Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом



Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом
Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом
Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом
Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом
Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом
Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом
Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом
Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом

 


Владельцы патента RU 2632316:

Еремин Василий Георгиевич (RU)

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкции двигателей внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом содержит цилиндр с поршнем, неподвижно соединенным с вилкой, свободные концы которой неподвижно соединены посредством скобы, коленчатый вал, проходящий через вилку и соединенный со скобой посредством шатуна, при этом скоба имеет подвижное соединение с шатуном. Техническим результатом изобретения является повышение КПД двигателя за счет обеспечения возможности практически полного совпадения по направлению вектора силы, давящей на поршень двигателя, и вектора скорости в точке, к которой приложена эта сила в момент воспламенения горючей смеси. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкции двигателей внутреннего сгорания (далее - ДВС).

Известные технические решения по ДВС, при прочих конструктивных изменениях, используют стандартную схему кривошипно-шатунного механизма, согласно которой длина шатуна L2, как минимум, в два раза больше длины щеки коленчатого вала L1 (см. фиг. 1), а поршень находится с противоположной стороны от коленчатого вала. В итоге, в момент, когда на поршень действует максимальное давление во время воспламенения горючей смеси, вектор силы, давящей на поршень, не совпадает с вектором скорости точки на коленчатом валу, к которой приложена эта сила - они перпендикулярны друг к другу, что приводит к невысокому КПД.

Известна конструкция ДВС (патент РФ №2397342, 20.08.2010 г.), содержащего два поршня, две сочлененные фигурные зубчатые рейки, механизм преобразования возвратно-поступательного движения фигурных зубчатых реек во вращательное движение двух ведущих зубчатых колес и наоборот, при этом ведущее зубчатое колесо выполнено с обгонным устройством.

Согласно указанной конструкции радиус зубчатого колеса двигателя меньше, чем длина щеки коленчатого вала при одинаковых величинах хода поршня и оборотах коленчатого вала, что свидетельствует о низком КПД двигателя.

Известна конструкция ДВС (патент РФ №2084664, 20.07.1997 г.), принятого за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, содержащего поршень, соединенный с шатуном-рейкой в виде вилки, внутренние поверхности которой по длине, соответствующей величине хода поршня, выполнены в виде зубчатой рейки-пластины с возможностью взаимодействия с шестернями-дисками, размещенными на валу, при этом диаметр шестерни и величины длины окружности в шестернях, которая снабжена зубьями, соответствует циклу двигателя.

За счет использования шатуна-рейки в виде вилки, наличие зубчатой передачи делают конструкцию простой в реализации, однако ее недостатком по-прежнему остается значительная разница длин между радиусом шестерни-диска и щеки коленчатого вала, что не позволяет обеспечить высокий КПД устройства. Также в указанной конструкции используется зубчатая передача, что приводит к быстрому износу механизма. Кроме того, у данного устройства возможен разрыв передаваемой мощности при переходе зубьев шестерни с одной рейки на другую, что не обеспечивает должную надежность работы устройства.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД двигателя за счет обеспечения возможности практически полного совпадения по направлению вектора силы, давящей на поршень двигателя, и вектора скорости в точке на коленчатом валу, к которой приложена эта сила в момент воспламенения горючей смеси.

Технический результат достигается при использовании двигателя внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом, содержащим цилиндр с поршнем, неподвижно соединенным с вилкой, свободные концы которой неподвижно соединены посредством скобы, коленчатый вал, проходящий через вилку и соединенный со скобой посредством шатуна, при этом скоба имеет подвижное соединение с шатуном.

Поршень и вилка могут быть выполнены в виде единой детали.

Вилка имеет четыре проушины - по две проушины с каждой ее стороны. Скоба - деталь, которая соединяет между собой все свободные концы проушин вилки таким образом, что соединенными оказываются по две проушины с каждой стороны вилки, а также обе противоположные стороны вилки.

Заявляемая конструкция двигателя позволяет выполнить длину шатуна (расстояние L2 на фиг. 4а) сопоставимой с длиной щеки коленчатого вала (расстояние L1 на фиг. 4а), а также расположить поршень двигателя диаметрально противоположно по отношению к коленчатому валу в отличие от стандартной схемы (фиг. 1), вследствие чего вектор силы в поршне двигателя оказывается практически совпадающим с вектором скорости в точке приложения силы при воспламенении топлива, что позволяет значительно повысить КПД двигателя.

На фиг. 1 изображена стандартная схема кривошипно-шатунного механизма, используемого в ДВС, на фиг. 2 - заявляемая конструкция ДВС с измененным кривошипно-шатунным механизмом (вид спереди), на фиг. 3а - конструкция скобы, используемой в заявляемом двигателе (вид сбоку), на фиг. 3б - вариант конструкции скобы, используемой в заявляемом двигателе (вид сверху), на фиг. 4 - вариант конструкции коленчатого вала, используемого в заявляемом двигателе, на фиг. 5а - заявляемая конструкция ДВС с измененным кривошипно-шатунным механизмом (вид сбоку), на фиг. 5б - заявляемая конструкция ДВС (вид сверху), на фиг. 6 - схема приложения силы давления поршня и силы, действующей на коленчатый вал, согласно заявляемому решению, на фиг. 7 - график, показывающий, как меняется сила, приложенная к коленчатому валу при воздействии силы на поршень, равной единице.

Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом содержит цилиндр 1 с поршнем 2, который неподвижно соединен с вилкой 3. Четыре проушины вилки 3, расположенные по две проушины с каждой ее стороны, соединены неподвижным разъемным соединением посредством скобы 4. Через вилку 3 проходит коленчатый вал 5, который соединен посредством шатуна 6 с частью скобы 4, соединяющей между собой противоположные стороны вилки 3 (фиг. 2).

Поршень 2 и вилка 3 могут быть выполнены в виде единой детали.

В качестве конструкции коленчатого вала 5 и шатуна 6 могут быть выбраны известные решения в данной области.

На фиг. 3а, 3б изображена скоба 4, которая соединяет стороны вилки 3 между собой неподвижным соединением и крепится к шатуну 6 подвижным соединением. На фигурах 3а, 3б показан один из вариантов выполнения скобы 4, но также возможны и другие варианты реализации указанной детали, которые позволяют жестко соединить между собой концы вилки, при этом сохраняя подвижное соединение с шатуном.

На фиг. 4 изображен один из вариантов выполнения коленчатого вала 5. Согласно указанному варианту коленчатый вал 5, как и скоба 4 (фиг. 3а, 3б), имеет косые срезы, которые позволяют скобе 4 и шатуну 6 проходить между двумя щеками L1 коленчатого вала 5.

При совершении возвратно-поступательных движений поршня 2 приводится в действие вращающийся коленчатый вал 5 путем возвратно-поступательных движений вилки 3 со скобой 4 и возвратно-вращательных движений шатуна 6.

Для обеспечения правильной работы механизма расстояние L1 (расстояние от оси коленчатого вала до оси шейки коленчатого вала - щека коленчатого вала) и L2 (расстояние от одной оси вращения шатуна до другой оси) должны отличаться (например, Артбалевский И.И. «Теория механизмов и машин». – М., «Наука», 4-е издание, 1988 год). Расстояние L2 должно быть немного больше L1, как это показано на фиг. 5а.

На фиг. 5б приведен вид сверху заявляемой конструкции ДВС с одним из вариантов выполнения коленчатого вала 5 со скобой 4, имеющих косые срезы (фиг. 3а, 3б, фиг. 4).

На фиг. 6 показаны силы F0 и F, действующие на звенья L2 и L1 соответственно, где F0 - сила давления поршня, F - сила, действующая на коленчатый вал, α - угол поворота коленчатого вала.

Для расчета зависимости силы F от начальной силы F0 и угла α используем формулу:

На фиг. 7 показан график с параметрами:

где x - угол поворота коленчатого вала в радианах, показанный на горизонтальной оси X, по оси Y показано значение результирующей силы F, действующей на коленчатый вал.

По указанному графику можно определить, насколько эффективно при изменении угла поворота коленчатого вала сила F0 при поступательном движении поршня передается во вращательное движение коленчатого вала.

Из графика на фиг. 7 видно, что при отношении L1 к L2, равном 0,95, максимальный коэффициент передачи силы будет при 114 градусах, то есть при X, равном 2, и Y близок к значению, равному 1,7.

Таким образом, при F0 (сила на поршне), равной единице, сила на коленчатом вале F будет почти в два раза больше.

Если дальше увеличивать величину отношения L1 к L2, то максимум на графике будет смещаться левее и выше.

В итоге указанный график показывает, что заявляемый ДВС увеличивает исходную приложенную силу. В случае, если подобрать момент воспламенения горючей смеси таким образом, чтобы он приходился на пик графика на фиг. 7, ДВС будет иметь высокий КПД.

В предлагаемом решении фаза сжатия горючей смеси является более длительной по сравнению с известными решениями ДВС, что приводит к большему нагреву смеси перед воспламенением и обеспечит ее более быстрое сжигание, следовательно, большую эффективность двигателя. Также преимуществом заявляемой конструкции ДВС является неподвижное соединение поршня и вилки, что позволяет добиться более эффективного охлаждения поршня и избежать его перекоса в цилиндре двигателя.

1. Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом, характеризующийся тем, что содержит цилиндр с поршнем, неподвижно соединенным с вилкой, свободные концы которой неподвижно соединены посредством скобы, коленчатый вал, проходящий через вилку и соединенный со скобой посредством шатуна, при этом скоба имеет подвижное соединение с шатуном.

2. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, характеризующийся тем, что поршень и вилка выполнены в виде единой детали.

3. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, характеризующийся тем, что вилка имеет четыре проушины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым машинам, ДВС, компрессорам, насосам, а также к станкам-качалкам (СК) с применением кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

Изобретение относится к двигателям, в частности к аксиально-поршневым двигателям с наклонным диском, и предназначено для получения механической работы за счет преобразования энергии, выделяемой при сгорании топлива.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к механизмам преобразования движения с остановкой поршня в мертвой точке. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя.

Изобретение относится к кривошипно-шатунному механизму с поршнем с двумя шатунами для двигателя внутреннего сгорания. Отверстие (35a) на стороне одного конца маслопроводного канала бобышки для пальца (35) открывается к внутренней периферийной поверхности части (14) бобышки для пальца верхнего шатуна (3), в то время как отверстие (35b) на его стороне другого конца открывается к внешней периферийной поверхности части (14) бобышки для пальца верхнего шатуна (3).

Поршневая машина, преимущественно двигатель, снабженная прямилами Уатта, содержит размещенные в корпусе, в паре находящиеся в одной оси, как минимум пару цилиндров, в которые помещены движущиеся возвратно-поступательно поршни, связанные штоками.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к бесшатунным поршневым двигателям. Бесшатунный поршневой двигатель, включающий корпус с расположенными рядно и/или оппозитно цилиндрами, поршни со штоками и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, выполненный в виде маховика, смонтированного на кривошипе, кулисы, соединенной посредством кулисного камня с кривошипом, штоками поршней, связанных с кулисами, при этом двигатель снабжен дополнительной группой поршней с кривошипом, связанной с первой группой поршней при помощи зубчатого зацепления, смонтированного на кривошипах, при этом кривошипы механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное смонтированы симметрично, контакт шеек кривошипов групп поршней при помощи кулисных камней с кулисами выполненна одинаковом расстоянии от ползунов.

Изобретение относится к двигателестроению, к двигателям без коленчатых валов. В двигателе вместо коленчатого вала применена шестерня, по разные стороны которой зеркально относительно центра укреплены два пальца, каждый из которых шарнирно сочленен с своей группой шатунов многоцилиндрового двигателя, а шестерня расположена между двумя параллельными дорожками в картере и с опорой на них имеет свободу вращения вокруг своей оси под действием сил давления газов, передаваемых посредством шатунов на пальцы шестерни, которая сцеплена с промежуточной шестерней, укрепленной на выходном валу.

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.

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.

Тепловой двигатель относится к двигателям объемного вытеснения с цилиндрами и предназначен для преобразования теплоты нагретой жидкости во вращательное движение коленчатого вала.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к бесшатунным поршневым двигателям. Бесшатунный поршневой двигатель, включающий корпус с расположенными рядно и/или оппозитно цилиндрами, поршни со штоками и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, выполненный в виде маховика, смонтированного на кривошипе, кулисы, соединенной посредством кулисного камня с кривошипом, штоками поршней, связанных с кулисами, при этом двигатель снабжен дополнительной группой поршней с кривошипом, связанной с первой группой поршней при помощи зубчатого зацепления, смонтированного на кривошипах, при этом кривошипы механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное смонтированы симметрично, контакт шеек кривошипов групп поршней при помощи кулисных камней с кулисами выполненна одинаковом расстоянии от ползунов.

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°.

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 относится к поршневым машинам с бесшатунным механизмом преобразования движения и может быть использовано в их конструкциях. Техническим результатом является повышение надежности работы машины.

Изобретение относится к механизмам преобразования прямолинейного движения поршня во вращение вала. Бесшатунный механизм содержит корпус и многоколенчатый вал, каждое звено колена которого наряду с коренной шейкой, щечкой и шатунной шейкой содержит солнечную шестерню, солнечно-планетарную шестерню и планетарную шестерню-сателлит.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям двигателей автотранспортных средств. В стояках коленчатого вала и в больших и малых роликах вырезаются круговые отверстия, диаметром и глубиной соответствующие размерам внедряемых в них роликовых подшипников, при этом диаметр внутренних отверстий подшипников соответствует диаметрам осей и диаметру коленчатого вала, проходящих через них, а диаметры внутренних круговых отверстий роликов и оставшейся наружной части стояков больше диаметров осей и диаметра коленчатого вала.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия содержит цилиндр (1) с поршнем (2), соединенный с поршнем (2) шток (17), с двух сторон которого вдоль хода поршня (2) расположены силовые зубчатые рейки с плоскими опорными поверхностями, два зеркально расположенных кривошипно-шатунных механизма (3) и (4) с параллельными валами, которые синхронно вращаются в противоположных направлениях с одинаковой скоростью.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах, насосах, а также в механизмах преобразования вращательного движения приводного вала в возвратно-поступательное движение поршней и наоборот.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель состоит из секций, каждая из которых содержит: цилиндр 1, в стенках которого прорезаны окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха 2 и выпуска отработанных газов 3. Внутри цилиндра расположены оппозитные поршни 4 и 5, образующие единую камеру сгорания, совершающие движения, обеспечивающие впуск топливовоздушной смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск продуктов горения, составляющих четырехтактный рабочий цикл. Движение поршней по заданной траектории обеспечивается планетарным механизмом внутреннего зацепления. Техническим результатом является увеличение скорости вращения двигателя и соответственно повышение его мощности. 2 ил.
Наверх