ДВУХТАКТНЫЙ ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2014 года по МПК F02B75/32 

Изобретение относится к области дизелестроения и может найти применение на крупных морских и речных судах, передвижных электростанциях и тепловозах.

Известен четырехтактный дизельный двигатель 211Д1, содержащий блок цилиндров с крышкой и поршнями, блок картера с кривошипно-шатунным механизмом, соединенным посредством штоков с поршнями, передаточный механизм, привод вспомогательных агрегатов, механизм газораспределения, системы: питания, охлаждения, смазки, воздухонаддува, запуска, механизмы управления. Число цилиндров - 6, мощность - 750 л.с. / Маневровые тепловозы, гл. ред. Н.С.Назарова,- М.: Транспорт, 1977, c.53-73, рис.29,30 /.

Недостатками аналога являются низкий кпд, большой расход топлива, недостаточная мощность, большие тепловые потери, значительное загрязнение окружающей среды выхлопными газами.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя.

Известен также двухтактный дизельный двигатель 37Д, содержащий фундаментальную раму, остов двигателя с блоком цилиндров, имеющих продувочные окна, головку блока с выпускными клапанами, картер с кривошипно-шатунным механизмом, который связан с поршнями, установленными в цилиндрах, газораспределительный механизм, ротационную воздуходувку, системы питания, охлаждения, смазки, запуска, механизмы управления. / С.Н.Прасолов, М.Б.Амитин. Устройство подводных лодок. - М.: Ордена Трудового Красного Знамени военное издательство Министерства Обороны СССР, 1973, с.235-242, рис. 97,99 /.

Известный двухтактный дизельный двигатель 37Д, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатки известного дизельного двигателя, принятого за прототип, те же.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя.

Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик дизельного двигателя.

Технический результат обеспечивается тем, что в двухтактном дизельном двигателе, содержащем блок цилиндров, головку блока, коленчатый вал, поршни, вставленные в цилиндры, которые посредством штоков и шатунов соединены с коленчатым валом, на котором закреплен маховик, насос высокого давления, нагнетатель воздуха, системы питания, охлаждения, смазки, запуска, механизмы управления, согласно изобретению в двигателе, имеющем четное количество цилиндров, размещены вибромеханизмы, по одному на каждый цилиндр, одинаковые по конструкции, каждый из которых размещен во внутренней полости поршня и представляет собой две цилиндрические шестерни одного и того же диаметра, расположенные вертикально в одной плоскости и входящие друг с другом в зацепление, закрепленные на осях с возможностью вращения навстречу друг другу, каждая из которых имеет по одному дебалансу, которые при поршне, находящемся в нижней мертвой точке, расположены на концах линии, проходящей через оба центра вращения шестерен, кроме того, на оси одной из цилиндрических шестерен закреплена приводная шестерня, имеющая зубья на одной половине наружной окружности, которая расположена между двух вертикальных зубчатых неподвижных реек, привернутых болтами к цилиндру и входящих попеременно с ними в зацепление, причем векторы инерционных сил вибромеханизмов направлены вдоль продольных осей цилиндров и совпадают с направлением движения поршней.

Сущность изобретения поясняется чертежами,

где на фигуре 1 изображен общий вид двигателя;

на фигуре 2 - вид на двигатель сзади;

на фигуре 3 - вид на двигатель спереди;

на фигуре 4 - кинематическая схема двигателя;

на фигуре 5 - принципиальная схема двигателя;

на фигуре 6 - общий вид поршня двигателя;

на фигуре 7 - вид на поршень сбоку;

на фигуре 8 - вид на поршень сверху;

на фигуре 9 - вид на поршень снизу;

на фигуре 10 - устройство поршня в разрезе;

на фигуре 11 - общий вид зубчатых реек;

на фигуре 12 - вид на зубчатые рейки сверху;

на фигурах 13, 14 - схема работы двухтактного дизеля;

на фигурах 15, 16 - схема работы вибромеханизма.

Четырехцилиндровый двухтактный дизельный двигатель с усилителями мощности содержит блок цилиндров 1 с рубашкой охлаждения 2 и продувочными окнами 3, одно из которых соединено с выпускной трубой 4, головку блока 5 с форсунками 6, картер 7, в котором установлен коленчатый вал 8, который посредством штоков 9 и шатунов 10 соединен с поршнями 11, вставленными в цилиндры 12. Картер закрыт крышкой 13. Дизельный двигатель содержит также системы питания c топливным баком 14, охлаждения, смазки и запуска. На переднем конце коленчатого вала закреплен маховик 15, зубчатый венец которого через шестерню 16 соединен с генератором-стартером 17. Зубчатая шестерня 18, закрепленная на заднем конце коленчатого вала, через шестерни 19, 20, 21 приводит в движение насос высокого давления 22 с рычагом регулирования подачи топлива 23, топливный 24, масляный 25, водяной 26 насосы и нагнетатель воздуха 27. Вибромеханизмы, по одному на каждый цилиндр, выполнены во внутренних полосах поршней, одинаковы по конструкции, В каждой полости 28 поршней размещены две цилиндрические шестерни 29 одного и того же диаметра, расположенные вертикально в одной плоскости и входящие друг с другом во внешнее зацепление. Шестерни закреплены на осях 30, вставленных в подшипники поршня и зафиксированных заглушками 31. Шестерни установлены с возможностью вращения навстречу друг другу и каждая из них имеет по одному дебалансу 32, которые при поршне, находящемся в нижней мертвой точке (фиг.10), расположены на концах линии, проходящей через оба центра вращения цилиндрических шестерен. На оси одной из цилиндрических шестерен закреплена приводная шестерня 33, имеющая зубья на одной половине наружной окружности, установленная между двух вертикальных зубчатых неподвижных реек 34, повернутых друг к другу своими зубьями, выполненных заодно с поперечной планкой 35, которая привернута болтами к цилиндру. Приводная шестерня попеременно входит в зацепление то с одной, то с другой зубчатой рейкой.

Двухтактный дизельный двигатель с вибромеханизмами работает следующим образом.

В исходном положении (фиг.13) поршень 11 находится в нижней мертвой точке. Продувочные окна 3 открыты. Нагнетатель воздуха 27 засасывает из атмосферы воздух через воздушный фильтр и подает его в цилиндр. Поступающий воздух вытесняет в выпускную трубу 4 отработанные газы. При этом цилиндрические шестерни 29 находятся в положении, показанном на фигуре 15, а приводная шестерня 33 своими зубьями вошла в зацепление с левой неподвижной зубчатой рейкой 34. Далее поршень 11 начиняет подниматься вверх, перекрывает продувочные окна 3 и сжимает воздух в цилиндре. Вместе с поршнем 11 поднимается приводная шестерня 33. Она перекатывается по зубьям левой неподвижной зубчатой рейки 34, вращаясь в направлении, показанном на фигуре 15 стрелкой и приводя во вращение цилиндрические шестерни 29, а вместе с ними и дебалансы 32. За время движения поршня от нижней до верхней мертвой точки дебалансы 32 повернуться на 180⁰, совершая криволинейное движение. Составляющие сил инерции и дебалансов, действующие вдоль цилиндра, в его верхней части суммируются и направлены в сторону движения поршня 11, а черев шток 9 и шатун 10 приложены к коленчатому валу 8 и увеличивают крутящийся момент на нем. Достигнув верхней мертвой точки, дебалансы 32 займут положение, показанное на фигуре 16, а приводная шестерня 33 выйдет из зацепления с левой неподвижной зубчатой рейкой 34 и войдет в зацепление с правой неподвижной зубчатой рейкой 34. Составляющие сил инерции и действующие поперек цилиндра 12 взаимно уравновешиваются. Как только поршень 11 займет положение, показанное на фигуре 14, сжатый воздух нагреется до высокой температуры. Топливо из топливного бака 14 топливным насосом 24 подается в насос высокого давления 22, а он подает необходимое количество топлива через форсунку 6 в цилиндр 12. Топливо воспламеняется и образовавшиеся газы давят на поршень 11, который начинает двигаться в сторону нижней мертвой точки. Приводная шестерня 33 обкатывается по зубьям правой неподвижной зубчатой рейки 34 в направлении, показанном стрелкой на фигуре 16, заставляя вращаться цилиндрические шестерни 29 в том же направлении, что и раньше. Дебалансы 32 совершают криволинейное движение в нижней части. Составляющие сил инерции Fu снова суммируются, действуют в продольном направлении, совпадая с направлением движения поршня 11 под действием давления газов. Силы инерции дебалансов суммируются и через шток 9 и шатун 10 воздействуют на коленчатый вал 8. Когда поршень 11 достигнет нижней мертвой точки, все повторится сначала. При изменении частоты вращения коленчатого вала изменяется и величина составляющих сил инерции дебалансов, прикладываемых к нему. Таким образом при движении поршня 11 возникают дополнительные инерционные силы, направленные в сторону движения поршня, также действуют вибромеханизмы и в других цилиндрах. Чтобы во время работы двигателя не увеличивалась вибрация, количество цилиндров должно быть четным.

Изобретение позволяет получить дополнительное усилие на коленчатом валу и тем самым увеличить частоту его вращения без увеличения расхода топлива.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двухтактный дизельный двигатель содержит блок (1) цилиндров, головку блока, коленчатый вал, поршни, вставленные в цилиндры, и соединенные через штоки и шатуны с коленчатым валом, на котором закреплен маховик, насос высокого давления, нагнетатель воздуха, системы питания, охлаждения, смазки, запуска, механизмы управления. В двигателе, имеющем четное количество цилиндров, размещены вибромеханизмы, по одному на каждый цилиндр, одинаковые по конструкции, каждый из которых размещен во внутренней полости поршня и представляет собой две цилиндрические шестерни (29) одного и того же диаметра. Шестерни (29) закрепленные на осях (30) с возможностью вращения навстречу друг другу, расположены вертикально в одной плоскости и входят друг с другом в зацепление. Каждая шестерня (29) имеет по одному дебалансу (32), которые при поршне, находящемся в нижней мертвой точке, расположены на концах линии, проходящей через оба центра вращения шестерен (29). На оси одной из цилиндрических шестерен (29) закреплена приводная шестерня (33), имеющая зубья на одной половине наружной окружности. Приводная шестерня (33) расположена между двух вертикальных зубчатых неподвижных реек (34), привернутых болтами к цилиндру и входящих попеременно с ними в зацепление, причем векторы инерционных сил вибромеханизмов направлены вдоль продольных осей цилиндров и совпадают с направлением движения поршней. Технический результат заключается в возникновении вибрационных сил, направленных в сторону движения поршня. 16 ил.

Двухтактный дизельный двигатель, содержащий блок цилиндров, головку блока, коленчатый вал, поршни, вставленные в цилиндры, которые посредством штоков и шатунов соединены с коленчатым валом, на котором закреплен маховик, насос высокого давления, нагнетатель воздуха, системы питания, охлаждения, смазки, запуска, механизмы управления, отличающийся тем, что в двигателе, имеющем четное количество цилиндров, размещены вибромеханизмы, по одному на каждый цилиндр, одинаковые по конструкции, каждый из которых размещен во внутренней полости поршня и представляет собой две цилиндрические шестерни одного и того же диаметра, расположенные вертикально в одной плоскости и входящие друг с другом в зацепление, закрепленные на осях с возможностью вращения навстречу друг другу, каждая из которых имеет по одному дебалансу, которые при поршне, находящемся в нижней мертвой точке, расположены на концах линии, проходящей через оба центра вращения шестерен, кроме того, на оси одной из цилиндрических шестерен закреплена приводная шестерня, имеющая зубья на одной половине наружной окружности, которая расположена между двух вертикальных зубчатых неподвижных реек, привернутых болтами к цилиндру и входящих попеременно с ними в зацепление, причем векторы инерционных сил вибромеханизмов направлены вдоль продольных осей цилиндров и совпадают с направлением движения поршней.