Поршневой двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым двигателям. Техническим результатом является повышение качества передачи усилия на поршне в полезное окружное усилие на коленчатом валу. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр с установленным в нем поршнем, коленчатый вал, кронштейн и рычаг. Верхний шатун шарнирно соединен с поршнем, а нижний шатун шарнирно соединен с коленчатым валом и верхним шатуном. Согласно изобретению рычаг является одноплечим и шарнирно соединен с кронштейном и с шатунами, а нижний шатун выполнен длиной от 0,5 и менее 0,625 или более 1,25 и до 1,5 хода поршня. 3 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Известен поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, поршень, шатун и коленвал. Эта схема кривошипно-шатунного механизма (КШМ) находит широкое применение в двигателестроении во всем мире. Недостатками этой схемы является невозможность осуществить качественное преобразование усилия на поршне в окружное усилие на коленчатом валу, так как длинноходовые двигатели обеспечивают невысокую боковую составляющую на стенку цилиндра, но зато не обеспечивает высокой приемистости под нагрузкой, а короткоходовые двигатели обладают высокой приемистостью, но при значительной мощности велики потери на трение поршня о стенку цилиндра.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом - патент РФ №2041369) является двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндра, поршня, верхнего и нижнего шатуна, коленвала и рычага, шарнирно связанного с верхним шатуном. Суть изобретения (прототипа) заключается в том, что двигатель снабжен кронштейном с осью и криволинейной направляющей, верхний шатун выполнен L-образной формы с дополнительной головкой, рычаг выполнен двуплечим с прорезью в его средней части и с пальцем, причем одно плечо рычага шарнирно соединено с дополнительной головкой верхнего шатуна, другое плечо через палец кинематически связано с криволинейной направляющей кронштейна, а ось последнего размещена в прорези рычага.
Однако приведенная конструкция обладает рядом серьезных недостатков. Подвижные соединения палец-криволинейный паз, палец-прямолинейный паз при значительных нагрузках не работоспособны вследствие высоких контактных напряжений и нарушения слоя смазки. К тому же упомянутые соединения не допускают высоких оборотов двигателя, что присуще всем кулисным механизмам. Снижение боковой нагрузки на стенку цилиндра приходится оплачивать значительным усложнением конструкции и, следовательно, снижением быстроходности двигателя.
Целью изобретения является расширение кинематических возможностей двигателя путем наиболее качественного преобразования усилия на поршне в полезное окружное усилие на коленчатом валу.
Поставленная цель достигается тем, что в поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с цилиндром, поршень, установленный в цилиндре, коленчатый вал, верхний шатун, шарнирно соединенный с поршнем, нижний шатун, шарнирно соединенный с коленчатым валом и верхним шатуном, кронштейн, рычаг, последний является одноплечим и шарнирно соединен с кронштейном и с шатунами, а нижний шатун выполнен длиной от 0,5 до 0,625 или 1,25 до 1,5 хода поршня S.
Изобретение поясняется фиг.1, 2 и 3.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из корпуса с цилиндром (1), поршня (2), верхнего шатуна (3), нижнего шатуна (4), рычага (5), кронштейна (6), коленвала (7).
Двигатель работает следующим образом.
Сила давления газов приводит в движение поршень (2) через верхний шатун (3) и нижний шатун (4)(L=0,5-0,625 или 1,25-1,5), усилие передается на коленчатый вал (7), который начинает вращаться (фиг.1). Основная цель изобретения - путем уменьшения длины нижнего шатуна (4) получить наибольшее окружное усилие на коленчатом валу (7).
Согласно фиг.3 кривая 1 представляет собой развертку полезного окружного усилия по углу поворота коленчатого вала при общепринятом кривошипно-шатунном механизме (фиг.2) и длине шатуна L=1,8 S, a кривая 2 отображает развертку полезного окружного усилия по углу поворота коленчатого вала по предлагаемой кинематической схеме (фиг.1) при длине нижнего шатуна L=0,8 S. В результате замены преобразовательного механизма при одинаковом усилии на поршне полезное окружное усилие возрастает на 33%. Одновременно снижается боковое усилие поршня на цилиндр. Кривые 1 и 2 построены относительно индикаторной диаграммы давления продуктов сгорания в цилиндре двигателя (дизеля) в кг/см2 (кривая 3).
При больших длинах шатуна имеют место: неблагоприятная раскладка усилий при передаче с поршня на коленвал и значительные тепловые потери в связи с медленным ходом поршня, особенно в начальной стадии рабочего хода.
При использовании коротких шатунов улучшается раскладка сил при передаче с поршня на коленвал, уменьшаются тепловые потери, но зато возникает большое боковое усилие поршня на стенку цилиндра.
1. Поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндром, поршень, установленный в цилиндре, коленчатый вал, верхний шатун, шарнирно соединенный с поршнем, нижний шатун, шарнирно соединенный с коленчатым валом и верхним шатуном, кронштейн, рычаг, отличающийся тем, что, с целью повышения качества передачи усилия на поршне в полезное окружное усилие на коленчатом валу, рычаг является одноплечим и шарнирно соединен с кронштейном и с шатунами, а нижний шатун выполнен длиной от 0,5 и менее 0,625 или более 1,25 и до 1,5 хода поршня.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что длина нижнего шатуна равна 0,8 хода поршня.
