Двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано как стационарный двигатель для дизель-электрической станции и как энергетическая установка для судна. Технический результат заключается в возможности нейтрализации вибрации двигателя, вызванной силами инерции II порядка. Указанная цель достигается в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, поршень, шток, траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов. При этом верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных параллельно по обе стороны блока цилиндров с возможностью вращения навстречу друг другу. Согласно изобретению станина двигателя выполнена из блока цилиндров с приливами - кронштейнами по числу коренных подшипников, а концы кронштейнов соединены двумя продольными балками. На станине установлены два вала с противовесами с возможной частотой вращения в два раза больше, чем обороты коленчатого вала. 2 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано как стационарный двигатель для дизель-электрической станции и как энергетическая установка для судна.
В качестве энергетической установки на судах в последние годы стали широко применяться дизельные двигатели внутреннего сгорания, что вызвано тем, что дизельные двигатели имеют высокий КПД и поэтому расходуют меньше топлива при перевозке груза.
Широко применяются V-образные четырехтактные дизели с наддувом, однако самыми экономичными и обладающие большим моторесурсом являются двухтактные, крейцкопфные, рядные с наддувом дизели. Информация о судовых дизелях имеется в книге Ю.Я.Фомин, А.И.Горбань и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л. Судостроение, 1988 г., стр.38., стр.128., 131., 124., таблица 4.4. Как видно из таблицы 4.4, недостатком крейцкопфного двигателя является его размер по высоте и высокий уровень вибрации, передающийся на корпус судна, что создает дискомфорт для экипажа судна.
Известен двигатель внутреннего сгорания по заявке №2003109116. Этот двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр, поршень, шток, траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов, а верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных с возможностью вращения навстречу друг другу параллельно, установлены оба коленчатых вала на уровне поршня, находящегося в нижней мертвой точке по обе стороны блока цилиндров, станина двигателя выполнена в виде решетки из поперечных и двух продольных балок, при этом число поперечных балок равно числу коренных подшипников коленчатого вала.
Недостатком этого двигателя является то, что блок цилиндров установлен на станине двигателя, из-за чего коленчатые валы лежат не на оптимальной высоте. Кроме того, в двигателе не предусмотрено уравновешивание сил инерции II порядка.
Задачей настоящего изобретения является изменение конструкции остова двигателя и блока цилиндров с тем, чтобы оси коленчатых валов двигателя разместились на середине между верхней и нижней мертвой точкой поршня, нейтрализовать вибрацию двигателя которую вызывают силы инерции II порядка, получить силовую схему дизельного двигателя одноцилиндрового исполнения, уравновешенного и для широкого ряда мощностей.
Указанная цель достигается в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, поршень, шток, траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов. При этом верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных параллельно по обе стороны блока цилиндров с возможностью вращения навстречу друг другу. Согласно изобретению станина двигателя выполнена из блока цилиндров с приливами-кронштейнами по числу коренных подшипников, а концы кронштейнов соединены двумя продольными балками. На станине установлены два вала с противовесами с возможной частотой вращения в два раза больше, чем обороты коленчатого вала.
Блок цилиндров изготавливают с приливами-кронштейнами по обе стороны блока цилиндров с тем, чтобы на кронштейнах сверху разместились опоры коренных подшипников двух коленчатых валов и оси коленчатых валов были при этом на середине хода поршня, а рядом и выше установлены два дополнительных вала с противовесами для нейтрализации сил инерции II порядка кривошинно-шатунного механизма.
В редукторе для синхронизации вращения обоих коленчатых валов и обеспечения их встречного вращения установлены две шестерни привода дополнительных валов с противовесами, с возможностью вращаться встречно и с удвоенной угловой скоростью по отношению к коленчатым валам.
На фиг.1 изображена силовая схема двигателя внутреннего сгорания с двумя коленчатыми валами.
Двигатель имеет блок цилиндров 1, заодно с блоком отлиты кронштейны 2, число кронштейнов равно числу коренных подшипников, концы кронштейнов 2 связаны двумя продольными балками 3. Таким образом остов двигателя образован монолитной конструкцией из блока цилиндров 1, кронштейнов 2 и продольных балок 3. Ниже блока цилиндров 1 лежит плита 4, на которой по центру установлен сальник 5. По сальнику 5 перемещается шток 6, на верхнем конце штока 6 закреплен поршень 7, на нижнем конце штока 6 закреплена траверса 8. На обоих концах траверсы 8 установлены пальцы 9, которые подвижно соединены с нижними головками шатунов 10, верхние головки шатунов 10 подвижно соединены с шатунными шейками коленчатых валов 11. Два коленчатых вала 11 установлены по обе стороны блока цилиндров параллельно друг другу на кронштейнах 2. Поршень 6 перемещается в цилиндре 12, установленном в блоке цилиндров 1. На кронштейнах 2 рядом с коренными подшипниками коленчатых валов 11 устанавливаются два дополнительных вала 13 с противовесами, которые приводятся во вращение от шестерен в редукторе двигателя.
На фиг.2 изображена схема редуктора двигателя.
Редуктор имеет шестерни 14 и 15, соединенные с выходными концами коленчатых валов 11, две шестерни 16 и 17 являются паразитными и нужны для обеспечения встречного вращения коленчатых валов 11 и для снижения диаметров колес 14 и 15. Шестерни 18 и 19 служат для привода дополнительных валов 13 с противовесами.
Двигатель работает следующим образом.
Когда поршень 7 находится в нижней мертвой точке в цилиндре 12 идет продувка цилиндра, через выхлопной клапан уходит отработанные газы, через продувочные окна в нижней части цилиндра поступает от нагнетателя свежий воздух, при движении поршня вверх перекрываются продувочные окна и закрывается выхлопной клапан. Воздух в цилиндре сжимается и при этом растут давление и температура воздуха, которая обеспечивает надежное воспламенение дизельного топлива впрыскиваемого в цилиндр 12 форсункой за 5-10° до верхней мертвой точки. Сгорающее топливо поднимает температуру и давление газов в камере сгорания, и поршень 7 двигается вниз с ускорением, при этом траверса 8 тянет вниз шатуны 10, которые с ускорением проворачивают кривошипы коленчатых валов 11. По приходу поршня 7 в нижнюю мертвую точку открывается выхлопной клапан в головке цилиндра и продувочные окна в нижней части цилиндра 12, в этот момент идет продувка цилиндра свежим зарядом воздуха и выброс отработанных газов. Накопившие за время рабочего хода кинетическую энергию коленчатые валы 11 продолжают свое вращение и тянут вверх шатуны 10, те, в свою очередь, поднимают вверх траверсу 8, шток 6 и поршень 7, который сжимает воздух в цилиндре, подготавливая следующий рабочий ход. В этом двигателе шатуны 10 никогда не работают на сжатие, они подвергаются только растяжению, что позволяет изготавливать их упрощенными.
Из силовой схемы видно, что двигатель стал короче по высоте на длину шатуна. Для судового двигателя эта силовая схема удобна еще и тем, что при совмещенных осях коленчатого вала двигателя и вала винта судна, часть двигателя оказывается ниже оси вала винта (в трюме), что благоприятно скажется на снижении центра тяжести судна и улучшит остойчивость судна.
В этом двигателе нет нормальной силы, действующей на крейцкопф и на направляющие крейцкопфа, нормальные силы от головок шатунов 10 действуют на траверсу 8 и гасят друг друга. Таким образом двигатель освобожден от одного очага вибрации. При этой силовой схеме уравновешивание сил инерции I порядка происходит противовесами на щеках шатунных шеек на каждом цилиндре, уравновешивание можно сделать на 100%.
Таким образом двигатель освобожден от второго очага вибрации. Для того чтобы уравновесить силы инерции II порядка на двигателе установлены два дополнительных вала 13 с противовесами, которые вращаются встречно и имеют угловую скорость в два раза больше, чем скорость коленчатого вала, при этом можно уравновесить силы инерции II порядка на 100%. Таким образом двигатель освобожден от третьего очага вибрации.
В этот двигатель идеально вписывается система уравновешивания Ланчестера для одноцилиндрового двигателя, описанная в книге О.Н.Лебедев, В.А.Сомов, С.А.Калашников. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М.: Транспорт, 1990 г., стр.263-266, рис. 4.12.
Таким образом предложенный 2-х вальный одноцилиндровый уравновешенный двигатель может строиться от мощности 1 кВт и до мощности 4000 кВт.
Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, поршень, шток, траверсу, на концах которой установлены пальцы, подвижно соединенные с двумя нижними головками шатунов, а верхние головки шатунов подвижно соединены с шатунными шейками двух коленчатых валов, установленных с возможностью вращения навстречу друг другу параллельно по обе стороны блока цилиндров, отличающийся тем, что станина двигателя выполнена из блока цилиндров с приливами-кронштейнами по числу коренных подшипников, а концы кронштейнов соединены двумя продольными балками, на станине установлены два вала с противовесами с возможной частотой вращения в два раза больше, чем обороты коленчатого вала.
