль в работе нового двигателя играет усовершенствованный нагнетатель Лисхольма. С помощью такого нагнетателя подаваемый в цилиндры воздух сжимают до 100 кПа, "загорания" в них полтора раза больше воздуха, чем его помещается в освобождаемом поршнем геометрическом объеме. Почему не больше? Цикл Миллера предусматривает возраст части заряда назад через закрываемый позже, чем обычно, впускной клапан для снижения фактической степени сжатия.

Выбор нагнетателя Лисхольма обусловлен рядом причин.

Первая и, пожалуй, главная состоит в том, что воздух в нем сжимают между винтами, т. е. внутри, а не снаружи как в турбонагнетателе "Roots". Поэтому нужное давление он развивает при любых оборотах коленчатого вала.

И еще одно существенное преимущество нагнетателя Лисхольма - полное отсутствие запаздывания в подаче сжатого воздуха нужного давления.

Специалистам фирмы "Mazda" удалось решить задачу, заключающуюся в повышении эффективности работы двигателя путем увеличения количества топливно-воздушной смеси, поступающей в цилиндр, не изменяя при этом кривошипно-шатунный механизм, имеющий недостаток, заключающийся в том, что большая сила от сгорания топливно-воздушной смеси передается через малое плечо.

В предлагаемом изобретении повышается эффективность работы двигателя внутреннего сгорания кинематическим способом путем передачи большой силы через большее плечо.

Известен кривошипно-ползунный механизм, содержащий основные кривошипы с центральными выводными валами, соединительный вал с шестернями, фиксирующими относительное положение основных кривошипов, дополнительный четырехколенный вал, концевые шейки которого выполнены с возможностью передвижения по кругу при равенстве радиусов основного кривошипа и дополнительного четырехколенного вала (Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972, с. 116 - 117, рис. 1076, с. 14 - 15, рис. 11а). Известное устройство недостаточно эффективно в работе и требует высокой точности изготовления деталей.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы и упрощение изготовления.

Поставленная задача достигается тем, что кривошипно-ползунный механизм (КПМ), содержащий основные кривошипы с центральными выводными валами, соединительный вал с шестернями, фиксирующими относительное положение основных кривошипов, дополнительный четырехколенный вал, концевые шейки которого выполнены с возможностью передвижения по кругу при равенстве радиусов основного кривошипа и дополнительного четырехколенного вала, согласно изобретению оси плечей B_yC_y и B_xC_x четырехколенного вала повернуты на 45 градусов от вертикальной оси против часовой стрелки, а шатуны, сочлененные с поршнями, сочлененные с плечами B_yC_y и B_xC_x через шейки C_y и C_x.

Кроме того, устройство может содержать V-образный картер.

На фиг. 1 показана схема КПМ в момент начального положения в верхней точке;
на фиг. 2 - вид спереди фиг. 1;
на фиг. 3 - схема КПМ, у которого кривошип повернут от начального положения на 45^o;
на фиг. 4 - вид спереди фиг. 3;
на фиг. 5 - положение звеньев КПМ при движении вниз;
на фиг. 6 - положение звеньев КПМ при движении вверх;
на фиг. 7 - коленчатый вал 2, у которого оси плечей B_yC_y и C_xB_x повернуты на 45^o;
на фиг. 8 - вид спереди фиг. 7;
на фиг. 9 - график движения поршня D_y, при повороте механизма на один оборот через 30^o при радиусе OA_o, равном A_o B_o.

Кривошипно-ползунный механизм содержит: шатуны 1, сочлененные с поршнями D_y и D_x и с шейками C_y и C_x дополнительного четырехколенного коленчатого вала 2, концевые шейки A которого выполнены с возможностью передвижения по кругу при условии, что радиус OA основного кривошипа 3 с центральными выводными валами 4 равен радиусу AB_y и AB_x дополнительного четерхколенного вала 2, ползуны 5, направляющие 6, расположенные в V-образном картере, соединительный вал 7 с шестернями 8 наружного зацепления, фиксирующими относительное положение основных кривошипов 3 друг относительно друга через шестерни 9 наружного зацепления.

Кривошипно-ползунный механизм для увеличения крутящего момента работает следующим образом: при совмещении радиуса OA основного кривошипа 3 и радиуса AB_y дополнительного четырехколенного вала 2 с вертикальной осью (см. фиг. 1) поршень D_y находится в верхнем положении, когда возникает большая сила от сгорания топливно-воздушной смеси, которая может передаваться через предложенное большое плечо B_y C_y, то есть отсутствует "мертвая" точка у данного механизма. При этом крутящий момент будет большим в отличие от кривошипно-шатунных и бесшатунных механизмов.

Поворот радиуса OA основного кривошипа 3 после двухсот сорока градусов (положение механизма OA8B8C8D8, см. фиг. 6) большое плечо уменьшается, при выполнении отрицательной работы, например во время такта сжатия топливно-воздушной смеси.

Технический результат предлагаемого изобретения выражается в следующем:
1. Повышение крутящего момента двигателя в результате увеличения плеча, передающего большую силу.

2. Уменьшение рабочего объема двигателя за счет увеличения крутящего момента.

3. Уменьшение размеров двигателя за счет уменьшения его рабочего объема.

4. Уменьшение металлоемкости двигателя за счет уменьшения размеров двигателя.

5. Экономия топлива за счет уменьшения рабочего объема двигателя.

6. Улучшение экологических показателей двигателя, так как поршень в верхней точке находится большее время (см. фиг. 5, положение поршня D11 и D12) нежели в двигателе с кривошипно-шатунным механизмом, в результате сгорание будет более полным.

7. Уменьшение плеча, передающего силу при выполнении отрицательной работы, например, во время такта сжатия.

8. У предлагаемого кривошипно-ползунного механизма для увеличения крутящего момента нет "мертвых" точек, есть просто верхняя и нижняя точки, то есть в любом положении механизма всегда есть плечо для передачи силы, в отличие от кривошипно-шатунного и бесшатунного механизмов.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Кривошипно-ползунный механизм содержит основные кривошипы с центральными выводными валами, соединительный вал с шестернями, фиксирующими относительное положение основных кривошипов, дополнительный четырехколенный вал, концевые шейки которого выполнены с возможностью передвижения по кругу при равенстве радиусов основного кривошипа и дополнительного четырехколенного вала. Оси плеч четырехколенного вала повернуты на 45^o от вертикальной оси против часовой стрелки. Шатуны, сочлененные с поршнями, сочленены с плечами через шейки. Механизм содержит V-образный картер. Технический результат заключается в повышении эффективности работы и упрощении изготовления. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Кривошипно-ползунный механизм, содержащий основные кривошипы с центральными выводными валами, соединительный вал с шестернями, фиксирующими относительное положение основных кривошипов, дополнительный четырехколенный вал, концевые шейки которого выполнены с возможностью передвижения по кругу при равенстве радиусов основного кривошипа и дополнительного четырехколенного вала, отличающийся тем, что оси плеч B_yC_y и B_xC_x четырехколенного вала повернуты на 45^o от вертикальной оси против часовой стрелки, а шатуны, сочлененные с поршнями, сочленены с плечами B_yC_y и B_xC_x через шейки C_y и C_x. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что содержит V-образный картер.