|
| 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/D2цилиндра.
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 S2в конце рабочего хода.
Указанные обозначения сохранены на
диаграмме (фиг. 3), которая приводится для
сравнения при = 0 (прямой паз в поршне).
Сравнивая значения S1и 
а и S2и (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