Двигатель внутреннего сгорания для инструментов ударного действия
Владельцы патента RU 2730632:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) (RU)
Изобретение может быть использовано в устройствах ударного действия с возвратно-поступательным движением рабочего органа. Двигатель внутреннего сгорания для инструментов ударного действия содержит цилиндрический корпус (1) с крышкой (2) и дном (3), размещенные в корпусе (1) главный поршень (4) и подпружиненный в осевом направлении поршень-ударник (7). Камера сгорания (8) расположена под крышкой (2) корпуса. Основная подпоршневая полость (9) расположена между главным поршнем (4) и поршнем-ударником (7). Дополнительная подпоршневая полость образована вторым торцом поршня-ударника (7) и дном (3) с установленной в дополнительной подпоршневой полости возвратной пружиной (6) и хвостовиком (11) рабочего инструмента. В цилиндрическом корпусе (1) размещены продувочные и перепускной каналы (12) и (13), блок управления (14), аккумулятор (15), система зажигания, топливная система и электрический генератор. Цилиндрический корпус (1) и главный поршень (4) выполнены из магнитного материала. Кольцевые сердечники электрического генератора выполнены двутаврового сечения. Постоянные магниты выполнены кольцевыми, расположены по обеим сторонам сердечников и охватывают главный поршень (4). На главном поршне (4) выполнены кольцевые канавки, заполненные немагнитным материалом. Технический результат заключается в повышении надежности и износостойкости двигателя. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано в устройствах ударного действия с возвратно-поступательным движением рабочего органа, например, в отбойных молотках, вибраторах, трамбовках.
Известен ДВС для инструментов ударного действия, содержащий цилиндрический корпус с закрепленной в нем гильзой, в гильзу помещен поршень, шарнирно соединенный с шатуном, на другом конце которого имеется головка с осевым буферным стволом (см. А.с. СССР №1523331, МПК В25Д 9/10, опубл. 1987 г.). Недостатком такой конструкции является низкая надежность работы.
Известен также ДВС для инструментов ударного действия, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и дном, размещенный в корпусе подпружиненной поршень-ударник, камеру сгорания, подпоршневую полость с установленной в ней возвратной пружиной и хвостовиком рабочего инструмента (см. А.с. СССР №656825. МПК В25Д 9/10, опубл. 1979 г.). Недостатками этой конструкции является низкий КПД и надежность работы в связи со сложностью конструкции.
Наиболее близким техническим решением является ДВС для инструментов ударного действия, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и дном, размещенные в корпусе главный поршень и подпружиненный в осевом направлении поршень-ударник, камеру сгорания под крышкой корпуса, подпоршневую полость, образованную вторым торцом поршня-ударника и дном с установленной в поршневой полости возвратной пружиной и хвостовиком рабочего инструмента. В цилиндрическом корпусе выполнены продувочные и перепускной каналы. ДВС имеет блок управления, аккумулятор, систему зажигания, электрический генератор, содержащий электрическую обмотку и постоянный магнит (см. А.с. РФ №2542708. МПК F02B 63/02, F02B 71/04, В25Д 9/10, опубл. 27.02.2015 г.).
Недостатками ДВС для инструментов ударного действия являются низкий КПД его работы в связи с отсутствием уплотнения между главным поршнем и цилиндрическим корпусом и недостаточным мощностным потоком между постоянным магнитом и электрической обмоткой, низкая надежность работы двигателя, износостойкость цилиндрического корпуса и главного поршня, изготовленных из немагнитных материалов.
Технической задачей является повышение КПД, надежности и износостойкости ДВС для инструментов ударного действия.
Техническая задача достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания для инструментов ударного действия, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и дном, размещенные в корпусе главный поршень и подпружиненный в осевом направлении поршень-ударник, камеру сгорания под крышкой корпуса, основную подпоршневую полость между главным поршнем и поршнем-ударником, дополнительную подпоршневую полость, образованную вторым торцом поршня-ударника и дном, с установленной в дополнительной подпоршневой полости возвратной пружиной и хвостовиком рабочего инструмента, выполненные в цилиндрическом корпусе продувочные и перепускной каналы, блок управления, аккумулятор, систему зажигания, топливную систему, электрический генератор, причем цилиндрический корпус и главный поршень выполнены из магнитного материала, кольцевые сердечники электрического генератора, выполненные двутаврового сечения, и постоянные магниты, выполненные кольцевыми, и расположенные по обеим сторонам сердечников, охватывают главный поршень, на котором выполнены кольцевые канавки, заполненные немагнитным материалом. В качестве материала кольцевых постоянных магнитов используют сплав из неодим-железа-бора.
Длина прорезей кольцевых сердечников двутаврового сечения равна длине канавок главного поршня и толщине кольцевых постоянных магнитов, а толщина полок кольцевых сердечников двутаврового сечения равна толщине выступов главного поршня. Прорези кольцевых сердечников двутаврового сечения со стороны главного поршня заполнены немагнитным материалом.
Технический результат заключается в повышении КПД, надежности и износостойкости двигателя внутреннего сгорания для инструментов ударного действия. Увеличение КПД двигателя достигается за счет надежного уплотнения главного поршня уплотнительными кольцами. Повышение надежности двигателя обеспечивается выполнением цилиндрического корпуса и главного поршня из ферромагнитных материалов (сталь, чугун), обладающих высокими прочностными характеристиками при высоких температурах и хорошей износостойкостью. Наличие электрического генератора позволяет не только обеспечить зарядку электрического аккумулятора ДВС для инструментов ударного действия, но и обеспечить освещение объектов, на которых используется ДВС.
Сущность устройства поясняется следующими графическими материалами.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого двигателя внутреннего сгорания для инструментов ударного действия; на фиг. 2 - схема электрического генератора.
Двигатель (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1 с крышкой 2 и дном 3, размещенные в корпусе 1 главный поршень 4 с выступами 5 и подпружиненный в осевом направлении пружиной 6 поршень-ударник 7. Под крышкой 2 корпуса 1 находится камера сгорания 8, между главным поршнем 4 и поршнем-ударником 7 - основная подпоршневая полость 9 и между торцом поршня-ударника 7 и дном 3 - дополнительная подпоршневая полость 10.
В дне 3 установлен хвостовик 11 рабочего инструмента. В цилиндрическом корпусе 1 расположены продувочные каналы 12 и перепускной канал 13.
Двигатель имеет блок 14 управления, электрический аккумулятор 15, топливную систему, состоящую из топливного насоса 16 с форсункой 17, систему зажигания, состоящую из катушки 18 зажигания и электрической свечи 19. Главный поршень 4 имеет опоры 20.
В дополнительной подпоршневой полости 10 между поршнем-ударником 7 и дном 3 установлена возвратная пружина 6 соосно с хвостовиком 11 рабочего инструмента, выходящим через отверстие в дне 3 наружу.
Двигатель снабжен электрическим генератором. Электрический генератор (фиг. 2) содержит кольцевые сердечники 21 двутаврового сечения с электрическими обмотками, и постоянные магниты 22, также выполненные кольцевыми, расположенные по обеим сторонам сердечников 21 и охватывающие главный поршень 4, снабженный уплотнительными кольцами 23. В качестве кольцевых постоянных магнитов 22 может использоваться сплав из неодим-железа-бора. На главном поршне 4 выполнены кольцевые канавки 24, заполненные немагнитным материалом, например, сплавом на основе алюминия. Прорези кольцевых сердечников 21 со стороны главного поршня 4 имеют кольцевые вставки 25, выполненные из немагнитного материала, например, из алюминия.
Цилиндрический корпус 1 и главный поршень 4 выполнены из магнитных материалов, например, из стали или чугуна.
Кольцевые сердечники 21 имеют прорези длиной «h» и полки толщиной «К». Длина кольцевых канавок 24 главного поршня 4 составляют величину «Н». Толщина выступов 5 главного поршня 4 равна «m». Толщина кольцевых постоянных магнитов 22 составляет величину «С». Длина прорезей «h» кольцевых сердечников 21 равна длине «Н» канавок 24 главного поршня 4 и толщине «С» кольцевых постоянных магнитов 22, а толщина «К» полок кольцевых сердечников 21 равна толщине выступов «m» главного поршня 4.
Двигатель внутреннего сгорания для инструментов ударного действия работает следующим образом.
Перед запуском двигателя главный поршень 4 своими опорами 20 касается поверхности поршня-ударника 7.
Для запуска двигателя внутреннего сгорания по сигналу от блока 14 управления электрический ток от электрического аккумулятора 15 поступает к сердечникам 21 электрического генератора, благодаря чему вокруг выполненного из магнитного материала главного поршня 4 возникает бегущее магнитное поле и главный поршень 4 перемещается по направлению к верхней мертвой точке (ВМТ), сжимая воздух в камере сгорания 8. Вблизи ВМТ в камеру сгорания 8 от топливного насоса 16 через форсунку 17 впрыскивается бензин, а через катушку 18 зажигания и электрическую свечу 19 проходит электрическая искра, воспламеняя горючую смесь.
Главный поршень 4 начинает перемещаться к нижней мертвой точке (НМТ). Главный поршень 4 открывает продувочные каналы 12, через которые отработавшие газы выходят из камеры сгорания 8 в атмосферу. При дальнейшем движении к НМТ главный поршень 4 вытесняет воздух из основной подпоршневой полости 9 через перепускной канал 13 в камеру сгорания 8. Происходит удаление остатков отработавших газов и продувка камеры сгорания 8. На всем протяжении перемещения главного поршня 4 от ВМТ к НМТ магнитные потоки кольцевых магнитов 22 генерируют ЭДС в обмотках кольцевых сердечников 21, снимаемую с электрических разъемов (на фиг. не показаны). Генерирование ЭДС проходит в тот промежуток времени, когда выступы 5 главного поршня 4 находятся вблизи полок кольцевых сердечников 21 (на фиг. 2 магнитные силовые линии показаны пунктиром). После пересечения нижней части главного поршня 4 перепускного канала 13 кинетическая энергия движения главного поршня 4 превращается в потенциальную энергию сжатого воздуха в основной подпоршневой полости 9. Часть этой потенциальной энергии превращается в кинетическую энергию движения поршня-ударника 7, в то время как главный поршень 4 перемещается вверх к ВМТ. При касании нижним торцом поршня-ударника 7 хвостовика 11 рабочего инструмента происходит рабочее воздействие.
При этом главный поршень 4 под действием давления сжатого воздуха перемещается к ВМТ. На всем протяжении от НМТ до ВМТ магнитные потоки кольцевых магнитов 22 вновь генерируют ЭДС в обмотках кольцевых сердечников 21. Герметичность камеры сгорания 8 обеспечивается уплотнительными кольцами 23 главного поршня 4.
Наличие электрического генератора позволяет не только обеспечить зарядку электрического аккумулятора ДВС для инструментов ударного действия, но и обеспечить освещение объектов, на которых используется ДВС.
Использование предлагаемого технического решения способствует повышению КПД, надежности и износостойкости двигателя внутреннего сгорания для инструментов ударного действия. Увеличение КПД двигателя достигается за счет надежного уплотнения главного поршня уплотнительными кольцами. Повышение надежности двигателя обеспечивается выполнением цилиндрического корпуса и главного поршня из ферромагнитных материалов (сталь, чугун), обладающих высокими прочностными характеристиками при высоких температурах и хорошей износостойкостью.
1. Двигатель внутреннего сгорания для инструментов ударного действия, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и дном, размещенные в корпусе главный поршень и подпружиненный в осевом направлении поршень-ударник, камеру сгорания под крышкой корпуса, основную подпоршневую полость между главным поршнем и поршнем-ударником, дополнительную подпоршневую полость, образованную вторым торцом поршня-ударника и дном, с установленной в дополнительной подпоршневой полости возвратной пружиной и хвостовиком рабочего инструмента, выполненные в цилиндрическом корпусе продувочные и перепускной каналы, блок управления, аккумулятор, систему зажигания, топливную систему, электрический генератор, отличающийся тем, что цилиндрический корпус и главный поршень выполнены из магнитного материала, кольцевые сердечники электрического генератора, выполненные двутаврового сечения, и постоянные магниты, выполненные кольцевыми и расположенные по обеим сторонам сердечников, охватывают главный поршень, на котором выполнены кольцевые канавки, заполненные немагнитным материалом.
2. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала кольцевых постоянных магнитов используют сплав из неодим-железа-бора.
3. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что длина прорезей кольцевых сердечников двутаврового сечения равна длине канавок главного поршня и толщине кольцевых постоянных магнитов, а толщина полок кольцевых сердечников двутаврового сечения равна толщине выступов главного поршня.
4. Двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что прорези кольцевых сердечников двутаврового сечения со стороны главного поршня заполнены немагнитным материалом.
