Двигатель с кулисным механизмом
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания является двухтактным и содержит коленчатый вал, поршни, расположенные в цилиндрах, кулисный механизм. В цилиндрах с общей камерой сгорания один поршень является опережающим но фазе движения, а второй поршень - запаздывающим по фазе движения. Один поршень шатуном связан с коленчатым валом через кулисный механизм. При этом поршни одновременно проходят верхние мертвые точки, а впускные и выпускные окна в цилиндрах - с запаздыванием или опережением. Техническим результатом является увеличение мощности двигателя на единицу массы. 3 ил.
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности, к поршневым двигателям внутреннего сгорания.
Разнообразие областей применения поршневых двигателей внутреннего сгорания обуславливает и разнообразие конструкций, размеров и массы их [2, стр.9-13].
Наиболее близким по технической сути или прототипом является тепловозный дизель 10Д100, рядный, двухтактный, бесклапанный, вертикальный, с противоположно движущимися поршнями, двумя коленчатыми валами, связанными через вертикальную передачу [1, стр.276-2821. Выпускные окна открываются нижними поршнями, а впускные окна верхними поршнями [1, стр.281, рис.165]. Нижний коленчатый вал опережает верхний на 12 градусов, что определяет режим выпуска, прямоточной продувки, дозарядки цилиндра воздухом давлением выше атмосферного, как следствие, нижний коленчатый вал развивает 70% мощности двигателя [1, стр.281, рис.165].Угол запаздывания (опережения) определяет соотношение мощности верхнего и нижнего вала, при этом мощность запаздывающего всегда меньше опережающего. Верхний коленчатый вал развивает 30% мощности, но испытывает усилия равные нижнему валу, следовательно, имеет соответствующую массу и размеры. Недостатком такого технического решения является снижение мощности на единицу массы двигателя за счет верхней, запаздывающей поршневой группы.
Задачей изобретения является при сохранении достоинств прототипа, как отсутствие клапанов, прямоточная продувка и дозарядка цилиндра воздухом давлением выше атмосферного, увеличить мощность на единицу массы. Указанный технический результат достигается тем, что заявляемый двигатель двухтактный, каждые два цилиндра его имеют общую камеру сгорания из них один цилиндр с поршнем, опережающим по фазе движения, а второй с поршнем, запаздывающим по фазе движения. Цилиндр с опережающим поршнем имеет выпускные окна, а с запаздывающим поршнем впускные окна. Для создания угла запаздывания или опережения между поршнями в цилиндрах с общей камерой сгорания один поршень шатуном связывается с коленчатым валом через кулисный механизм. Положения верхних мертвых точек поршней в цилиндрах с общей камерой сгорания совмещаются полностью. Следовательно, развиваемые удельные мощности цилиндрами с общей камерой сгорания примерно равны. Эго позволит повысить мощность на единицу массы двигателя в отношении прототипа.
Сопоставимый анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый ДВИГАТЕЛЬ С КУЛИСНЫМ МЕХАНИЗМОМ будет иметь выше мощность на единицу массы двигателя в сравнении с прототипом. Автору не известна подобная конструкция двигателя с цилиндрами по два имеющими общую камеру сгорания, в которых для создания угла запаздывания или опережения между поршнями один поршень шатуном связывается с коленчатым валом через кулисный механизм. Следовательно, заявляемое решение соответствует критерию «новизна». Сравнение заявляемого решения с прототипом позволило выявить в нем признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «Изобретательский уровень».
Сущность технического решения подтверждается чертежами (фиг.2, фиг.3), на которых представлен варианты конструкции ДВИГАТЕЛЯ С КУЛИСНЫМ МЕХАНИЗМОМ.
На фиг.2 представлена конструкция двигателя где цилиндр 7 с выпускными окнами, опережающий поршень 8 в положении верхней мертвой точки, опережающий поршень 9 в положении после прохождения нижней мертвой точки, кулиса 13, шатун 10 соединенный с коленчатым валом или ползуном, коленчатый вал 11, ползун 12, цилиндр 17 с впускными окнами, запаздывающий поршень 15 в положении верхней мертвой точки, положение кулисы 14 в нижней мертвой точке запаздывающего поршня 16, шатун 18 запаздывающего поршня соединенный с кулисой 13.
На фиг.3 представлена другая конструкция двигателя с коленчатым валом 22 для цилиндра 26 с выпускными окнами и опережающим поршнем 28, для цилиндра 25 с впускными окнами и запаздывающим поршнем 19. Для создания угла запаздывания между поршнями в цилиндрах с общей камерой сгорания 27 запаздывающий поршень 19 шатуном 21 связывается с коленчатым валом 22 через кулису 23 с ползуном 24. Опережающий поршень в цилиндре 26 с выпускными окнами, с шатуном 20 имеет кривошипно-шатунный механизм. Требуемый угол запаздывания [3, стр.78] обеспечивается кулисным механизмом поршня в цилиндре 25. Положения верхних мертвых точек поршней в цилиндрах 25, 26 с общей камерой сгорания 27 совмещаются полностью. Следовательно, удельные мощности, развиваемые этими цилиндрами, примерно равны. Возможны другие варианты конструкций двигателей с кулисным механизмом. Два цилиндра с общей камерой сгорания (фиг.2, фиг.3) могут работать отдельно или объединяться в классические схемы компоновки двигателей [2. стр.9-13].
Следовательно, конструкция ДВИГАТЕЛЯ С КУЛИСНЫМ МЕХАНИЗМОМ обеспечивает режим выпуска, прямоточной продувки и дозарядки цилиндров воздухом (смесью) давлением выше атмосферного, позволяет уравнять удельные мощности цилиндров с опережающими и запаздывающими по фазе движения поршнями. Следовательно, мощность на единицу массы ДВИГАТЕЛЯ С КУЛИСНЫМ МЕХАНИЗМОМ больше, чем у прототипа.
Для понимания сущности технического решения предлагаемого автором приведу подробное описание кулисного механизма. На фиг.1 представлен кулисный механизм [4, стр.28, рис.24] с кривошипом 1, кулисой 2, ползуном 3, первое крайнее положение или верхнее кулисы 4, второе крайнее положение или нижнее кулисы 5. При переходе кулисного механизма из положения 4 в положение 5 угол поворота 6 кривошипа 1 более 180 градусов. Угол 6 определяется соотношением размеров звеньев кулисного механизма.
На фиг.2 представлена конструкция двигателя где цилиндр 7 с выпускными окнами, опережающий поршень 8 в положении верхней мертвой точки, опережающий поршень 9 в положении после прохождения нижней мертвой точки, кулиса 13, шатун 10 соединенный с коленчатым валом или ползуном, коленчатый вал 11, ползун 12, цилиндр 17 с впускными окнами, запаздывающий поршень 15 в положении верхней мертвой точки, положение кулисы 14 в нижней мертвой точке запаздывающего поршня 16, шатун 18 запаздывающего поршня соединенный с кулисой. При переходе запаздывающего поршня из положения 15 в положение 16 угол поворота коленчатого вала больше 180 градусов.
На фиг.3 представлена другая конструкция двигателя с коленчатым валом 22 для цилиндра 26 с выпускными окнами и опережающим поршнем 28 и для цилиндра 25 с впускными окнами с запаздывающим поршнем 19. Для создания угла запаздывания между поршнями в цилиндрах с общей камерой сгорания 27 запаздывающий поршень 19 шатуном 21 связывается с коленчатым валом 22 через кулису 23 с ползуном 24. Опережающий поршень в цилиндре 26 с выпускными окнами с шатуном 20 имеет кривошипно-шатунный механизм. Положения верхних мертвых точек поршней в цилиндрах 25, 26 с общей камерой сгорания 27 совмещаются полностью При переходе запаздывающего поршня 19 из верхней мертвой точки в положение нижней мертвой точки угол поворота коленчатого вала 22 более 180 градусов. Следовательно, увеличивается запаздывание поршня 19 в отношении поршня 28 до нижней мертвой точки поршня 19, а потом уменьшается до верхней мертвой точки поршня 19. Что определит режим выпуска, прямоточной продувки, дозарядки цилиндра воздухом давлением выше атмосферного. Требуемый угол запаздывания [3, стр.781 обеспечивается кулисным механизмом поршня в цилиндре 25. Положения верхних мертвых точек поршней в цилиндрах 25, 26 с общей камерой сгорания 27 совмещаются полностью. Следовательно, удельные мощности, развиваемые этими цилиндрами, примерно равны, что повышает мощность на единицу массы заявляемого двигателя в отношении прототипа. Возможны другие варианты конструкций двигателей с кулисным механизмом Два цилиндра с общей камерой сгорания (фиг.2, фиг.3) могут работать отдельно или объединяться в классические схемы компоновки двигателей [2. стр.9-13].
Следовательно, мощность на единицу массы ДВИГАТЕЛЯ С КУЛИСНЫМ МЕХАНИЗМОМ больше, чем у прототипа, расширяется диапазон мощностей бесклапанных двигателей имеющих такой режим выпуска, прямоточной продувки и дозарядки цилиндров воздухом или смесью давлением выше атмосферного. Что сделает производство ДВИГАТЕЛЯ С КУЛИСНЫМ МЕХАНИЗМОМ экономически эффективным.
Источники информации
1. А.Э.Симсон А.З.Хомич и др. Двигатели внутреннего сгорания. Тепловозные дизели. Газотурбинные установки. - М.: Транспорт, 1980. 383 с.
2. А.С.Орлин М.Г.Круглов и др. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1984. 382 с.
3. А.С.Орлин М.Г.Круглов и др. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1983. 374 с.
4. И.И.Артоболевский. Теория механизмов. - М.: Наука, 1967. 719 с.
Двигатель с кулисным механизмом двухтактный, каждые два цилиндра имеют общую камеру сгорания, один цилиндр с поршнем, опережающим по фазе движения, а второй с поршнем, запаздывающим по фазе движения, отличающийся тем, что один поршень шатуном связан с коленчатым валом через кулисный механизм, при этом поршни одновременно проходят верхние мертвые точки, а впускные и выпускные окна с запаздыванием или опережением.
