Двигатель внутреннего сгорания

Изобретение направлено на получение двигателя внутреннего сгорания (ДВС), стабильно работающего во всех диапазонах нагрузки и оборотов коленчатого вала, без "потерь Миллера", по четырехтактному циклу, в котором степень расширения больше, чем степень сжатия, с возможностью реализации при этом рабочего процесса (РП), как Отто, так и Дизеля за два оборота коленчатого вала. Указанный технический результат достигается тем, что ДВС, содержащий механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, посредством плоско-параллельного движения рычага-коромысла, имеющего опорный конец, шарнирно связанный с корректирующим кривошипом, при этом другой его конец соединен с помощью поршневого шатуна с поршнем, находящимся в цилиндре, который размещен в блок-картере, причем рычаг-коромысло имеет в своем корпусе ось, шарнирно соединенную через шатун с кривошипом коленчатого вала, при этом поршневой шатун соединен с рычагом-коромыслом через фиксируемый эксцентриковый шарнир, опорный конец рычага-коромысла сочленен шарнирно с эксцентриковым валом, связанным с коленчатым валом посредством шестеренного привода, для обеспечения синхронного вращения с угловой скоростью в два раза меньшей скорости коленчатого вала. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области двигателестроения, а именно к поршневым четырехтактным двигателям внутреннего сгорания (ДВС), например Дизелям.

По мнению ученых (см. Кутенёв В.Ф., Зленко М.А., Тер-Мкртичьян Г.Г. "Управление движением поршней - неиспользуемый резерв улучшения мощностных и экономических показателей дизеля" Автомобильная промышленность №11, 1998 г.), именно традиционный кривошипно-шатунный механизм (КШМ) препятствует дальнейшему улучшению параметров двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Известен - двигатель Джеймса Аткинсона (James Atkinson) (американские патенты №336505 от 16.02.1886 г. и №367496 от 02.08.1887 г.) - имеющий механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, и реализующий обычный четырехтактный рабочий цикл за один оборот, вместо двух оборотов, коленчатого вала, и в котором такты "впуска" и "сжатия" - короче тактов "расширения" и "выпуска", что обеспечивает большую степень расширения рабочего тела, в сравнении с его степенью сжатия, следствием чего является более полное использование энергии рабочего тела, или большая экономичность ДВС. К недостаткам ДВС по циклу Аткинсона следует отнести - нестабильность его работы на малых оборотах из-за меньшей, чем у двигателя Отто, мощности, и значительно больший удельный вес на единицу полученной мощности в сравнении с ДВС на основе традиционного КШМ.

Известен также ДВС с организацией рабочего процесса (РП) по циклу Ральфа Миллера (Ralph Miller) (американский патент №2670595 от 02.03.1954), в котором степень расширения достигает большей величины по сравнению со степенью сжатия - ценой частичного вытеснения воздушного заряда обратно во впускной коллектор, получивший название "потери Миллера", при этом работа двигателя осуществляется по традиционному четырехтактному циклу - за два оборота коленчатого вала. Недостатком ДВС с таким РП - является значительно больший удельный вес на единицу полученной мощности в сравнении с ДВС на основе традиционного КШМ и уменьшение мощности при высоких оборотах, по причине худшего наполнения цилиндров. Стоит отметить, что усовершенствованный РП МИЛЛЕРА используется в ДВС на некоторых автомобилях массового производства, при оборотах холостого хода и средних оборотах. Так MAZDA SKYACTIV, на низких оборотах работает по РП МИЛЛЕРА, а на высоких по циклу ОТТО. В чистом виде - РП МИЛЛЕРА работает в ДВС на гибридах ТОЙОТА.

Оба ДВС, с циклами АТКИНСОНА и МИЛЛЕРА, - аналогичны в том, что в них реализуется РП, при котором - степень "расширения" больше, чем степень "сжатия".

Наиболее близким к заявленному техническому решению является "Поршневая машина" (См. А.С. №909229; опубл. 28.02.1988 г.). Данное техническое решение основано на 5-ти звеном механизме, и содержит механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала посредством плоскопараллельного движения рычага-коромысла, имеющего опорный конец, шарнирно связанный с корректирующим кривошипом, а другой его конец соединен с помощью поршневого шатуна с поршнем, находящимся в цилиндре, размещенном в блок-картере, при этом рычаг-коромысло имеет в своем корпусе ось, шарнирно соединенную через шатун с кривошипом коленчатого вала.

Данное техническое решение обеспечивает увеличение диапазона регулирования рабочего объема, или степени сжатия ДВС, однако оно не обеспечивает возможность работы ДВС по циклу Дизеля.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого изобретения, является - получение ДВС:

- Стабильно работающего во всех диапазонах нагрузки и оборотов коленчатого вала, без "потерь Миллера", по четырехтактному циклу, в котором - степень расширения больше, чем степень сжатия, с возможностью реализации при этом РП, как Отто, так и Дизеля за два оборота коленчатого вала;

- С уровнем точности производства силовых звеньев - ниже, в сравнении с аналогичными деталями классического КШМ, особенно для Дизеля.

Технический результат достигается тем, что ДВС, содержит механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, посредством плоскопараллельного движения рычага-коромысла, имеющего опорный конец, сочлененный шарнирно с эксцентриковым валом, который связан с коленчатым валом посредством шестеренного привода для обеспечения синхронного вращения с угловой скоростью в два раза меньшей скорости коленчатого вала, а другой конец рычага-коромысла - соединен через фиксируемый эксцентриковый шарнир, с поршневым шатуном и поршнем, находящемся в цилиндре, размещенном в блок-картере, причем в корпусе рычага-коромысла имеется ось, шарнирно соединенная через шатун с кривошипом коленчатого вала.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 - представлена кинематическая схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - поперечный разрез конструкции многоцилиндрового ДВС.

Предлагаемая конструкция ДВС содержит - блок - картер 1, с размещенным в нем цилиндром с поршнем 2 и поршневым шатуном 3, соединенным, посредством фиксируемого эксцентрикового шарнира 4, с рычагом-коромыслом 5, который в свою очередь содержит в своем корпусе шарнир с осью 6, которая через шатун 7 соединена с кривошипом коленчатого вала 8, причем опорный конец 9 рычага-коромысла 5, сочленен шарнирно с эксцентриковым валом 10, закрепленным на блок-картере 1 через свой корпус, который связан с коленчатым валом 8 посредством шестеренного привода 11 для обеспечения синхронного вращения с угловой скоростью в два раза меньшей скорости коленчатого вала - с целью получения специально подобранной кинематики поршня, обеспечивающей - большую степень расширения рабочего тела, чем его степень сжатия, для более эффективного использования энергии от сгорания топлива.

Предлагаемый ДВС функционирует следующим образом.

Поршень 2, под воздействием расширяющихся газов, давит через поршневой шатун 3 на фиксируемый эксцентриковый шарнир 4, сочлененный с рычагом-коромыслом 5, поворачивая его относительно оси, принадлежащего ему опорного конца 9, который, будучи шарнирно связанным с эксцентриковым валом 10, вращающимся синхронно с коленчатым валом 8, благодаря шестеренному приводу 11, совершает круговое движение с угловой скоростью в два раза меньшей, чем угловая скорость коленчатого вала 8, одновременно с этим шарнир с осью 6, расположенный в корпусе рычага-коромысла 5, через шатун 7 воздействует на кривошип коленчатого вала 8, - проворачивая его для совершения работы, и в тоже время, сообщая ему запас энергии вращения - для осуществления трех - последующих тактов РП ДВС, при этом, весь рычаг-коромысло 5, совершает сложное плоско-параллельное движение, которое передается через фиксируемый эксцентриковый шарнир 4 и поршневой шатун 3 - поршню 2, обеспечивая ему необходимую, специально подобранную кинематику движения - когда на такте "впуска", ход от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), он совершает штатный ход в соответствии с рабочим объемом цилиндра, также, как и на такте "сжатия", при ходе от НМТ к ВМТ, но на такте "рабочий ход" - поршень 2 проходит больший путь, то есть степень расширения в этом случае существенно превышает степень сжатия, что в соответствии с научными положениями теории тепловых машин по ДВС - повышает индикаторный коэффициент полезного действия (КПД). Такт "выпуска" отработавших газов, следующий за "рабочим ходом", соответственно равен по величине "рабочему ходу". Конкретная величина превышения такта "рабочий ход"/"выпуск" над тактом "впуск''/сжатие" определяется радиусом вращения смещенной шейки эксцентрикового вала 10 и подбирается для каждого типа двигателя индивидуально, в зависимости от типа РП, его назначения и т.д. Величина эксцентриситета может иметь ограничения только по предельно допустимым удельным нагрузкам в подшипниках шарнирных соединений силовых звеньев преобразующего механизма, и общих габаритах двигателя, которые зависят от его предназначения.

Назначение фиксируемого эксцентрика состоит в том, что фиксируемый эксцентриковый шарнир 4, или регулируемое звено, посредством которого поршневой шатун 3 соединен с рычагом-коромыслом 5, - представляет собой проворачивающийся эксцентрик с зажимным приспособлением. Положение эксцентрика, после манипуляций по настройке над поршневого зазора S (минимально возможного для Дизеля и оптимального для ОТТО), фиксируется зажимным приспособлением в нужном угловом положении при сборке двигателя, а также в процессе его эксплуатации, по мере необходимости. Наличие регулируемого звена в механизме преобразования, позволяет исключить влияние на величину над поршневого зазора, - точности изготовления линейных размеров всех силовых звеньев механизма, что в свою очередь - значительно упрощает их производство и делает ДВС, например Дизель, с механизмом преобразования по предлагаемому изобретению - более технологичным, в сравнении с Дизелями на основе традиционного КШМ.

Кинематическая схема предлагаемого механизма, не выявляет возможностей ее реализации, поэтому к ней прилагается эскиз поперечного сечения многоцилиндрового ДВС, см. фиг. 2, который является демонстрацией компоновочных возможностей предлагаемого двигателя, вызывающих интерес у конструкторов в его использовании на разрабатываемой ими установке. Предлагаемый ДВС - выполнен по оригинальной конструктивной схеме, где каждый последующий цилиндр, за изображенным на эскизе, - снабжен механизмом преобразования, также как головками цилиндров, и другими механизмами, в чередовании с одной и другой стороны относительно оси коленчатого вала. Такой поочередный тип расположения поршней, с рычагами-коромыслами, приводящими их в движение, и работающими в противофазе, обеспечивают автоматическую динамическую уравновешенность двигателя с обычной установкой крайних выносных противовесов на коленчатом валу, при этом расположение оси коленчатого вала должно быть строго симметрично всей конструкторской композиции, и перпендикулярно эскизу, а оси цилиндров - могут находиться в горизонтальной или вертикальной плоскостях, в зависимости от приспособленности ДВС к удобству использования, но количество цилиндров в нем, должно быть кратно 2, и каждая пара цилиндров - должна работать в противофазе.

Другие компоновочные решения, касающиеся, в том числе, соразмерности величин звеньев, составляющих механизм преобразования, могут иметь ограничения только по предельно допустимым удельным нагрузкам в подшипниках силовых звеньев, в соответствии с предназначением конкретного типа двигателя.

Производство предлагаемого ДВС может быть успешно реализовано с помощью технологических процессов, применяемых в современном двигателестроении, и не требует увеличения точности изготовления силовых звеньев.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала посредством плоскопараллельного движения рычага-коромысла, имеющего опорный конец, шарнирно связанный с корректирующим кривошипом, при этом другой его конец соединен с помощью поршневого шатуна с поршнем, находящимся в цилиндре, который размещен в блок-картере, причем рычаг-коромысло имеет в своем корпусе ось, шарнирно соединенную через шатун с кривошипом коленчатого вала, отличающийся тем, что в нем поршневой шатун соединен с рычагом-коромыслом через фиксируемый эксцентриковый шарнир, опорный конец рычага-коромысла сочленен шарнирно с эксцентриковым валом, связанным с коленчатым валом посредством шестеренного привода, для обеспечения синхронного вращения с угловой скоростью в два раза меньшей скорости коленчатого вала.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое техническое решение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортной технике, а также в составе гибридной силовой установки автомобиля.

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия. Вал (20) управления механизма переменной степени сжатия координируется со вспомогательным валом (25) устройства (1) актуатора через промежуточное звено (31).

Изобретение относится к машиностроению, в частности к бескривошипным двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано при создании объемных компрессоров и насосов.

Предлагаемый поршневой двухтактный двигатель относится к машиностроению. Поршневой двухтактный двигатель состоит из корпуса с цилиндрами, поршней, механизма преобразования вращательного движения вала в поступательное движение поршня и отличается тем, что на прямолинейном валу с эксцентриками и квадратами на эксцентриках, штоки с пазами и опорными плоскостями, расположенными под углом от 10 до 30° к оси штоков, двигаются в опорных втулках корпуса, определяющих положение и направление движения, поршни с камерами сгорания двигаются, не касаясь стенок цилиндров, штоки передают движение квадрату, вращающемуся на оси эксцентрика, и передают кинетическую энергию движения через квадрат оси эксцентрика и от одного штока к другому, продуваются цилиндры с камерами сгорания чистым сжатым воздухом, а охлаждаются воздухом, смешанным с водяным паром из ресивера и подпоршневого объема.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель включает в себя вал двигателя и поршень, выполненный с возможностью выполнять возвратно-поступательное движение в камере цилиндра, имеющей ось, каждый поршень имеет первую часть поршня и шток поршня, чтобы двигаться синхронно с или отдельно от второй части поршня, чтобы задавать ходы поршня для различных тепловых функций двигателя.

Изобретение относится к способу закручивания болтов для нижних тяг в двигателе внутреннего сгорания, содержащем многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм.

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, включающему в себя механизм переменной степени сжатия. Стопор (32) включает в себя боковую стенку (33) на одной торцевой стороне, расположенную напротив одной торцевой поверхности пальца тяги на стороне управляющего вала независимо от позиции вращения управляющего вала; боковую стенку (34) на другой торцевой стороне, расположенную напротив другой торцевой поверхности пальца тяги на стороне управляющего вала независимо от позиции вращения управляющего вала; фланец (36) на одной торцевой стороне, закрепленный на верхнем маслосборнике (23); и фланец (37) на другой торцевой стороне, закрепленный на верхнем маслосборнике (23).

Изобретение относится к области машиностроения, энергетики и может быть использовано для преобразования механической энергии колебаний и энергии двигателей внутреннего сгорания в энергию вращения вала транспортного средства или генератора электрической энергии.

Группа изобретений относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя благодаря регулированию степени сжатия и времени управления клапанами.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при повышении эффективности работы поршневого двигателя внутреннего сгорания. Технический результат заключается в повышении эффективности работы двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в производстве двухтактных двигателей внутреннего сгорания.

Двигатель с поршнями, которые движутся в противоположных направлениях, который формирует невязкий слой между поршнями и стенками соответствующих цилиндров. В одном аспекте двигатель с поршнями, которые движутся в противоположных направлениях, использует кулисный механизм, который содержит жестко соединенные поршни сгорания, которые движутся в противоположных направлениях.

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.

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 направлено на получение двигателя внутреннего сгорания, стабильно работающего во всех диапазонах нагрузки и оборотов коленчатого вала, без потерь Миллера, по четырехтактному циклу, в котором степень расширения больше, чем степень сжатия, с возможностью реализации при этом рабочего процесса, как Отто, так и Дизеля за два оборота коленчатого вала. Указанный технический результат достигается тем, что ДВС, содержащий механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала, посредством плоско-параллельного движения рычага-коромысла, имеющего опорный конец, шарнирно связанный с корректирующим кривошипом, при этом другой его конец соединен с помощью поршневого шатуна с поршнем, находящимся в цилиндре, который размещен в блок-картере, причем рычаг-коромысло имеет в своем корпусе ось, шарнирно соединенную через шатун с кривошипом коленчатого вала, при этом поршневой шатун соединен с рычагом-коромыслом через фиксируемый эксцентриковый шарнир, опорный конец рычага-коромысла сочленен шарнирно с эксцентриковым валом, связанным с коленчатым валом посредством шестеренного привода, для обеспечения синхронного вращения с угловой скоростью в два раза меньшей скорости коленчатого вала. 2 ил.

Наверх