Двигатель

 

Использование: двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндр с поршнем, штоком с рамой. На рамке выполнены две рейки, входящие в зацепление с механизмами односторонней передачи вращения, расположенными на выходном валу. Система удаления продуктов сгорания выполнена в виде двух пластин, соединенных между собой через отверстия в поршне стойками. Выходные отверстия в поршне перекрываются пластинами. Пластина со стороны штока снабжена пальцевым выступом, взаимодействующим с механизмом перемещения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к двигателям для использования в стационарных условиях и на подвижных транспортных средствах.

Известен двигатель, содержащий цилиндр с поршнем, системы подачи топливной смеси, воспламенения и удаления продуктов сгорания и выходной вал, кинематически связанный с поршнем посредством штока с рамкой, на боковых сторонах последней размещены две рейки, находящиеся в зацеплении с механизмами односторонней передачи вращения, расположенными на выходном валу и размещенными внутри рамки, причем одна рейка зацеплена с одним механизмом односторонней передачи вращения, а рамка соединена с соосным штоком поршня дополнительного цилиндра Известный двигатель не обеспечивает достаточную мощность и не позволяет достичь высокого значения коэффициента полезного действия (КПД).

Задачей изобретения является повышение КПД и мощности двигателя.

Задача достигается тем, что двигатель содержит цилиндр с поршнем, системы подачи топливной смеси, воспламенения и удаления продуктов сгорания и выходной вал, кинематически связанный с поршнем посредством штока с рамкой, на боковых сторонах последней размещены две рейки, находящиеся в зацеплении с механизмами односторонней передачи вращения, расположенными на выходном валу и размещенными внутри рамки, одна рейки зацеплена с одним механизмом односторонней передачи вращения, рамка соединена на с соосным штоком поршня дополнительного цилиндра, причем система удаления продуктов сгорания выполнена в виде двух пластин, соединенных между собой через отверстия в поршне стойками, и выходных отверстий в поршне, перекрываемых пластиной со стороны, противоположной штоку, при этом пластина со стороны штока снабжена пальцевым выступом, взаимодействующим с механизмом перемещения пластин, а цилиндр со стороны штока снабжен отверстиями для вывода продуктов сгорания.

Кроме того, механизм перемещения пластин может быть выполнен в виде пружины, закрепленной на штоке и упирающейся в нижнюю пластину, и кольцевого выступа последней, выполненного с возможностью взаимодействия с регулируемым и подпружиненным упором в нижней части цилиндра.

Механизм перемещения пластин может быть выполнен в виде пружины, закрепленной на штоке и упирающейся в нижнюю пластину кольцевого кулачка, закрепленного на штоке, и кольцевого выступа нижней пластины, причем толкатель кольцевого кулачка подвижно закреплен на кольцевом выступе, а на цилиндре установлена скалка с упорами, взаимодействующая с кольцевым выступом в крайних положениях поршня.

На фиг. 1 представлена общая компановка двигателя; на фиг.2 - изометрическая проекция механизмов одностороннего вращения в виде храпового зацепления в совокупности с валом и рамкой с рейками на фиг.3 разрез А-А (повернуто на 90^o) на фиг.1 на фиг.4 устройство самого цилиндра с двумя вариантами выполнения механизма перемещения пластин, слева первый вариант от оси штока, справа второй вариант выполнения на фиг.5 P-V диаграмма.

Двигатель содержит цилиндр 1 с поршнем 2 (уплотнение условно не показано) и штоком 3, на котором закреплена рамка 4. Внутри рамки 4 размещены механизмы 5 одностороннего вращения в виде храпового механизма с зубьями на внешнем элементе 6, связанного с валом 7. Рамка 4 имеет на своей внутренней стороне рейки 8, каждая из реек находится в зацеплении с внешним элементом 6 с противоположных сторон, а сам внешний элемент 6 опирается на подшипники 9 для создания конструктивной базы относительно вала 7. Рамка 4 опирается через подшипники 10 своими стойками 11 на вал 7 (также для образования конструктивных баз), образуя подвижное соединение по внешней стороне подшипника 10 для получения центрального по оси штока 3 нагружения. Собачки на внешнем элементе 6 установлены с возможностью одинакового направления зацепления. Поршень 2 имеет пластины 12, 13, которые соединены между собой стойками 14 в отверстиях 15 поршня 2. Кроме указанных отверстий 15 поршень имеет выходные отверстия 16, которые размещены под пластиной 12 и практически делают поршень 2 "прозрачным". В нижней части цилиндра 1, куда поршень 2 не доходит, выполнены отверстия 17 по всему поясу цилиндра. Указанные отверстия 17 соединены с выхлопной магистралью. На штоке 3 установлена пружина 18, которая упирается в пластину 13 и упор 19. Эта пружина стремится поднять пластины 12, 13.

В нижней части цилиндра 1, где определено крайнее положение поршня 2 регулируемыми упорами 20 и выступом 21 рейки 4, установлены упоры 22 (для второго варианта выполнения этот упор подпружинен, чтобы не требовалась высокая точность его установки). Для второго варианта упор 22 установлен на скалке 23, которая снабжена верхним упором 24 аналогичного выполнения. Сама скалка 23 может быть регулируемой по высоте.

В обоих вариантах выполнения нижняя пластина 13 имеет кольцевой выступ 25. Для второго варианта на штоке 3 установлен кольцевой кулачок 26, а на кольцевом выступе 25 толкатель 27 с подпружиненным роликом на конце. Рамка 4 имеет выступ 28, который управляет распределительным устройством 29, подающим последовательно воздух в полость цилиндра 1, а затем осуществляющим впрыск топлива. Двигатель позволяет осуществить любой цикл. В частности, может осуществляться цикл ДВС с подачей приготовленной смеси и поджига ее в крайнем верхнем положении поршня 2.

Действует двигатель следующим образом.

Запуск может быть осуществлен подачей сжатого воздуха в один из цилиндров 1. Может быть предусмотрена дополнительная пара цилиндров меньшего диаметра для запуска. В рабочем состоянии поршни занимают положения, которые соответствуют фиг. 1. Различным способом создается давление в надпоршневом пространстве, и поршень 2 начинает двигаться вниз. Левая рейка (фиг.2) будет путем вращения внешнего элемента 6 приводить к проскальзыванию зуба собачки, а первая передаст вращение на вал 7 за счет захвата собачкой зубьев. При обратном ходе штока 3 с рамкой 4 будет передаваться вращение левым механизмом 5 в ту же сторону. За счет стоек 11 поршень 2 не будет испытывать радиальных нагрузок.

Для первого варианта (фиг.4) пластина 12 будет прижиматься к поверхности поршня 2 за счет давления сверху, преодолевая сопротивление пружины 18, а для второго варианта пластина будет удерживаться в прилегающем положении за счет положения толкателя 27 относительно кулачка 26. В крайнем нижнем положении поршень 2 входит в контакт с упором 22.

В первом варианте вследствие усилия приподнимается пластина 12, давление резко падает и при движении поршня вверх будет отсутствовать противодавление, т. е. не будет сопротивления движению, причем продукты сгорания будут удаляться через значительное сечение выходных отверстий 16 и отверстий 17, что невозможно выполнить и обеспечить в любых существующих типах двигателей.

Во втором варианте выполнения упор 22 перемесит толкатель 27 на другую сторону кольцевого кулачка 26. В верхнем положении для первого варианта перемещение пластины 12 вниз для перекрытия выходных отверстий 16 будет осуществляться за счет давления в надпоршневой полости, а во втором варианте - за счет силового контакта упора 24 с кольцевым выступом 25, что приведет к перебрасыванию толкателя 27 на другую сторону кулачка 26.

Второй вариант выполнения позволяет осуществить цикл с любым временем опережением любой позиции поршня, но первый вариант проще по исполнению.

Повышение КПД достигается за счет удаления продуктов сгорания через сечения, которые значительно увеличены, что приводит к снижению гидравлического сопротивления тракта отвода продуктов сгорания. На диаграмме это выразится в увеличении площади, которая определяет полезную работу в цикле (увеличение площади показано штриховкой на фиг.2). Следует отметить, что такой эффект будет наблюдаться в любом виде цикла.

Весь двигатель лучше всего располагать с горизонтальным размещением цилиндров, тогда весь механизм будет на виду и легко доступен для ремонта.

Таких пар цилиндров в двигателе может быть несколько, что не требует согласования их работы. Это позволяет обеспечить блочное наращивание суммарной мощности двигателя.

Следует иметь в виду, что за один ход может быть осуществлено более двух оборотов вала, что помогает получить хорошую равномерность вращения вала без использования маховиков большой массы. При этом размер двигателя будет расти незначительно, так как собачки могут быть расположены на малом радиусе. Механизм 5 может быть выполнен в виде обгонной муфты, что понизит шум, но снизит мощность.

Формула изобретения

1. Двигатель, содержащий цилиндр с поршнем, системы подачи топливной смеси, воспламенения и удаления продуктов сгорания и выходной вал, кинематически связанный с поршнем посредством штока с рамкой, на боковых сторонах последней размещены две рейки, находящиеся в зацеплении с механизмами односторонней передачи вращения, расположенными на выходном валу и размещенными внутри рамки, причем одна рейка зацеплена с одним механизмом односторонней передачи вращения, а рамка соединена с соосным штоком поршня дополнительного цилиндра, отличающийся тем, что система удаления продуктов сгорания выполнена в виде двух пластин, соединенных между собой через отверстия в поршне стойками, и выходных отверстий в поршне, перекрываемых пластиной со стороны, противоположной штоку, причем пластина со стороны штока снабжена пальцевым выступом, взаимодействующим с механизмом перемещения пластин, а цилиндр со стороны штока снабжен отверстиями для вывода продуктов сгорания.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм перемещения пластин выполнен в виде пружины, закрепленной на штоке и упирающейся в нижнюю пластину, и кольцевого выступа последней, выполненного с возможностью взаимодействия с регулируемым и подпружиненным упором в нижней части цилиндра.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм перемещения пластин выполнен в виде пружины, закрепленной на штоке и упирающейся в нижнюю пластину кольцевого кулачка, закрепленного на штоке, и кольцевого выступа нижней пластины, причем толкатель кольцевого кулачка подвижно закреплен на кольцевом выступе, а на цилиндре установлена скалка с упорами, взаимодействующая с кольцевым выступом в крайних положениях поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5