ДВИГАТЕЛЬ С МЕХАНИЗМОМ КАЧАЮЩЕГОСЯ И ШАТУННОГО ЗВЕНЬЕВ Российский патент 2013 года по МПК F02B25/02 F02B41/02 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности, к поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Разнообразие областей применения поршневых двигателей внутреннего сгорания обуславливает и разнообразие конструкций, размеров и массы их [2, стр.9-13].

Наиболее близким по технической сути или прототипом является тепловозный дизель 10Д 100, рядный, двухтактный, бесклапанный, вертикальный, с противоположно движущимися поршнями, двумя коленчатыми валами, связанными через вертикальную передачу [1, стр.276-282]. Выпускные окна открываются нижними поршнями, а впускные окна верхними поршнями [1, стр.281, рис.165]. Нижний коленчатый вал опережает верхний на 12 градусов, что определяет режим выпуска, прямоточной продувки, дозарядки цилиндра воздухом давлением выше атмосферного, как следствие, нижний коленчатый вал развивает 70% мощности двигателя [1, стр.281, рис.165]. У гол запаздывания (опережения) определяет соотношение мощности верхнего и нижнего вала, при этом мощность запаздывающего всегда меньше опережающего. Верхний коленчатый вал развивает 30% мощности, но испытывает усилия равные-нижнему валу, следовательно, имеет соответствующую массу и размеры. Недостатком такого технического решения является снижение мощности на единицу массы двигателя за счет верхней, запаздывающей поршневой группы.

Задачей изобретения является при сохранении таких достоинств прототипа, как отсутствие клапанов, прямоточная продувка и дозарядка цилиндра воздухом давлением выше атмосферного, увеличить мощность на единицу массы. Указанный технический результат достигается тем, что заявляемый двигатель двухтактный, каждые два цилиндра его имеют общую камеру сгорания из них один цилиндр с поршнем, опережающим по фазе движения, а второй с поршнем, запаздывающим по фазе движения. Цилиндр с опережающим поршнем имеет выпускные окна, а с запаздывающим поршнем впускные окна. Для создания угла запаздывания между поршнями в цилиндрах с общей камерой сгорания один поршень шатуном связывается с коленчатым валом через МЕХАНИЗМ С КАЧАЮЩИМСЯ И ШАТУННЫМ ЗВЕНЬЯМИ. Положения верхних мертвых точек поршней в цилиндрах с общей камерой сгорания можно совместить полностью. Следовательно, мощности, развиваемые цилиндрами с общей камерой сгорания, примерно равны. Диаметр и рабочий объем цилиндра с запаздывающим поршнем равен рабочему объему цилиндра с опережающим поршнем. Это позволит повысить мощность на единицу массы двигателя в отношении прототипа.

Сопоставимый анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый ДВИГАТЕЛЬ С МЕХАНИЗМОМ КАЧАЮЩЕГОСЯ И ШАТУННОГО ЗВЕНЬЯМИ. будет иметь выше мощность на единицу массы двигателя в сравнении с прототипом. Автору не известна подобная конструкция двигателя с цилиндрами по два имеющими общую камеру сгорания, в которых для создания угла запаздывания между поршнями один поршень шатуном связывается с коленчатым валом через МЕХАНИЗМ С КАЧАЮЩИМСЯ И ШАТУННЫМ ЗВЕНЬЯМИ. Следовательно, заявляемое решение соответствует критерию « новизна ».

Сравнение заявляемого решения с прототипом позволило выявить в нем признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «Изобретательский уровень».

Сущность технического решения подтвеждается чертежами (фиг.1, фиг.2), на которых представлен вариант конструкции ДВИГАТЕЛЯ С МЕХАНИЗМОМ КАЧАЮЩЕГОСЯ И ШАТУННОГО ЗВЕНЬЕВ. На фиг.2 представлена конструкция заявляемого двигателя с одним коленчатым валом 1 для цилиндра 12 с опережающим поршнем 11, и для цилиндра 6 с запаздывающим поршнем 9. На фиг.1 представлена отдельно конструкция механизма с качающимся и шатунным звеньями для цилиндра 6 с впускными окнами, где запаздывающий поршень 9, шатун 8, шатунное звеном 2 механизма, коленчатый вал 1, качающееся звено 3 механизма. Положение 4 качающегося звена 3 механизма в нижней мертвой точке поршня 9, положение 7 качающегося звена 3 механизма в верхней мертвой точке поршня 9. При переходе поршня из верхней мертвой точки в нижнюю угол поворота коленчатого вала 1 больше 180 градусов на угол 5. На фиг.2 положения верхних мертвых точек поршней в цилиндрах 12,6 с общей камерой сгорания 10 совмещаются полностью. Цилиндр 12 с опережающим поршнем 11 имеет выпускные окна, а цилиндр 6 с запаздывающим поршнем 9 впускные окна. Для создания угла запаздывания между поршнями в цилиндрах с общей камерой сгорания 10 запаздывающий поршень 9 шатуном 8 связывается с коленчатым валом 1 через шатунное звено 2 механизма и качающееся звено 3 механизма. Опережающий поршень 11 в цилиндре 12 с выпускными окнами и шатуном 13 имеет классический кривошипно-шатунный механизм. Требуемый угол запаздывания [3, стр.78] обеспечивается механизмом с качающимся 3 и шатунным 2 звеньями поршня 9 цилиндра 6. Положения верхних мертвых точек поршней в цилиндрах 12,6 с общей камерой сгорания 10 совмещаются полностью. Следовательно, мощности, развиваемые этими цилиндрами, примерно равны. Цилиндры с общей камерой сгорания (фиг.2) могут работать отдельно или объединяться в классические схемы компановки двигателей [2.стр.9-13].

Следовательно, конструкция ДВИГАТЕЛЯ С МЕХАНИЗМОМ КАЧАЮЩЕГОСЯ И ШАТУННОГО ЗВЕНЬЕВ, обеспечивает режим выпуска, прямоточной продувки и дозарядки цилиндров воздухом (смесью) давлением выше атмосферного, позволяет уравнять мощности цилиндров с опережающими и запаздывающими по фазе движения поршнями. Следовательно, мощность на единицу массы ДВИГАТЕЛЯ С МЕХАНИЗМОМ КАЧАЮЩЕГОСЯ И ШАТУННОГО ЗВЕНЬЕВ, больше, чем у прототипа.

Для понимания сущности технического решения предлагаемого автором приведу подробное описание цилиндра с поршнем, который шатуном связан с коленчатым валом через механизм с качающимся и шатунным звеньями. На фиг.1 коленчатый вал 1, шатунное звено 2 механизма, качающееся звено 3 механизма, шатун 8 поршня 9, цилиндр 6. Первое крайнее положение 7 (верхнее) звена механизма, второе крайнее положение 4 (нижнее) качающегося звена механизма связано с положением поршня 9 в цилиндре 6. При переходе качающегося звена механизма из положения 7 в положение 4 угол поворота коленчатого вала 1 более 180 градусов на угол 5. Угол 5, запаздывания, определяется соотношением размеров звеньев механизма. На фиг.2 представлен вариант конструкции ДВИГАТЕЛЯ С МЕХАНИЗМОМ КАЧАЮЩЕГОСЯ И ШАТУННОГО ЗВЕНЬЕВ, где представлена конструкция заявляемого двигателя с одним коленчатым валом 1 для цилиндра 12 с опережающим поршнем 11, и для цилиндра 6 с запаздывающим поршнем 9. На фиг.2 положения верхних мертвых точек поршней в цилиндрах 12,6 с общей камерой сгорания 10 совмещаются полностью. Цилиндр 12 с опережающим поршнем 11 имеет выпускные окна, а цилиндр 6 с запаздывающим поршнем 9 впускные окна. Для создания угла запаздывания между поршнями в цилиндрах с общей камерой сгорания 10 запаздывающий поршень 9 шатуном 8 связывается с коленчатым валом 1 через шатунное звено 2 механизма и качающееся звено 3 механизма. Опережающий поршень в цилиндре 12 с выпускными окнами, шатуном 13 связан с коленчатым валом 1 через классический кривошипно-шатунный механизм.

Требуемый угол запаздывания [3, стр.78] обеспечивается механизмом с качающимся 3 и шатунным 2 звеньями поршня 9 цилиндра 6. Положения верхних мертвых точек поршней в цилиндрах 12,6 с общей камерой сгорания 10 совмещаются полностью. Следовательно, мощности, развиваемые этими цилиндрами, примерно равны. Следовательно, при повороте коленчатого вала 1 поршень 9 в цилиндре 6 будет увеличивать запаздывание в отношении поршня 11 в цилиндре 12 до положения нижней мертвой точки в цилиндре 6, а после уменьшать запаздывание до верхней мертвой точки. Что определит режим выпуска, прямоточной продувки и дозарядки цилиндров воздухом (смесью) давлением выше атмосферного. Цилиндры двигателя с механизмом качающегося и шатунного звеньев и общей камерой сгорания (фиг.2), могут работать отдельно или составить рядный двигатель, V-образный, W-образный, двигатель тронкового типа, с гильзовым газораспределением и другие классические схемы компановки двигателей

Следовательно, мощность на единицу массы ДВИГАТЕЛЯ С МЕХАНИЗМОМ КАЧАЮЩЕГОСЯ И ШАТУННОГО ЗВЕНЬЯМИ больше, чем у прототипа, расширяется диапазон мощностей бесклапанных двигателей имеющих такой режим выпуска, прямоточной продувки и дозарядки цилиндров воздухом (смесью) давлением выше атмосферного. Что сделает производство ДВИГАТЕЛЯ С МЕХАНИЗМОМ КАЧАЮЩЕГОСЯ И ШАТУННОГО ЗВЕНЬЯМИ экономически эффективным.

Источники информации, принятые во внимание при написании:

1. А.Э. Симсон А.З. Хомич и др. Двигатели внутреннего сгорания. Тепловозные дизели. Газотурбинные установки. - М.: Транспорт, 1980. 383 с.

2. А.С. Орлин М.Г. Круглов и др. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1984. 382 с.

3. А.С. Орлин М.Г. Круглов и др. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1983. 374 с.

4. И.И. Артоболевский. Теория механизмов. - М.: Наука, 1967. 719 с.

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Двухтактный двигатель с механизмом качающегося и шатунного звеньев (3) и (2) имеет на каждые два цилиндра общую камеру сгорания. В одном цилиндре поршень опережает по фазе движения, а во втором цилиндре (6) поршень (9) запаздывает по фазе движения. Для создания угла запаздывания (опережения) между поршнями в цилиндрах с общей камерой сгорания один поршень (9) шатуном (8) связан с коленчатым валом (1) через механизм с качающимся и шатунным звеньями (3) и (2). Технический результат заключается в повышении мощности на единицу массы. 2 ил.

Двигатель с механизмом качающегося и шатунного звеньев, двухтактный, каждые два цилиндра имеют общую камеру сгорания, один цилиндр с поршнем, опережающим по фазе движения, а второй - с поршнем, запаздывающим по фазе движения, отличающийся тем, что для создания угла запаздывания (опережения) между поршнями в цилиндрах с общей камерой сгорания один поршень шатуном связан с коленчатым валом через механизм с качающимся и шатунным звеньями.