Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней



Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней
Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней
Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней
Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней
Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней
Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней
Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней
Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней

 


Владельцы патента RU 2605500:

Гурьянов Александр Сергеевич (RU)

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней, в котором поршни используют при тактах впуска и выпуска весь объем цилиндра, включая камеру сгорания. Это позволяет улучшить наполнение цилиндра горючей смесью и лучше очистить цилиндр от отработавших газов. Это дает увеличение мощности и КПД двигателя. Для этого первичный вал двигателя (аналог коленчатого вала) изменяет свое положение на раме и, соответственно, изменяет положение поршней в цилиндрах. Двигатель состоит из двух блоков. Блок состоит из двух цилиндров, расположенных на разборном картере. Поршни в цилиндрах постоянно соединены попарно штоками, снабжены пальцами и двигаются совместно. Два блока расположены на раме так, что оси всех четырех цилиндров расположены на одной линии для уменьшения вибрации. На раме между блоками расположены валы - первичные, отбора мощности, кулачковые и газораспределительные. Первичные валы на концах снабжены дисками, на которых эксцентрично размещены пальцы. Пальцы штоков и первичных валов соединены шатунами и совместно образуют эксцентриковый механизм для преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение валов. Концы первичных валов опираются на ползуны, которые двигаются по направляющим в раме и, соответственно, через шатуны изменяют положение поршней в цилиндрах так, что при тактах впуска и выпуска поршни занимают весь объем цилиндров, что улучшает газообмен и способствует увеличению мощности и КПД. Технический результат - увеличение мощности и КПД. 6 ил.

 

Снижение расхода топлива - постоянная задача автомобилестроения. В настоящее время коэффициент полезного действия - КПД - находится на уровне 0,23-0,30 для карбюраторных и 0.28-0,40 для дизелей. См. Л. 1. Роговцев В.Л и др. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств. М.: Транспорт, 1991, стр. 20. Виды потерь энергии ДВС известны. См. Л. 2. Плеханов И.П. Автомобиль. М.: Просвещение, 1979, стр. 24, рис. 10. А также Л. 3. Шмидт А. На что расходуем бензин. За рулем 11/91, стр. 39. Л. 4. Головин Л. Побеги. Авторевю №3 / 2009, стр. 45. В этих работах показано, что потери энергии топлива с выхлопными газами составляют от 18 до 40%. Большие потери с отработавшими газами обусловлены несовершенством процесса сгорания в цилиндрах ДВС. Наполнение цилиндров свежей смесью для высокооборотных двигателей составляет, по данным Л. 1, стр. 18, 0.65-0.75. В составе свежего заряда находятся 0.06-0,12 отработавших газов, Л. 1, стр. 18. Улучшение наполнения цилиндров свежим зарядом способствует улучшению процесса горения. Это улучшение пытаются осуществить изменением тактов впуска и выпуска, т.е. изменением фаз газораспределения. См. Л. 5. Морозов М. Фазами можно управлять. За рулем 2/90, стр. 19. Известны способы улучшения работы ДВС путем отключения части цилиндров. См. Л. 6. Две двери для храбрости. Авторевю №22 / 2011, стр. 13. Это способствует лучшему наполнению оставшихся в работе цилиндров. Известен способ повышения КПД за счет использования энергии отработавших газов. См. Л. 7. Пять тактов. Авторевю №17 / 2009, стр. 13. Но это серьезно усложняет конструкцию. Известны газораспределительные циклы Аткинсона и Миллера, см. Л. 8. Арутин В. Длинный впуск. Авторевю, №10, 2009, стр. 71. При этих циклах достигается лучшее наполнение цилиндров, но не во всем диапазоне оборотов. Изменение длительности тактов впуска и выпуска при разных числах оборотов способствует увеличению литровой мощности при сохранении потерь, что ведет к повышению КПД.

Качество топлива ограничивает степень сжатия в цилиндрах ДВС и, соответственно, объем камеры сгорания. Степень сжатия ограничивает объем камеры сгорания при тактах сжатия и рабочего хода. Но при такте выпуска объем камеры сгорания не ограничивает работу ДВС. Можно вводить поршень в камеру сгорания практически до соприкосновения с головкой цилиндра, т.е. использовать полный объем цилиндра, оставляя объем камеры сгорания близким к нулю, или иначе НУЛЕВОЙ ВЫПУСК. Это улучшит продувку цилиндра. Можно уменьшить или полностью исключить период перекрытия клапанов. Это даст уменьшение потерь горючей смеси и повышение КПД. Соответственно, наполнение цилиндра свежей горючей смесью можно начинать, когда пространство над поршнем близко к нулю - НУЛЕВОЙ ВПУСК. Поршень будет работать в полном объеме цилиндра, а не в пределах рабочего объема. Соответственно, улучшится наполнение за счет уменьшения отработавших газов в составе горючей смеси и более длинного хода поршня при впуске. Это даст увеличение мощности.

Уже известна конструкция по патенту RU 2539609, которая принята за прототип. В этой конструкции нет возможности изменить ход поршня за счет изменения положения первичного вала, но есть возможность усовершенствовать эту конструкцию так, чтобы осуществить возможность изменять ход поршней при впуске и выпуске за счет изменения положения первичного вала, т.к. при работе этого двигателя есть часть рабочего цикла, при котором нагрузка на первичный вал сравнительно небольшая.

На Фиг. 1 изображена схема четырехцилиндрового оппозитного двигателя. Цилиндры обозначены 1, поршни 2. Два цилиндра оппозитно расположены на разборном картере 7 и образуют блок. Два блока размещены на раме 10 оппозитно так, что оси цилиндров находятся на одной линии. Противоположное расположение блоков позволяет взаимно компенсировать вибрации. Каждый блок соединен со своими валами. Соответственно, см. фиг. 3 - 11, 16, 17 и 26, 35, 46. См. фиг. 1. Рама оснащена фиксаторами 39. См. фиг. 4. Поршни в цилиндрах соединены штоками 3. Штоки снабжены пальцами 8. Концы пальцев опираются на ползуны 9. Ползуны двигаются по направляющим 27, укрепленным на картере. На раме 10 между блоками размещены первичные валы 11 и 35. См. фиг. 1, два кулачковых вала 16 и 26, два вала отбора мощности 17 и 46 с маховиками 42, 47, которые повышают плавность работы двигателя. Зубчатые колеса 21 и 24 неподвижно закреплены соответственно на осях 16 и 26. См. фиг. 1, зубчатые колеса 22 и 23 служат для связи колес 21 и 24. Таким образом обеспечивается согласованное - встречное или противоположное вращение, через цепные передачи, валов 11 и 35. См. фиг. 3. Согласованное вращение - встречное или противоположное - валов 11 и 35 обеспечивает встречное или противоположное движение поршней в цилиндрах 1.2 и 3.4, что уменьшает вибрации. Зубчатые колеса 21, 22, 23, 24 должны иметь установочные метки. Двигатель выполнен симметрично относительно оси для исключения изгибающих моментов. Поэтому детали валов, шатуны, ползуны симметрично расположены по обе стороны от оси двигателя. Большая часть механизмов относится к обоим блокам, а часть относящихся к цилиндрам 1 и 2 отмечена отдельно. Первичный вал 11 снабжен на концах дисками 14. На дисках эксцентрично размещены пальцы 13. Пальцы 8 штоков и пальцы 13 первичных валов соединены шатунами 12 и совместно образуют эксцентриковый механизм для преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала 11. Концы первичного вала 11 опираются на ползуны 15 (фиг. 4). Ползуны 15 могут двигаться на роликах 41 по направляющим 43. Первичный вал 11 (фиг. 4) соединен цепью 29 с валом отбора мощности 17. Цепь 29 (фиг. 4) имеет некоторую слабину, которая дает возможность двигать вал 11. Слабину выбирает пружина 32 и ролик 45. Ползуны 15 двигаются по направляющим 43 и изменяют ход поршней в заданных пределах. Ход ползунов 15 передается через шатуны 12 поршням 2. Вал 17 отбора мощности (фиг. 3) через звездочку 31, цепь 33 и звездочку 34 вращает вал 16 (фиг. 3). На кулачковом валу 16 расположены кулачки (фиг. 4) 18, 19, 20. Аналогичный комплект кулачков расположен на валу 16 по другую сторону от оси двигателя (фиг. 1). Кулачки управляют изменением положения ползуна 15 (фиг. 4) и, соответственно, вала 11. Тяга 38 передает изменение положения вала 11 в соответствии с профилем кулачков. Кулачок 18 (+) передает движение вала 11 в сторону 1-го цилиндра, а кулачок 19 (-) - в противоположную сторону от среднего положения вала 11. Положение (+) обеспечивает использование поршнем цилиндра 1 полного объема цилиндра, а положение (-) - полный объем 2-го цилиндра. Т.о. объем цилиндров в начале впуска и в конце выпуска минимальный - нулевой впуск и нулевой выпуск. Кулачок 20 (фиг. 4) совместно с рычагом 40 фиксируют через фиксатор 39 тягу 38 в среднем положении. Тяга 38 одним концом соединена с ползуном 15, а другим опирается на ролики 37. Ролики 36 соединены с тягой 38 вилками 44 (фиг. 4).

На фиг. 2 показаны циклы работы 1-го и 2-го цилиндров, диаграммы давления в цилиндрах и необходимые изменения хода поршней для лучшей очистки и более полного заряда цилиндров. Давление в цилиндрах, см. Л. 2, стр. 8, при разных тактах: впуск 70-80 кПа, выпуск 105-115 кПа, сжатие 800-1200 кПа, рабочий ход 3.5-4 МПа. Соответственно, нагрузка на первичный вал изменяется (фиг. 2). При тактах впуска и выпуска нагрузка минимальная, т.е. там, где нужно изменить положение поршней. Это показано на диаграмме 2. При среднем рабочем объеме цилиндра 300-600 куб. см и ходе поршня 60-100 мм изменение хода поршня при тактах впуска и выпуска должно быть в пределах 5-10 мм. Соответственно, изменяется нагрузка на ролики 36 и кулачки 18 и 19. Чтобы уменьшить или полностью исключить давление на кулачки и ролики при тактах сжатия и рабочего хода, введены фиксаторы 39 (фиг. 4), которые принимают нагрузку от шатунов и передают ее на раму 10.

Без фиксаторов нагрузка была бы в 5-10 раз больше. Для уменьшения трения ролики 36 выполнены на игольчатых подшипниках. Технология выполнения мест сопряжения роликов 36 с кулачками 18 и 19 аналогична технологии выполнения сопряжения кулачкового вала и клапанов ДВС. Фиксаторы работают при статической нагрузке и при соответствующем исполнении имеют длительный срок службы.

На фиг. 2 показана зона работы кулачков (+) и (-). Диаграмма проградуирована в углах поворота первичного вала 1-го и 2-го цилиндров. Профили кулачков показаны на фиг. 5. За нулевую отметку принято положение 1-го цилиндра в верхней мертвой точке и открытом впускном клапане.

Кулачки 18 и 19 имеют выступы и выемки. Выступы соответствуют зоне работы кулачков на фиг. 2. Выемка на кулачке 19 соответствует выступу на кулачке 18, а выемка на кулачке 18 - выступу на кулачке 19. Выемка на кулачке 19 не препятствует работе кулачка 18, а выемка на кулачке 18 - кулачку 19. Выемки обеспечивают возвращение тяги 38 и, соответственно, вала 11 в среднее положение для работы при тактах сжатия и рабочего хода, при которых работают фиксаторы 39, и поршни не должны заходить дальше верхней мертвой точки. Это выполняют фиксаторы 39, а также защищают кулачковый вал от больших нагрузок. Работой фиксаторов управляют кулачки 20 и рычаги 40 в соответствии с диаграммой на фиг. 2.

Для обеспечения синхронной работы 1, 2 и 3, 4 цилиндров, как показано на фиг. 6, блоки соединены через кулачковые валы 16 и 26 зубчатыми колесами 21, 22, 23 и 24. На фиг. 6 показано, как должны работать поршни в цилиндрах для компенсации вибраций. Для этого валы 16 и 26 должны иметь встречное или противоположное направление вращения. Для этого должно быть четное число промежуточных зубчатых колес.

Двигатель можно использовать для электромобилей, как резервный ДВС, и на автобусах и грузовиках.

Технический результат - увеличение мощности и КПД.

Перечень чертежей

Фиг. 1 - четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней.

Фиг. 2 - рабочие циклы двигателя и диаграммы изменений давлений в цилиндрах и хода поршней.

Фиг. 3 - кинематическая схема устройств изменения хода поршней.

Фиг. 4 - механизм изменения хода поршней.

Фиг. 5 - профили кулачков.

Фиг. 6 - чередование рабочих циклов в четырехцилиндровом оппозитном двигателе.

Перечень обозначений на чертежах

Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней; два цилиндра собраны оппозитно на разборном картере и образуют блок; два блока размещены на раме оппозитно так, что оси цилиндров находятся на одной линии; поршни в цилиндрах блоков расположены оппозитно и соединены штоками; штоки снабжены пальцами; концы пальцев опираются на ползуны, расположенные на направляющих в картере; между блоками на раме размещены валы - первичные и отбора мощности; каждый блок соединен со своими валами; на концах первичных валов размещены диски с эксцентрично размещенными пальцами; пальцы первичных валов и пальцы штоков соединены шатунами, отличающийся тем, что концы первичных валов, относящихся каждый к своему блоку, размещены на ползунах, которые двигаются по направляющим в раме; для управления движением введены два кулачковых вала, каждый для своего блока, кулачки которого через тяги с роликами управляют движением ползунов; рама оснащена фиксаторами, которые работают совместно с тягами; валы отбора мощности и первичные валы блока соединены цепями; на концах валов отбора мощности размещены маховики; цепи между валами отбора мощности и первичными валами снабжены натяжителями; также цепями соединены валы отбора мощности и кулачковые валы; кулачковые валы блоков соединены промежуточной зубчатой передачей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в кривошипно-шатунных механизмах ДВС. Кривошипно-шатунный механизм со смещенной шатунной шейкой, содержащий рабочий цилиндр, шарнирно связанные между собой поршень с поршневым пальцем, шатун и кривошип коленчатого вала, в котором ось кривошипной головки жестко связана с кривошипом, смещена от оси поршня и оси симметрии кривошипа на угол, равный 10°.

Изобретение относится к узлам для преобразования прямолинейного движения во вращательное движение и наоборот. Узел содержит коленчатый вал, поршень, вильчатую конструкцию, рычажное средство.

Предложен кривошипный механизм с круглым ползуном, содержащий многорядную деталь возвратно-поступательного движения и однорядную деталь возвратно-поступательного движения, многорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, при этом однорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, которая может быть вставлена в продольную канавку многорядной детали возвратно-поступательного движения вдоль направления толщины, с тем, чтобы пересекать вертикально многорядную деталь возвратно-поступательного движения, направляющая деталь снабжена отверстием, принимающим средний круглый ползун, первый круглый ползун и второй круглый ползун смонтированы в одинаковой фазе, средний круглый ползун расположен между первым круглым ползуном и вторым круглым ползуном с фазовой разницей, составляющей 180 градусов, по сравнению с двумя круглыми ползунами, причем соседние круглые ползуны прикреплены друг к другу.

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия. Механизм (10) переменной степени сжатия, который изменяет степень сжатия двигателя в зависимости от углового положения первого управляющего вала (14), и привод, который изменяет и удерживает угловое положение первого управляющего вала (14).

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двигателям с переменным ходом поршня. Механизм для изменения длины хода поршня двигателя внутреннего сгорания в каждом цикле его работы содержит зубчатую передачу, включающую первое зубчатое колесо, установленное в корпусе двигателя без возможности вращения, и второе зубчатое колесо с зубьями, сформированными на его внутренней поверхности, причем второе зубчатое колесо находится в зацеплении с первым зубчатым колесом для обеспечения постоянной длины кривошипа и переменной длины эксцентрика, чтобы получить переменную длину хода поршня в полном цикле работы двигателя.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с детонационным процессом. Техническим результатом является повышение кпд цикла двухтактного детонационного ДВС с водородом в качестве горючего.

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания с оппозитным расположением цилиндров. Двигатель внутреннего сгорания с оппозитными цилиндрами содержит корпусной блок (1) с как минимум одной парой оппозитных гильз (2) и (3), в которых расположен цельный поршень, включающий пару поршневых головок (4) и (5).

Изобретение предлагает конструкцию оппозитного бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, который может использоваться для бензиновых или дизельных, как для четырехтактных, так и для двухтактных ДВС, как четырех цилиндровых, так и 8 и более цилиндров с использованием обычных систем газораспределения, зажигания, питания, впрыска и т.д.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с дифференциальным ходом поршня имеет вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере цилиндра и содержащий внутреннюю часть поршня, шток поршня, соединенный на первом конце с упомянутой внутренней частью поршня, наружную часть поршня, которая служит в качестве носителя для упомянутой внутренней части поршня и соединена с упомянутым валом двигателя, причем упомянутая внутренняя часть поршня выполнена с возможностью работать по циклу, отличному от цикла наружной части поршня, и управляющий рычажный механизм, соединенный с упомянутым двигателем в точке крепления, причем упомянутый управляющий рычажный механизм соединен со вторым концом упомянутого штока поршня, определяя точку копирования, в котором упомянутый управляющий механизм направляет и определяет перемещение упомянутой точки копирования таким образом, что оно по существу выровнено с осью упомянутой камеры цилиндра.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Поршневое устройство (100) предназначено для двигателя внутреннего сгорания с дифференциальным ходом поршня.

Предложен кривошипный механизм с круглым ползуном, содержащий многорядную деталь возвратно-поступательного движения и однорядную деталь возвратно-поступательного движения, многорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, при этом однорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, которая может быть вставлена в продольную канавку многорядной детали возвратно-поступательного движения вдоль направления толщины, с тем, чтобы пересекать вертикально многорядную деталь возвратно-поступательного движения, направляющая деталь снабжена отверстием, принимающим средний круглый ползун, первый круглый ползун и второй круглый ползун смонтированы в одинаковой фазе, средний круглый ползун расположен между первым круглым ползуном и вторым круглым ползуном с фазовой разницей, составляющей 180 градусов, по сравнению с двумя круглыми ползунами, причем соседние круглые ползуны прикреплены друг к другу.

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания с оппозитным расположением цилиндров. Двигатель внутреннего сгорания с оппозитными цилиндрами содержит корпусной блок (1) с как минимум одной парой оппозитных гильз (2) и (3), в которых расположен цельный поршень, включающий пару поршневых головок (4) и (5).

Изобретение предлагает конструкцию оппозитного бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, который может использоваться для бензиновых или дизельных, как для четырехтактных, так и для двухтактных ДВС, как четырех цилиндровых, так и 8 и более цилиндров с использованием обычных систем газораспределения, зажигания, питания, впрыска и т.д.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к созданию двигателей внутреннего сгорания. Двигатель содержит полый шток, соединяющий поршни, выполненый диаметром, равным диаметру поршня, и оснащеный зигзагообразными, симметричными, замкнутыми канавками прямоугольного поперечного сечения по обе стороны от продолговатого отверстия для прохода впускного трубопровода в его центральной части, с которыми контактируют ролики, смонтированные в ступицах двух коаксиальных штоку конических шестерен на подшипниках качения, которые сочленены между собой третьей конической шестерней, передающей крутящий момент на вал отбора мощности.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности созданию двигателей внутреннего сгорания . Использование в автономных машинах и транспортных средствах, преимущественно в легкомоторной авиации, тракторах и с/х машинах.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Поршневой оппозитный двигатель внутреннего сгорания содержит оппозитно расположенные цилиндры (1).

Изобретение может быть использовано в дизельных двигателях. Четырехтактный дизельный двигатель содержит цилиндры (1), верхнюю цилиндровую крышку (2), прикрепленную к цилиндрам (1), кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, механизм привода вспомогательных агрегатов, механизм управления двигателем, системы смазки, питания, охлаждения и запуска.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания содержит четыре полых цилиндра (1), каждый из которых снабжен поршнем (2), установленным в его полости и соосно с ним, входом для поступления в полость цилиндра (1) свежего рабочего тела и выходом для удаления из полости цилиндра (1) отработанного рабочего тела.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр, силовой механизм, связанный посредством зубчатой передачи с маховиком, и систему зажигания и отвода выхлопных газов.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр, поршень с силовым механизмом, связанным посредством зубчатой передачи с маховиком, систему зажигания и отвода выхлопных газов.
Наверх