БЕСШАТУННЫЙ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ СО ВСТРЕЧНО-ДВИЖУЩИМИСЯ ПОРШНЯМИ В РАБОЧИХ КАМЕРАХ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, С ДВУМЯ РАБОЧИМИ КАМЕРАМИ В БЛОКЕ Российский патент 2005 года по МПК F02B75/32 F01B7/02 

Описание патента на изобретение RU2251008C2

Настоящее изобретение относится к машиностроению, касается усовершенствования поршневых двигателей внутреннего сгорания и может найти применение при разработке конструкций двигателей со встречно-движущимися поршнями в рабочих камерах.

Известен двухтактный двигатель (см. патент СССР №3092, МПК F 02 B 33/14, опублик. 30.06.1927), состоящий из двух цилиндров с двумя встречно-движущимися поршнями в каждом цилиндре. Цилиндры имеют рабочую часть в центре и две компрессионные части по торцам, при этом компрессионные части имеют больший диаметр. Поршни также имеют рабочую часть и компрессионную часть большего диаметра. Компрессионные части цилиндров имеют окна для всасывания и нагнетания воздуха. Рабочие части цилиндров имеют окна для нагнетания воздуха и отвода отработанных газов. Окна для нагнетания воздуха в рабочую часть цилиндров соединены коллектором с компрессионной частью. Окна для отвода газов объединены коллектором с выхлопной трубой. В двигателе установлена форсунка.

Использование комбинированных поршней с целью нагнетания воздуха в рабочую часть цилиндров усложняет конструкцию двигателя, что ведет к его удорожанию. Односторонняя продувка рабочей части цилиндров не обеспечивает дополнительной подачи воздуха в рабочую часть цилиндров, следовательно, не обеспечивается дополнительная мощность, которую мог бы дать компрессионный ход поршней. Следовательно, конструкция двигателя экономически нецелесообразна, что подтверждается отсутствием двигателя по патенту СССР №3092 в серийном производстве.

В основу настоящего изобретения положена задача разработки конструкции поршневого двигателя со встречно-движущимися поршнями в рабочих камерах прямоугольной формы, в котором при минимальной себестоимости двигателя в серийном производстве возможно значительное повышение КПД.

Согласно изобретению бесшатунный двухтактный двигатель внутреннего сгорания со встречно-движущимися поршнями в рабочих камерах прямоугольной формы имеет, по меньшей мере, две рабочие камеры, которые установлены между двумя картерами. В картерах помещены по 3 коленчатых вала, совмещенные с шестернями синхронного вращения. Причем средние коленчатые валы в каждом картере совмещены шестернями, составляющими редуктор для передачи вращения рабочему валу. Шейки кривошипов коленчатых валов попарно помещены в криволинейные пазы коромысел, на которых установлены штоки с поршнями, помещенными в рабочие камеры. По торцам рабочих камер установлены клапанные коробки, всасывающие клапаны которых соединены с турбокомпрессором, и нагнетательные клапаны с ресивером подачи воздуха в рабочие камеры. В ресивере установлены трубы выхлопного коллектора, соединенные с выхлопными окнами рабочих камер, и на выходе из ресивера соединены с турбовентилятором. В центре рабочих камер установлены дроссельные клапаны, соединенные коллектором с ресивером, которые снабжены электромагнитными регуляторами величины открытия проходного сечения клапана.

Поставленная задача решается тем, что рабочие камеры цилиндрической формы сложной конфигурации (см. патент СССР №3092) заменены рабочими камерами прямоугольной формы, по торцам которых установлены клапанные коробки, а поршни, помещенные в рабочие камеры, установлены на штоки бесшатунных механизмов, помещенных в картеры, между которыми установлены, по меньшей мере, две рабочие камеры с клапанными коробками.

В каждом из двух картеров установлено перпендикулярно к продольной оси рабочих камер по три коленчатых вала, шейки кривошипов которых помещены в криволинейные пазы коромысел. Причем средние коленчатые валы в каждом картере соединены между собой шестернями синхронного вращения, средняя из которых служит для передачи рабочего момента потребителю.

С целью активизации продувки и заполнения рабочих камер воздухом с давлением выше атмосферного всасывающие клапаны коробок подсоединены к турбокомпрессору, а нагнетательные клапаны подсоединены к ресиверу, в котором установлен выхлопной коллектор, работающий как глушитель. Коллектор с одной стороны соединен с продувочными окнами рабочих камер, а с другой стороны - с турбовентилятором, также заглушающим звук.

Для продувки и заполнения воздухом рабочих камер в ресивере установлены дроссельные клапаны с соленоидными регуляторами, что сделано с целью дозированной подачи воздуха в рабочие камеры в соответствии с задаваемой мощностью двигателя. Топливная форсунка также должна быть оборудована сигнальным устройством, дозирующим подачу топлива по норме поданного в рабочую камеру воздуха.

Кинематическая схема двигателя предопределяет позднее зажигание топливной смеси, что может быть обеспечено форсункой, описанной в патенте СССР №3092.

Использование в двигателе бесшатунных механизмов сократит габарит двигателя. Прямоугольная форма рабочих камер определяет механический способ их изготовления, что намного снизит себестоимость двигателя. Прямоугольная форма рабочих камер принята с целью применения пружинного поджатия уплотнительных пластин, что исключит потерю мощности двигателя в процессе эксплуатации, а значит, перерасход топлива, также исключит выброс СО (экономика с экологией).

Применение турбокомпрессора для подачи воздуха под поршни создает избыточный объем воздуха в ресивере, что обеспечивает полную продувку рабочих камер и достаточное количество воздуха для наполнения рабочей камеры при резком увеличении мощности двигателя.

Выхлопной коллектор, помещенный в ресивер, повышает температуру воздуха, дросселируемого в рабочую камеру, и работает как глушитель, не уменьшая мощности двигателя. Турбовентилятор, подключенный к выхлопному коллектору, также заглушает звук. В центре рабочих камер устанавливаются форсунки прерывистой подачи топлива в момент сжатия воздуха, описанные патентом СССР №3092, что позволяет увеличить время реакции топливной смеси, что увеличивает время активизации механической энергии, воздействующей на поршни.

Отработавшие газы, проходя через коллектор, установленный в ресивере, передают тепловую энергию нагнетаемому в ресивер воздуху, тем самым активизируя процесс воспламенения топливной смеси, что способствует увеличению мощности двигателя.

Перечисленные преимущества обеспечивают конкурентоспособность заявляемого к экспертизе двигателя.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:

фиг.1 - сечение двигателя по поперечной оси картеров;

фиг.2 - сечение двигателя по продольным осям коленчатых валов;

фиг.3 - кинематическая схема двигателя;

фиг.4, 5, 6, 7 - полезный момент работы шеек кривошипов коленчатых валов;

фиг.8 - сечение двигателя по клапанным коробкам;

фиг.9 - сечение двигателя по выхлопным окнам;

фиг.10 - сечение двигателя по дроссельным клапанам.

На чертежах применены следующие обозначения: 11 и 12 - рабочие камеры; 21, 22 и 23, 24 - клапанные коробки; 31, 32 и 33, 34 - поршни; 41, 42 и 43, 44- штоки; 51, 52 и 53, 54 - коромысла; 61, 62, 63 и 64, 65, 66 - коленчатые валы; 71 и 72 - картеры; 81, 82 и 83, 84 - всасывающие клапаны; 9 - коллектор; 101, 102 и 103, 104 - нагнетательные клапаны; 11 - ресивер, 12 - выхлопной коллектор; 13 - продувочные окна; 141, 142 - дроссельный клапан; 151, 152 - соленоид; 161 и 162 - форсунки; 171, 172, 173 и 174, 175, 176 - шестерни синхронного вращения валов; 181, 182 - промежуточные шестерни; 19 - шестерня рабочего вала; 20 - рабочий вал; 21 - редуктор; 22 - турбокомпрессор; 23 - турбовентилятор.

Предлагаемый к экспертизе двигатель работает следующим образом. Для двигателя применены форсунки 161 и 162 (фиг.10), состоящие из калоризатора и диффузора с целью двукратной дозировки топлива, подающегося в рабочие камеры. При нахождении поршней 31 и 32 в верхних мертвых точках в рабочую камеру 11 впрыскивается топливо, что задает движение рабочего хода поршням 31 и 32, а через штоки 41 и 42 задает движение коромыслам 51 и 52. Коромысла приводят в движение шейки кривошипов коленчатых валов 61, 62 и 64, 65. Вращение коленчатых валов 61 и 62 через шейку второго кривошипа передается коромыслам 52 и 54, движение которых задает вращение коленчатым валам 63 и 66 и через штоки 42 и 44 движение компрессионного хода поршням 32 и 34 рабочей камеры 12 (фиг.2). Работа поршней потребителю передается через систему шестерней.

При подходе поршней 31 и 32 к нижним кромкам продувочных окон 13 открывается клапан 141 и в рабочую камеру поступает воздух. Отработанный газ через окна 13 поступает в коллектор 12 (фиг.1 и фиг.9) и, проходя по трубам, установленным в ресивере 11, нагревая воздух, находящийся в ресивере 11, выводится турбовентилятором 23 в атмосферу.

Термодинамический цикл двигателя определяется возможностями форсунки, описанной в патенте СССР №3092, в которой дозируется подача топлива в рабочую камеру.

В верхнем положении поршней 31 и 32 турбокомпрессором 22 (фиг.8) через коллектор 9, клапаны 81 и 82 в объем рабочей камеры под поршнем нагнетается воздух. При рабочем ходе поршней 31 и 32 клапаны 81 и 82 закрываются, и при сжатии воздуха до давления выше давления в ресивере 11 открываются клапаны 101 и 102 и воздух нагнетается в ресивер 11. При достижении верхней частью поршней 31 и 32 верхней кромки продувочных окон 13 начинается активный отсос газов турбовентилятором 23 через коллектор 12. При достижении верхней частью поршней 31 и 32 нижней кромки продувочных окон 13 открывается клапан 141 и в рабочую камеру подается воздух. При прикрытии продувочных окон 13 поршнями 31 и 32 клапаны 141 закрывается и начинается процесс сжатия воздуха. При ходе поршней 31 и 32 к верхним мертвым точкам открываются клапаны 81 и 82 и в рабочую камеру 11 под поршни нагнетается воздух. Газ, проходящий по трубам коллектора 12, расположенного в объеме ресивера 11, отдает тепловую энергию воздуху. Описанная схема отвода газа не снижает мощности двигателя.

Похожие патенты RU2251008C2

название год авторы номер документа
ПОРШНЕВАЯ МАШИНА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ И НАОБОРОТ 2003
  • Головизин Борис Николаевич
RU2236601C1
ПОРШНЕВАЯ МАШИНА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ И НАОБОРОТ 2003
  • Головизин Борис Николаевич
RU2236602C1
ПОРШНЕВАЯ МАШИНА С БЕСШАТУННЫМ МЕХАНИЗМОМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ И ОБРАТНО 1992
  • Головизин Борис Николаевич[Ua]
RU2105883C1
ТЕПЛООБМЕННАЯ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ И ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ТЕПЛООБМЕННОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ (ВАРИАНТЫ). 2013
  • Загуменнов Павел Игнатьевич
RU2539251C2
ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР 1996
RU2148176C1
ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2005
  • Брагин Лев Николаевич
RU2294442C1
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1995
  • Татьянин Виктор Иванович
RU2084665C1
АКСИАЛЬНЫЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КАЧАЮЩИМСЯ БЛОКОМ КАРДАННЫХ ПОДВЕСОВ 2016
  • Цыбенко Юрий Владимирович
RU2629301C1
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО ГОРЕНИЯ С ДВУМЯ ВСТРЕЧНО ДВИЖУЩИМИСЯ ПОРШНЯМИ В ОДНОМ ЦИЛИНДРЕ И С ПРЯМОТОЧНОЙ ПРОДУВКОЙ 1935
  • Мирющенко А.А.
SU47139A1
ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1990
  • Виноградов Геннадий Иванович
RU2020249C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 251 008 C2

Реферат патента 2005 года БЕСШАТУННЫЙ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ СО ВСТРЕЧНО-ДВИЖУЩИМИСЯ ПОРШНЯМИ В РАБОЧИХ КАМЕРАХ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, С ДВУМЯ РАБОЧИМИ КАМЕРАМИ В БЛОКЕ

Изобретение относится к машиностроению, касается усовершенствования поршневых двигателей внутреннего сгорания и может найти применение при разработке конструкций двигателей со встречно-движущимися поршнями. Технический результат заключается в возможности значительного повышения КПД двигателя при его минимальной себестоимости в серийном производстве. Согласно изобретению бесшатунный двухтактный двигатель внутреннего сгорания имеет встречно-движущиеся поршни, помещенные в, по меньшей мере, две рабочие камеры прямоугольной формы, которые установлены между двумя картерами. В каждом картере помещены три коленчатых вала, совмещенные с шестернями синхронного вращения. Причем средние коленчатые валы в каждом картере совмещены шестернями, составляющими редуктор для передачи вращения рабочему валу. Шейки кривошипов коленчатых валов попарно помещены в криволинейные пазы коромысел, на которых установлены штоки с поршнями, помещенными в рабочие камеры. По торцам рабочих камер установлены клапанные коробки, всасывающие клапаны которых соединены с турбокомпрессором, и нагнетательные клапаны с ресивером подачи воздуха в рабочие камеры. В ресивере установлены трубы выхлопного коллектора, соединенные с выхлопными окнами рабочих камер, и на выходе из ресивера соединены с турбовентилятором. В центре рабочих камер установлены дроссельные клапаны, соединенные коллектором с ресивером, которые снабжены электромагнитными регуляторами величины открытия проходного сечения клапана. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула изобретения RU 2 251 008 C2

1. Бесшатунный двухтактный двигатель внутреннего сгорания со встречно-движущимися поршнями в рабочих камерах прямоугольной формы, по меньшей мере, с двумя рабочими камерами, установленными между двух картеров, в которых помещены 3 коленчатых вала, совмещенных с шестернями синхронного вращения, причем средние коленчатые валы в каждом картере совмещены шестернями, составляющими редуктор для передачи вращения рабочему валу, шейки кривошипов коленчатых валов попарно помещены в криволинейные пазы коромысел, на которых установлены штоки с поршнями, помещенными в рабочие камеры, отличающийся тем, что по торцам рабочих камер установлены клапанные коробки, всасывающие клапаны которых соединены с турбокомпрессором, и нагнетательные клапаны с ресивером подачи воздуха в рабочие камеры.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в ресивере установлены трубы выхлопного коллектора, соединенные с выхлопными окнами рабочих камер, и на выходе из ресивера соединены с турбовентилятором.3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что дроссельные клапаны, установленные в центре рабочих камер и соединенные коллектором с ресивером, снабжены электромагнитными регуляторами величины открытия проходного сечения клапана.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2251008C2

ПОРШНЕВАЯ МАШИНА С БЕСШАТУННЫМ МЕХАНИЗМОМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ И ОБРАТНО 1992
  • Головизин Борис Николаевич[Ua]
RU2105883C1
Двигатель внутреннего сгорания 1982
  • Дерявченко Юрий Макарович
  • Мищенко Николай Иванович
  • Десятун Сергей Васильевич
  • Маслюков Гурген Рубенович
  • Барсуков Сергей Иванович
  • Мелимука Ольдиард Арсентьевич
  • Непомнящий Юрий Константинович
  • Дерюгин Владимир Афанасьевич
SU1116198A1
Двигатель внутреннего сгорания 1983
  • Дерявченко Юрий Макарович
  • Мищенко Николай Иванович
  • Десятун Сергей Васильевич
  • Ширинкин Анатолий Михайлович
SU1151703A1
Стабилизатор постоянного напряжения 1976
  • Мещеряков Олег Александрович
  • Зеленский Александр Алексеевич
  • Хавин Евсей Айдинович
  • Колпаков Федор Федорович
SU630622A1
Язычковая игла 1957
  • Петров Е.И.
  • Петров Ю.И.
SU112767A1
Регулируемый направляющий аппарат турбомашины 1975
  • Давлюд Иван Михайлович
  • Кузнецов Александр Васильевич
  • Демочко Станислав Иванович
SU584082A1
ДВУХТАКТНЬ!Й ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ 1972
SU424317A1

RU 2 251 008 C2

Авторы

Головизин Борис Николаевич

Даты

2005-04-27Публикация

2003-07-22Подача