Двигатель внутреннего сгорания
Владельцы патента RU 2388917:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU)
Изобретение относится к двухтактным одноцилиндровым двигателям. Техническим результатом является снижение вибрации двигателя и повышение его моторесурса. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр, поршень, шток и траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов. Верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных параллельно с возможностью вращения навстречу друг другу. Валы установлены по обе стороны камеры сгорания на кронштейнах головки цилиндра, изготовленных заодно с головкой цилиндра. На этих же кронштейнах установлены два вала с противовесами, уравновешивающими силы инерции II-го порядка с возможностью их вращения паразитными шестернями, синхронизирующими вращение коленчатых валов. Причем головка цилиндра выполняет функцию остова двигателя. 1 ил.
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к двухтактным одноцилиндровым двигателям, и может найти применение в транспортных, сельскохозяйственных машинах, а также в ручном инструменте.
Известен двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №2287101. Этот двигатель содержит цилиндр, поршень, шток, траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов, а верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных параллельно по обе стороны блока цилиндров с возможностью вращения навстречу друг другу. Станина двигателя выполнена из блока цилиндров с приливами-кронштейнами по числу коренных подшипников, а концы кронштейнов соединены двумя продольными балками. Прототип.
Недостатком этого двигателя является размещение коленчатых валов на приливах блока цилиндров, что не позволяет использовать такое размещение коленчатых валов для малоразмерных одноцилиндровых двигателей, имеющих диаметр цилиндра меньше 150 мм и ход поршня меньше 200 мм.
Поставлена задача: создать силовую схему малоразмерного одноцилиндрового двигателя с двумя коленчатыми валами с полностью уравновешенным кривошипно-шатунным механизмом и повышенным моторесурсом.
Указанная задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, поршень, шток, траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов, а верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных с возможностью вращения навстречу друг другу, параллельно по обе стороны блока цилиндров, станина двигателя выполнена из блока цилиндров с приливами-кронштейнами по числу коренных подшипников, а концы кронштейнов соединены двумя продольными балками, на станине установлены два вала с противовесами с возможной частотой вращения в два раза больше, чем обороты коленчатого вала. Согласно изобретению оба коленчатых вала вместе с коренными подшипниками установлены на головке цилиндра по обе стороны камеры сгорания на кронштейнах, на этих же кронштейнах установлены два вала с противовесами, уравновешивающими силы инерции II-го порядка с возможностью вращения паразитными шестернями, синхронизирующими вращение коленчатых валов, при этом головка цилиндра выполняет функцию остова двигателя.
Далее сущность изобретения поясняется чертежом, на котором в продольном разрезе изображена конструкция двигателя.
В цилиндре 1 размещен поршень 2, который закреплен на штоке 3, жестко связанным с траверсой 4, на концах которой имеются пальцы 5, с которыми подвижно соединены шатуны 6. Верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками 7 коленчатых валов 8, установленных на кронштейнах 9 головки цилиндра 10. В цилиндре 1 имеются продувочные окна 11, а в головке цилиндра 10 установлен клапан 12. На выходном конце коленчатых валов 8 установлены шестерни 13 и 14, которые связаны между собой паразитными шестернями 15 и 16, на которых жестко закреплены дополнительные валы с противовесами 17.
Двигатель работает следующим образом.
Когда поршень 2 находится в нижней мертвой точке, продувочные окна 11 открыты на цилиндр 1, в это время открыт клапан 12 и в цилиндре идет прямоточная продувка, через 15-20° поворота коленчатого вала клапан 12 закроется, а поршень 2 поднимется вверх и перекроет продувочные окна 11, после чего поршнем 2, поднимающимся вверх, воздух в цилиндре 1 сжимается. Растут давление и температура воздуха, обеспечивающие надежное воспламенение дизельного топлива, впрыскиваемого в цилиндр 1 форсункой за 5-10° до верхней мертвой точки. Сгорающее топливо поднимает температуру и давление газов в камере сгорания над поршнем 2. Поршень 2 двигается вниз с ускорением, при этом проворачиваются кривошипы 7 коленчатых валов 8. По приходу поршня 2 в нижнюю мертвую точку открывается клапан 12 в головке цилиндра 10 и продувочные окна 11. В этот момент происходит выброс отработанных газов и продувка цилиндра 1 свежим зарядом воздуха. Накопившие за время рабочего хода кинетическую энергию коленчатые валы 8 продолжают свое вращение и тянут вверх шатуны 6, те в свою очередь, поднимают вверх траверсу 4, шток 3 и поршень 2, который сжимает воздух в цилиндре 1, подготавливая следующий рабочий ход.
В предложенном двигателе шатуны никогда не работают на сжатие, они подвергаются только растяжению, что позволяет изготавливать их упрощенными, например как у двигателя АШ-82. Из силовой схемы видно, что самой нагруженной деталью стала головка цилиндра 9, она теперь работает как коромысло. Камера сгорания давит по центру вверх, а шатуны прижимают коленчатые валы вниз, при этом облегчилась работа рубашки цилиндра 1, через нее не проходит силовой поток, она только подвешена к головке цилиндра 10 и обеспечивает плотность в стыке с головкой цилиндра 10.
Нормальной силы, прижимающей поршень 2 к стенке цилиндра 1, в этом двигателе нет и это значительно повышает моторесурс двигателя. Нет и вибрации, которую создает нормальная сила на двигатель.
Силы инерции I-го порядка в этом двигателе компенсируются на 100% противовесами на щеках коленчатых валов.
Силы инерции II-го порядка уравновешиваются на 100% с помощью двух дополнительных валов 17 с противовесами, которые приводятся во вращение шестернями 15 и 16. Они выполняют роль паразитных шестерен, связывая коленчатые валы 8 через шестерни 13 и 14 для синхронного вращения.
Таким образом, двигатель по данному изобретению обладает хорошей уравновешенностью, высоким моторесурсом, простотой изготовления, уменьшенными потерями теплоты в охлаждающую среду, однако это возможно при условии, что двигатель будет двухтактным, с наддувом и в одноцилиндровом исполнении.
Технический результат изобретения - уравновешение инерционных сил в кривошипно-шатунном механизме, снижение вибраций двигателя и повышение его моторесурса.
Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, поршень, шток, траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов, а верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных с возможностью вращения навстречу друг другу, параллельно по обе стороны блока цилиндров, станина двигателя выполнена из блока цилиндров с приливами-кронштейнами по числу коренных подшипников, а концы кронштейнов соединены двумя продольными балками, на станине установлены два вала с противовесами с возможной частотой вращения в два раза большей, чем обороты коленчатого вала, отличающийся тем, что оба коленчатых вала вместе с коренными подшипниками установлены на головке цилиндра по обе стороны камеры сгорания на кронштейнах, на этих же кронштейнах установлены два вала с противовесами, уравновешивающими силы инерции II порядка с возможностью вращения паразитными шестернями, синхронизирующими вращение коленчатых валов, при этом головка цилиндра выполняет функцию остова двигателя.
