|
|
Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные |
Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения |
Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела |
|
| Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) | |||
|
Навигация: => |
На главную / Рынок технологий / Актуальные изобретения и модели / Назад / |
|
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2133847
БЕСШАТУННЫЙ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Имя заявителя: 21 НИИИ АТ Минобороны России
Имя изобретателя: Аристов А.М.; Арсеньев Е.С.; Денисов А.В.; Добромиров В.Н.; Розновский П.В.; Шолудько В.Ф.
Имя патентообладателя: 21 НИИИ АТ Минобороны России
Адрес для переписки: 140170, Бронницы Московской обл., 21 НИИИ АТ Минобороны России
Дата начала действия патента: 1997.06.26
Изобретение относится к двухтактным поршневым двигателям внутреннего сгорания. В одном цилиндре двигателя расположены два поршня двойного действия, с двумя коленчатыми валами, кинетически связанные между собой парой шестерен. Коленчатый вал и поршень соединены звеном связи, размещенным в пазу поршня и охватывающим шатунную шейку коленчатого вала, при этом ориентированные к друг другу днища поршней образуют камеру сгорания, противоположные днища - продувочную часть. Двигатель оснащен поршнями, в которых паз для размещения звена связи выполнен под углом 80o к оси поршня (наклонный паз), а для улучшения очистки цилиндра или создания избыточного давления в нем продувочные части цилиндра имеют больший диаметр, чем диаметр его рабочей части. Технический результат заключается в том, что неравномерность возвратно-поступательного движения поршней увеличивается так, что в конце такта сжатия и в конце рабочего хода поршень останавливается в верхней мертвой точке раньше, чем центр шатунной шейки пересекает ось цилиндра. Указанная особенность кинематики поршня используется для организации смесеобразования и сгорания основной части топлива, в расчетном объеме камеры сгорания, а и для улучшения продувки цилиндра и заполнения его свежим зарядом воздуха за относительно меньший ход поршней. Разница в диаметрах цилиндра в его рабочей и продувочной части обеспечивает улучшение продувки и наддув двигателя.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее техническое решение относится к области двигателестроения, а более конкретно к поршневым двигателям.
Известен двигатель с противоположно расположенными поршнями (патент Японии N 58-5317, МПК F 02 B 75/28, 1983).
Двигатель содержит блок цилиндров (или один цилиндр) с размещенными в цилиндре двумя поршнями и установленными с каждой стороны цилиндра по коленчатому валу, каждый в автономном картере. В картере размещены и опоры коренных шеек коленчатого вала. Связь между шатунной шейкой вала и поршнем реализуется обычным шатуном.
К преимуществам такого двигателя относятся взаимная уравновешенность поршней, возможность исполнения бесклапанной и безгазового стыка камеры сгорания при двухтактном цикле. Однако в этой схеме сложен передаточный механизм между двумя коленчатыми валами, состоящий из нескольких пар шестерней, соответственно валики габаритные размеры двигателя по картеру одного и другого коленчатого вала, значительная часть рабочего хода поршней приходится на процесс продувки.
Лучшими показателями по габаритным размерам обладает известный двигатель с поршнями двойного действия (патент Японии N 49-17962 МПК F 01 B 1/08, 1974).
У этого двигателя поршень и коленчатый вал соединены звеном связи, размещенным в пазу поршня и охватывающим шатунную шейку коленчатого вала. Оба днища поршня рабочие.
Массово-габаритные показатели двигателя выше, чем двигателя с шатунами, однако одиночный поршень двойного действия обладает значительной массой, для уравновешивания которой необходимы соответствующие противовесы на коленчатом валу.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению, принятым за прототип, является бесшатунный двухтактный двигатель с противоположно расположенными в одном цилиндре двумя поршнями двойного действия, с двумя коленчатыми валами, кинематически связанными между собой парой шестерней, в котором коленчатый вал и поршень соединены звеном связи, размещенным в пазу поршня и охватывающим шатунную шейку коленчатого вала, при этом ориентированные к друг другу днища поршней образуют камеру сгорания, а противоположные днища - продувочную часть, известный из заявки ФРГ N 3039536, МПК F 01 B 9/02, 1982.
Недостаток известного двигателя заключается в увеличенной скорости поршней перед верхней и нижней мертвыми точками (ВМТ и НМТ), что ухудшает эффективность работы двигателя.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы двигателя.
Поставленная задача решается тем, что бесшатунный двухтактный двигатель с противоположно расположенными в одном цилиндре двумя поршнями двойного действия, с двумя коленчатыми валами, кинематически связанными между собой одной парой цилиндрических шестерней, коленчатый вал и поршень двигателя соединены звеном связи, размещенным в пазу поршня и охватывающим шатунную шейку коленчатого вала, ориентированные друг к другу днища поршней образуют камеру сгорания, противоположные же днища используются для продувки и заполнения цилиндра свежим зарядом воздуха, причем паз для размещения звена связи выполнен под углом 80o к оси поршня (наклонный паз), а для улучшения очистки цилиндра, или создания избыточного давления в нем в процессе продувки продувочные части цилиндра имеют больший диаметр в 1,2-1,3 раза больше, чем диаметр его рабочей части.
Схема бесшатунного двигателя приводится на фиг. 1
 |
 |
Кинематика поршня бесшатунного
двигателя с наклонным пазом в поршне
приведена на фиг. 2, а кинематика поршня с
прямым пазом в поршне - на фиг. 3
Двигатель (фиг. 1) содержит разъемный по коренным опорам цилиндр 1; крышки цилиндра 2, 12 с нагнетательным и обратными клапанами (на фиг. 1 клапаны не показаны); продувочные полости цилиндров 3, 13; диаметром D2 поршни 4, 14; коленчатые валы 5, 15; шатунные шейки коленчатых валов 6, 16; звенья связи 7, 17; пазы поршней 8, 18; рабочую полость цилиндра диаметром D1 9; форсунку 10; водяную рубашку цилиндра 11; (продувочные окна и каналы, а и шестерни кинематической связи валов, на схеме не показаны).
Двигатель работает следующим образом: при синхронном вращении коленчатых валов круговое движение шатунной шейки вала с помощью звена связи раскладывается на возвратно-поступательное движение поршня вдоль оси цилиндра и на движение звена связи по пазу поршня. При встречном движении поршней в рабочей полости цилиндра осуществляется сжатие воздуха, а в продувочных полостях их наполнение свежим зарядом, на обратном ходу, соответственно, рабочий ход, продувка и нагнетание продувочного воздуха. Расчетный коэффициент избытка воздуха получают принятием отношения D1/D2 цилиндра.
Расположение паза в поршне наклонным увеличивает неравномерность возвратно-поступательного движения поршней, таким образом, что в конце такта сжатия и в конце рабочего хода поршень останавливается в ВМТ раньше, чем центр шатунной шейки коленчатого вала пересечет ось цилиндра. Тем самым увеличивается (по углу поворота коленчатого вала) длительность движения поршня с минимальной скоростью в конце такта сжатия и в конце рабочего хода. Соответственно повышается скорость движения поршня на такте рабочего хода. Изложенное поясняется диаграммой (фиг. 2).
На диаграмме (фиг. 2) обозначено 
= (10) градусов - угол наклона паза поршня
относительно перпендикуляра к продольной
оси поршня, 
1
= 20 градусов - угол поворота коленчатого
вала, соответствующий минимальной скорости
движения поршня, а 
S1
- ход поршня за угол поворота коленчатого
вала, равный 20o в конце такта сжатия.
Соответственно 2
= 20o и ход поршня S2
в конце рабочего хода.
Указанные обозначения сохранены на
диаграмме (фиг. 3), которая приводится для
сравнения при
= 0 (прямой паз в поршне).
Сравнивая значения S1
и 
а и S2
и
(фиг. 2 и 3), можно заключить, что за последние
20o поворота коленчатого вала до ВМТ (или
НМТ) поршень с наклонным пазом проходит
путь в несколько раз меньший, чем поршень с
пазом под прямым углом (фиг. 3) (замеленное
движение поршня до ВМТ, например, при
частоте вращения вала двигателя 2000 мин-1)
достаточно по времени для впрыска топлива,
подготовки топливо-воздушной смеси к
воспламенению, воспламенения и сгорания
основной его части к моменту поворота
коленчатого вала, соответствующему
расчетному объему камеры сгорания над
поршнями.
Замедленное движение поршня перед
ВМТ (участок S2
) увеличивает время на продувку цилиндра
при минимальной потере рабочего хода
поршня, обусловленного необходимостью
продувки.
Замедленное движение поршня перед ВМТ и НМТ приводит к увеличению скорости движения поршня во время рабочего хода и сжатия. Такое увеличение способствует снижению объемных потерь рабочего тела и воздуха на указанных тактах.
Таким образом, наклон паза в поршне способствует повышению экономичности двигателя и проявляется при сохранении возможности обеспечения высокой степени уравновешенности и других преимуществ двигателя с противоположным расположением поршней и двумя коленчатыми валами, а и при сохранении компактности бесшатунного двигателя с поршнями двойного действия. Кроме этого поршни двойного действия путем вариации отношений диаметров рабочего и продувочного днищ поршней позволяют выбрать оптимальную степень очистки цилиндра при разработке конструкции двигателя.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Бесшатунный двухтактный двигатель с противоположно расположенными в одном цилиндре двумя поршнями двойного действия, с двумя коленчатыми валами, кинематически связанными между собой одной парой шестерен, в котором коленчатый вал и поршень соединены звеном связи, размещенным в пазу поршня и охватывающим шатунную шейку коленчатого вала, при этом ориентированные к друг другу днища поршней образуют камеру сгорания, противоположные днища - продувочную часть, отличающийся тем, что паз в поршне для размещения звена связи выполнен наклонным, под углом 80o к оси поршня, а диаметр продувочных частей каждого цилиндра в 1,2 - 1,3 раза больше, чем диаметр его рабочей части.
Версия для печати
Дата публикации 24.12.2006гг
Created/Updated: 25.05.2018