Прямодействующий симметричный двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к области двигателестроения. Технический результат заключается в возможности повышения коэффициента полезного действия. Согласно изобретению двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, по крайней мере, пару соосно расположенных рабочих цилиндров, между которыми образован компрессорный цилиндр, систему подачи топливовоздушной смеси, сообщенную с компрессорным цилиндром, и систему зажигания. Компрессорный цилиндр выполнен с кольцевым пазом в средней части и связан при помощи каналов с системой продувки рабочих цилиндров. Поршни рабочих цилиндров жестко связаны между собой штоком, в средней части которого жестко закреплен компрессионный поршень, жестко связанный с рычагами, расположенными параллельно оси цилиндров в направляющих отверстиях корпуса двигателя. При этом соосно паре рабочих цилиндров размещена пара тормозных цилиндров, в днищах которых вмонтированы регулировочные винты. Поршни, установленные в тормозных цилиндрах, жестко связаны между собой штоком, который жестко закреплен в средней части балки, жестко закрепленной на рычагах. Рычаги, имеющие жесткую связь с компрессионным поршнем, посредством маятникового рычага шарнирно соединены с шейкой коленчатого вала, ось которого перпендикулярна оси цилиндров. 17 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области двигателестроения, а точнее к прямодействующим симметричным двигателям внутреннего сгорания.
Известные конструкции двигателей внутреннего сгорания, содержащие систему подачи топлива в цилиндры, систему зажигания смеси и систему продувки цилиндров от продуктов сгорания топлива (см., например, патент Российской федерации №2002034 "Прямо действующий симметричный двигатель внутреннего сгорания" / Казакова В.В.
Приоритет изобретения 22 июля 1991 г.
Дата поступления заявки в Роспатент 22 июля 1991 г.
Заявка №5002406, зарегистрирована 30 октября 1993 г.),
обладают общим существенным недостатком: не имеют тормозной системы двигателя и в связи с этим лишены возможности применить коленчатый вал, и в итоге большая масса поршней пагубно повлияет на шейку коленчатого вала. Прерывистое включение механизма преобразования прямолинейного движения поршней во вращательное движение вала многими экспертами считается сомнительным.
Предлагаемый двигатель лишен этих недостатков и имеет более высокий коэффициент полезного действия. Имеет регулируемую тормозную систему и в этой связи коленчатый вал.
Сущность предложения заключается в том, что с целью повышения коэффициента полезного действия за счет совмещения момента торможения поршня с сжатием смеси, наличие тормозной системы, применение коленчатого вала, оба поршня жестко соединены штоком, на середине которого жестко закреплен цилиндрический диск, являющийся поршнем в цилиндрической камере, и выполнен заодно с симмметрично расположенными рычагами, установленными в направляющих отверстиях рамы и шарнирно связанными с шатунами устройства шатунными шейками коленчатого вала передачи вращения вала отвора мощности, а цилидрическая камера, в которой расположен указанный цилидрический диск, имеет цилиндрическую выточку и с помощью каналов соединена как с системой подачи рабочей смеси в цилиндры двигателя, так и продувки их от продуктов сгорания топлива, а симметрично расположенными рычагами жестко соединены с балкой, на середине которой жестко закреплен шток с жестко соединенными поршнями, а в раме имеются цилиндры, в торцах которых на резьбе размещены винты,
На фиг.1-17 показан возможный вариант выполнения двигателя в соответствии с данным предложением.
На фиг.1 дан общий вид двигателя (из 8 комплектов).
На фиг.2 - разрез по К-К с показом рабочей и тормозной групп и их взаимодействие через маятниковый рычаг с коленчатым валом.
На фиг.3 - разрез по А-А, подводящие каналы топлива.
На фиг.4 - разрез по Б-Б, балка со штоками, рычагами и атмосферными каналами.
На фиг.5 - разрез по В-В, регулировочный винт, шкала и штоки.
На фиг.6 - разрез рабочей группы поршней по линии с подводящими каналами, штоками, цилиндрами и выхлопными каналами и свечи.
На фиг.7 - разрез рабочей группы поршней по линии штоков с показом дизельного варианта.
На фиг.8 - рабочий ход двигателя с показом газообмена.
На фиг.9 - разрез тормозной группы с балкой, штоками, тормозными поршнями и регулировочными тормозными цилиндрами с вмонтированнными в них на резьбе винтами.
На фиг.10 - возможный вариант клапанной системы газообмена.
На фиг.11 - возможный вариант автоматического изменения объема тормозного цилиндра для изменения давления в последнем и удержания поршневой группы в заданной точке по мере изменения скорости поршневой группы и скорости вращения вала отбора мощности.
На фиг.12 - вид по стрелкам Д-Д.
На фиг.13 - схема торможения поршневой группы в заданной точке и условно допустимые пределы этого торможения, не влияющего на шейку коленчатого вала.
На фиг.14 - разрез по К-К с показом четырех поршневых групп 8-группового двигателя в момент рабочего хода четырех цилиндров в двух (попарно) противоположных направлениях (направление движения поршней показано стрелками). За один оборот коленчатого вала такой комплектации двигателя происходит 16 рабочих ходов.
На фиг.15 - разрез по линии коленчатого вала с подробным показом взаимодействия шатунов с коленчатым валом и валом отбора мощности.
На фиг.16 - возможный дизельный вариант.
На фиг.17 - монолитный многофункциональный двухсторонний поршень.
В корпусе двигателя 1 во втулках 2-4 вмонтирован шейками 5-6 коленчатый вал 7 с перпендикулярно и параллельно расположенными шейками коленчатого вала 8-9, на которых шарнирно закреплен маятниковый рычаг 10, который другим концом шарнирно закреплен на оси 11 балки 12, которая жестко прикреплена с шестью рычагами 13-18, рычаги предназначены для передачи движения поршневых групп рабочих и тормозных систем двигателя и одновременно перемещающихся в направляющихся отверстиях 19-24 корпуса двигателя.
В корпусе двигателя соосно вмонтированы рабочие цилиндры 25-26, в которые поочередно входят соответственно рабочие поршни 27-28, выполненные с общим штоком 29. На внешних торцах 30-31 цилиндров 25-26 установлены запальные свечи 32-33. На штоке 29 жестко закреплен цилиндрический диск 34, являясь поршнем в цилиндрической камере 25, и выполненный заодно с 6-ю рычагами 13-18, рычаги предназначены для передачи движения диска 34 и перемещаются в отверстиях 19-24 корпуса двигателя. Камера 35 каналами 37-33 соединена с выхлопными каналами 39-40 и с помощью прорезей в выхлопных каналах с цилиндрами 25-26, в камере 35 выполнена кольцевая выточка 41, которая соединена с впускным каналом 42. Рычаги 15-16 заканчиваются поперечной балкой 36, и рычаги 17-18 играют роль технического обновления системы. В корпусе двигателя 1 соосно вмонтированы тормозные цилиндры 43-44 с резьбой в торцевой части цилиндров, в которые ввернуты винты 45-46 с контрогайками 47-48. В цилиндры 43-44 поочередно входят соответственно поршни 49-50, выполненные с общим штоком 51. В тормозных цилиндрах 43-44 имеются выхлопные атмосферные прорези 52-53. В корпусе двигателя 1 выполнены каналы 54 прохождения дизельного топлива (дизельный вариант). Насос-форсунка 55 работает от кулачка с рычагами 56. На торцах 57-58 тормозной группы двигателя и на головках винтов 45-46 нанесены деления 59. Имея в двигателе тормозную систему, его возможно можно оборудовать клапанной системой четырехтактного двигателя 60 (четырехтактный вариант).
На торцах 57-58 тормозной группы цилиндров можно оборудовать автоматическую систему 61 регулировки момента остановки тормозного цилиндра через воздушную подушку в радиусе движения шейки коленчатого вала, при возвратно-поступательном движении тормозного поршня, в зависимости от количества оборотов вала отбора мощности, путем ввинчивания или вывинчивания винта 45. Механизм автоматической регулировки 61 имеет червячную пару 62-63, связанную как с мотором 64, так и с винтом 45, на шейке 66 которого червячная шестерня 62 через шпонку 65 связана с шейкой 66 и фиксируясь в обойме 67, балансировочная перемычка 68 закреплена на рычагах 17-18.
Работает двигатель следующим образом.
Происходит сжатие в цилиндре 26, и от свечи 32 смесь воспламеняется. Поршень 28 от энергично расширяющихся газов двигается вдоль оси цилиндра 26. Открывается прорез в выхлопном канале 39, и отработанные газы устремляются в окно этого канала. Одновременно происходит перемещение диска 34 вместе с рычагам 13-18 в направляющих отверстиях 19-24. В начальной стадии движения диска 34 вследствие его резкого изменения направления смесь в продувочном канале 37 продолжает свое движение, имея силу инерционного эффекта, и продолжает продувать цилиндр 25. При дальнейшем перемещении диска 34 в камере 35 к центру в момент прохода кольцевой выточки 41, которая необходима для лучшего заполнения камеры 35 смесью, поступающей со всех сторон диска 34, сокращая момент заполнения камеры 35 и создавая беспрерывное движение смеси в подводящем канале 42 благодаря перепаду атмосферного давления, возникающего в выточке 41.
В то же время в ближайшей к центру (относительно движения диска 34) полости камеры 35 происходит сжатие смеси и под давлением через продувочный канал 37 она поступает в цилиндр 25, вытесняя оставшиеся в ней продукты сгорания. Поршень 27, продолжая поступательное движение к центру, перекрывает продувочный канал 37, а затем выхлопной канал 40 и сжимает смесь в цилиндре 25, которая или самовоспламеняется, или зажигается от свечи 33, и поршень 27 под действием газов меняет направление и начинает двигаться от центра по цилиндру 25.
Цикл повторяется.
Движение поршней 27-28 через шток 29 и диска 34 передается на жестко закрепленные рычаги 13-14 и далее на рычаги 15-18, представляющие одно целое и двигающиеся в отверстиях 19-24 корпуса двигателя и передающие свое движение как на балку 12, ось 11, маятниковой рычаг 10, шейку 8 коленчатого вала 7, так и на тормозную группу поршней параллельно двигающихся в корпусе двигателя и через рычаги 15-16 балки 36 штока 51 на тормозные поршни 49-50. Поршень 49, перекрыв атмосферные окна 52-53, стал сжимать воздух в цилиндре 43, истратив свое усиление в радиусе вращения шейки 8 коленчатого вала 7 (смотри фиг.13), благодаря отрегулированному дну цилиндра 43 винтом 46, передвинувшему этим тормозную подушку воздуха, верхняя граница которой проходит на линии торца тормозного поршня 49, этим снимая нагрузку на шейке 8 коленчатого вала 7, приводя близко к нулю эту нагрузку. А при движении в противоположном направлении сжатый воздух подталкивает тормозной поршень, как сжатая пружина, отдавая обратно энергию сжатия. В этот же момент, когда тормозной поршень 49, затормозив комплект поршней, изменяет направление своего движения в параллельно и синхронно двигающемся рабочем поршне 27, в сжатой воздушно-бензиновой смеси цилиндра 25 происходит начальная стадия ее вспышки и движение всего комплекта поршней в противоположном направлении. А в перпендикулярно расположенном комплекте поршней происходит середина рабочего хода группы и через коленчатый вал (он является и синхронизатором двигателя) помогает двигающему перпендикулярно комплекту выйти из точки возвратно-поступательного момента, способствуя плавному ходу двигателя.
При регулировке торца цилиндра винтом 46 можно добиться эффекта при определенных количествах оборотов двигателя с допустимыми пределами этих оборотов и их влиянием на шейку 8 коленчатого вала. При автоматическом изменении положения воздушной подушки путем ее перемещения в точке остановки торца поршня в радиусе прохождения шейки коленчатого вала в зависимости от его оборотов можно не бояться ни массы поршневого комплекта, ни его скорости.
Работу двигателя обеспечивает одна деталь двигателя - это монолитный двухсторонний многофункциональный поршень, параллельно двигающийся в отверстиях 19-24, включает в себя балку 12, рычаги 13-18, рабочие поршни 27-28, шток 29, диск 34, тормозные поршни 49-50, штоком 51 и балкой 36 (смотри фиг.17) он обеспечивает подачу бензиновой смеси в цилиндры двигателя продувки их от продуктов сгорания, рабочего хода и передачи его через балку 12, ось 11 шатуна 10 на шейку 8 вала отбора мощности 7.
Балансировочная перемычка 66 равного веса применяется в поршневом комплекте как груз, увеличивающий массу комплекта, так и уменьшающий его вес, и регулирует балансировку всего хода движения комплектов как маховика.
Комплектация из восьми деталей этой конфигурации в двигателе, представленной в заявке, обеспечивает 16 рабочих ходов двигателя за один оборот коленчатого вала, уравновешенность такой комплектации на встречной работе четырех комплексов (смотри фиг.14). Это верхний левый, нижний правый, на движение от центра, нижний левый и верхний правый, движения к центру. Аналогичное движение и в перпендикулярно расположенных поршневых комплектах. Четыре рабочих хода идут по ходу вращения коленчатого вала на 90°, веером по кругу и за 360° оборотов коленчатого вала 16 рабочих ходов двигателя.
Прямодействующий симметричный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, по крайней мере, пару соосно расположенных рабочих цилиндров, между которыми образован компрессорный цилиндр, выполненный с кольцевым пазом в средней части и связанный при помощи каналов с системой продувки рабочих цилиндров, установленные в рабочих цилиндрах поршни, жестко связанные между собой штоком, в средней части которого жестко закреплен компрессионный поршень, жестко связанные с компрессионным поршнем рычаги, которые расположены параллельно оси цилиндров в направляющих отверстиях корпуса двигателя, систему подачи топливовоздушной смеси, сообщенную с компрессорным цилиндром, и систему зажигания, отличающийся тем, что соосно паре рабочих цилиндров размещена пара тормозных соосно расположенных цилиндров, в днищах которых вмонтированы регулировочные винты, при этом поршни, установленные в тормозных цилиндрах, жестко связаны между собой штоком, который жестко закреплен в средней части балки, жестко закрепленной на рычагах, а рычаги, имеющие жесткую связь с компрессионным поршнем, посредством маятникового рычага шарнирно соединены с шейкой коленчатого вала, ось которого перпендикулярна оси цилиндров.
