Свободнопоршневой двигатель

 

Сущность изобретения: поршни 4 и 5 свободнопоршневого двигателя связаны при помощи механизма, включающего рейку 7. шестерню 8, шатун 9 и кривошип 10 с изменяемой величиной радиуса. Такая конструкция позволяет не только синхронизировать движение поршней с переменным ходом, но и преобразователь их возвратнопоступательное движение во вращательное движение кривошипа. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (зю F 02 В 71/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ. КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ KHT СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4705993/06 (22) 05.04.89 (46) 23,07.92. Бюл. Q 27

P t) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) В.ММысляев и Д,Г,Максаков (56) Авторское свидетельство СССР

М 229663, кл. F 02 В 71/06, 1971. (54) СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

„„5LJ „„1749508 А1

2 (57) Сущность изобретения: поршни 4 и 5 свободнопоршневого двигателя связаны при помощи механизма, включающего рейку 7, шестерню 8, шатун 9 и кривошип 10 с изменяемой величинои радиуса. Такая конструкция позволяет не только синхронизировать движение поршней с переменным ходом, но и преобразователь.их возвратнопоступательное движение во вращательное движение кривошипа. 2 ил.

4 ф О (Я

О

1749508

15

50

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к свободнопоршневым двигателям (СПД), компрессорам (СПДК) или генераторам газа (СПГГ), Известен свободнопоршневой двигатель. содержащий корпус, расположенные в нем на одной оси цилиндр двигателя и цилиндры компрессорных ступеней, две поршневые группы, каждая иэ которых состоит из поршня двигателя, поршня компрессора и тронка, соединяющего их, а также механизм синхронизации перемещения поршней в СПД, включающий две траверзы, закрепленные в тронке, к каждой из которых шарнирно присоединено по две рейки.

Каждая пара реек, образованная одной рейкой правого и одной — левого поршня, обкатывают зубчатое, колесо. При возвратно. поступательном движении поршней, а значит и реек, зубчатое колесо совершает качательное движение. От вала одного из колес йриводится топливный и водяной насосы и масляный луб рикатор.

Недостатком известного СПД является привод топливного насоса от колеса, совершающего качательное движение. Такое движение колеса, а значит и кулачкового вала топливного насоса, предопределяет начало .подачи топлива при подходе поршней к внутренней мертвой точке, т,е, при замедлении движения поршня, а отсечку подачи— почти при полной остановке поршней. По этбй причине впрыскивание топлива получается размытым, вялым, что отрицательно влияет на процесс смесеобразования и сгорания топлива, а значит ухудшает экономичность и способствует нагарообразованию и закоксованию выпускных окон, что является существенным недостатком двухтактных дизелей, особенно СПД.

Другим недостатком СПД с таким механизмом синхронизации является невозмож. ность привода от вала колеса вентилятора системы охлаждения, что не позволяет применять СПД в качестве силовой установки транспортных машин.

Кроме того, СПД, имеющий механизм синхронизации с траверсой, имеет и значительные осевые габариты (e том числе и за счет необходимости обеспечения хода траверсы) и вес. Значительный вес движущихся масс поршней, тронка и механизма синхронизации предопределяет низкую цикличность СПД такого типа (800 — 900 мин у СПД типа ДК-2), поскольку частота п, масса m u жесткость С связаны выражением л= k C/m.

Известен СПД у которого уменьшение осевых размеров, веса и повышение числа циклов достигаются креплением реек непосредственно к поршням компрессорных ступеней.

Наиболее близким к предлагаемому является СПД, у которого механизм синхронизации выполнен в виде рейки на тронке и шестерни, что позволяет уменьшить массу поршневой группы, а значит, и повысить цикличность СПД.

Недостатком этого СПД является сохранение качательного движения зубчатого колеса и привода топливного насоса, что не устраняет недостатки в топливоподаче и смесеобраэовании и не дает возможности обеспечить вращательное движение вала вентилятора.

Цель изобретения — улучшение топливной экономичности, мощностных показателей, снижение нагарообраэования в двигателе и обеспечение возможности использования его в качестве силовой установки автономных транспортных машин.

Цель достигается тем, что в свободнопоршневом дизеле, содержащем общий корпус, расположенные в нем на одной оси цилиндр дизеля и цилиндры компрессорных ступеней, две поршневые группы, каждая из которых состоит из порщня дизеля, поршня компрессора и тронка; соединяющего их, а также механизм синхронизации, рейками которого являются тронки, обкатывающие зубчатые колеса, привод вспомогательных агрегатов (топливного насоса и вентилятора, например) осуществляется через шипы, эксцентрично установленные на зубчатых колесах, шатуны и кривошип, в щеках которого расположены подпружиненные шейки кривошипа.

Параметры такого механизма синхронизации подбираются так, чтобы при возвратно-поступательном движении поршней и качательном движении колес, кривошип... совершал вращение, приводя в такой же вид движения кулачковый вал топливного насоса и вала вентилятора. При равномерном вращении вала насоса впрыскивание топлива и отсечка подачи его не зависят от характера движения поршней дизеля и становятся четкими. с резким нарастанием давления и хорошим качеством распыла, что, обеспечивает улучшение экономичности и снижение нагарообразования, При вращательном движении кривошипа появляется возможность привода от него вентилятора; что делает систему охлаждения автономной, а значит применимой для трансйортных машин., Наличие в щеках кривошипа радиальных прямоугольных пазов с расположением в них подпружиненных ползунов обеспечи1749508

10

20

40

50 ных. шеек кривошипа. вает изменение радиуса кривошипа, чем достигается равномерное вращение его при переменном ходе поршневых групп, характерном для свободнопоршневого двигателя.

Анализ предлагаемого технического решения и прототипа показал, что синтез известного реечно-зубчатого механизма синхронизации СПД с кривошипно-шатунным механизмом позволяет в этом типе двигателей получать новое - качество равномерное вращение кривошипа, приводящего вал топливного насоса и вентилятора, что позволяет значительно улучшить работу двигателя и делает возможным применение его B качестве силовой установки (например, СПДГН) для транспортных машин.

На фиг.1 представлена схема свободнопоршневого двигателя; на фиг.2 — схема механизма изменения радиуса кривошипа.

Свободнопоршневой двигатель, например СПДК (фиг.1), содержит общий корпус

1, расположенные в нем на одной оси ци- линдр двигателя 2 и цилиндры компрессорных ступеней 3, две поршневые группы, каждая из которых состоит из поршня двигателя 4, поршня компрессора 5, тронка 6 и механизма синхронизации, включающего рейку 7, выполненную на тронке, зубчатое колесо 8, шатун 9 и кривошип 10, приводящий вал топливного насоса и вентилятора.

В щеках кривошипа 11 (фиг.2) выполнены радиальные. прямоугольные пазы 12 и 13, в которые на ползунках 14, удерживаемых пружинами 15, вставлена подвижная шейка

16. Кривошип устанавливается в корпусе 17

СПД на подшипниках, Условиями обеспечения равномерного вращения кривошипа при законе движения поршней СПД, близком к синусоидальному, являются

I+ a>r+ R u R a>r+ I, остальные размеры определяют по теореме косинусов для треугольников, образующих механизм, а кинематическая связь между скоростью вращения кривошипа и и перемещением поршня Х в первом приближении описывается уравнением

X=S(1 — cos ак)/2, где 1 и а — длина шатуна 9 и расстояние между осями шестерен 10 и 8 соответственно; г и R — радиусы прицепа шатуна на шестернях 10 и 8:

S — ход поршней;

Свободнопоршневой двигатель работает следующим образом.

При перемещении поршней 4 двигателя от BMT к HMT зубчатые колеса 8 рейками 7 поворачиваются в разные стороны (по стрелкам), приводя в движение шатуны 9, одетые на подвижных шейках 16, через щеки приводящих кривоший. При правильном подборе размеров механизма синхронизации при минимальном ходе поршней S»H кривошип поворачивается на 180 . Мертвую точку (остановка поршней) кривошип проходит за счет инерционной массы кривошипа и приведенных к нему масс. При обратном ходе поршней от HMT к BMT колеса поворачиваются в обратную сторону, а кривошип поворачивается еще на 180 в том же направлении.

При увеличении подачи топлива в цилиндр увеличивается частота циклов и скорость вращения кривошипа 10, что приводит к увеличению радиуса хривошипа (благодаря действию центробежных сил) и увеличению хода поршней. . Такая конструкция механизма позволяет не только синхронизировать движение поршней с переменным ходом, но и преобразовать их возвратно-поступательное движение во вращательйое движение кривошипа и валов топливного насоса и вентилятора.

Формула изобретения

Свободнопоршневой двигатель, содержащий корпус с цилийдром и размещенными в них противоположно движущимися блоками двигательных и компрессорных поршней, жестко соединенных при помощи тронка. механизм синхронизации движения блоков поршней с рейками, размещенными на тронке, и шестернями и привод вспомогателbHbfx агрегатов от шестерен механизма синхронизации. отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных показателей, привод вспомогательных агрегатов от шестерен механизма синхронизации осуществляется при помощи шатунов и кривошипа. в щеках которого выполнены радиальные прямоугольные пазы и размещены подпружиненные ползуны подвиж1749508

Составйтель В.Мысляев

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор А.Осаулемко

Редактор Н,Лазаренко

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2577 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4, 5