BG112405A - Бутален двигател с вътрешно горене - Google Patents

Abstract

Настоящото изобретение се отнася до двигател с вътрешно горене, който ще намери приложение в транспортната техника и по-специално при задвижване на различни превозни средства. Създаденият двигател с вътрешно горене, включва картер (26), цилиндров блок (12) с монтирани в него работни цилиндри, разположени в кръг около оста на основен вал (5), и коляно-мотовилкови механизми (1) за всеки цилиндър. Всеки коляно-мотовилков механизъм (1) е съставен от коляно (18), коляно-мотовилкова става (16), мотовилка (15) и бутало (13). Всяка мотовилка (15) в горния си край чрез бутален болт (14) е подвижно съединена със съответното бутало (13), а в долния си край мотовилката (15) е свързана подвижно с коляно-мотовилковата става (16), осъществяваща движение по овална траектория, насочвана от направляващи канали (19) с правоъгълно напречно сечение, изработени върху вътрешната повърхност на два броя направляващи дискове (17) за всеки работен цилиндър. Всяка коляно-мотовилкова става (16) е свързана и с коляното (18) за преобразуване на възвратно-постъпателното движение на буталото (13) във въртеливо движение на изходящия вал (2). На всеки изходящ вал (2) е монтирано конусно зъбно колело (3), зацепено с долен зъбен венец на основно зъбно колело (4), монтирано на основен вал (5). Към горния зъбен венец на основното зъбно колело (4) е зацепено изходящо зъбно колело (30), завъртащо основен изходящ вал (29). В горната част на буталото (13) са изработени канали, в които са поместени бутални сегменти (22), херметически затварящи работните цилиндри. Работните цилиндри са затворени отгоре от цилиндрова глава (10) с монтирани в нея всмукателни и изпускателни клапани (7) и (8), управлявани от газоразпределителен механизъм (6). В цилиндровата глава (10) са монтирани запалителни свещи (41) и е оформена горивна камера (11). Двигателят е снабден и с мазилна и охладителна системи.

Description

Област на приложение

Настоящото изобретение се отнася до двигател с вътрешно горене, който ще намери приложение в транспортната техника и по-специално при задвижване на различни превозни средства и други подвижни машини.

Предшестващо състояние на техниката

Буталните двигатели с вътрешно горене в зависимост от използваното гориво могат да бъдат бензинови или дизелови, а в зависимост от конструкцията могат да бъдат двутактови или четиритактови.

От практиката е известен бензинов четиритактов двигател с вътрешно горене, включващ картер, цилиндров блок с работни цилиндри и коляно мотовилков механизъм, съставен от колянов вал, мотовилка и бутало, който механизъм чрез коляновия вал и мотовилката превръща възвратно постъпателното движение на буталото във въртеливо движение. Мотовилката чрез бутален болт е подвижно съединена с буталото. В горната част на буталото са изработени канали, в които са поместени бутални сегменти, херметически затварящи работните цилиндри. Отгоре работните цилиндри са затворени от цилиндрова глава с монтирани в нея всмукателни и изпускателни клапани, чието движение се управлява от газоразпределителен механизъм, който служи за отваряне на клапаните в точно определен момент с цел напълване на цилиндрите с прясна горивна смес (въздух + гориво) и изчистването им от отработените газове. В цилиндровата глава е оформена горивна камера и са монтирани запалителни свещи за подаване на искра. Газоразпределителният механизъм е свързан с коляновия вал и се движи синхронно с него.

Известният двигател е снабден и с мазилна и охладителна системи, които му осигуряват необходимия топлинен режим на работа, при който е намалено триенето и износването на елементите, от които е изграден. Освен това, се отстраняват и отделените механични частици и нагар от триещите се повърхнини.

Известният двигател е с усложнена конструкция, с висок коефициент на механични и топлинни загуби, поради което е с нисък коефициент на полезно действие (КПД). Освен това, при известния двигател са налице завишени експлоатационни разходи за консумация на гориво, смазочни и охлаждащи материали.

Техническа същност на изобретението

Задача на изобретението е да се създаде бутален двигател с вътрешно горене, който да е с компактна и опростена конструкция, осигуряваща лесна поддръжка, повишена експлоатационна сигурност и намалени топлинни и механични загуби, водещи до повишаване на КПД.

Задачата е решена като е създаден бутален двигател с вътрешно горене включващ картер, цилиндров блок с работни цилиндри и коляно - мотовилков механизъм, включващ мотовилка, подвижно съединена чрез бутален болт с бутало. В горната част на буталото са изработени канали, в които са поместени бутални сегменти, херметически затварящи работните цилиндри. Работните цилиндри са затворени отгоре от цилиндрова глава с монтирани в нея всмукателни и изпускателни клапани, управлявани от газоразпределителен механизъм. В цилиндровата глава са монтирани запалителни свещи и е оформена горивна камера, като двигателят е снабден и с мазилна и охладителна системи.

В създадения двигател, съгласно изобретението, работните цилиндри са разположени в кръг около оста на основен вал. Всеки работен цилиндър е снабден с коляно - мотовилков механизъм включващ и коляно - мотовилкова става, подвижно свързана с долния край на мотовилката и осъществяваща движение по овална траектория. Движението на коляно - мотовилковата става се насочва от направляващи канали с правоъгълно напречно сечение, изработени върху вътрешната повърхност на два броя направляващи дискове за всеки работен цилиндър. За всяка двойка направляващи дискове, направляващите канали са огледално ориентирани един към друг. Всяка коляно - мотовилкова става е свързана и с коляно за преобразуване на възвратно - постъпателното движение на буталото във въртеливо движение на изходящия вал. На всеки изходящ вал е монтирано конусно зъбно колело, като всяко конусно зъбно колело е зацепено с долен зъбен венец на основно зъбно колело, монтирано на основен вал. Към горния зъбен венец на основното зъбно колело е зацепено изходящо зъбно колело, завъртащо основен изходящ вал. На основният вал е монтиран и гърбичен диск от газоразпределителния механизъм. В цилиндровия блок е разположена всмукателна генерация, имаща формата на ринг и кръгло напречно сечение, захранвана с горивна смес през всмукател, а в цилиндровата глава е изработена изпускателна генерация, отвеждаща отработените газове към ауспух.

В създадения двигател всмукателните и изпускателни клапани от газоразпределителния механизъм са снабдени с клапанни пружини, задвижвани от направляващи клапанни чашки, взаимодействащи си с гърбиците от гърбичния диск. Гърбиците от гърбичния диск, за всеки от клапаните, са изработени в два концентрични гърбични канала, вътрешен за всмукателните клапани и външен за изпускателните клапани. Газоразпредепителният механизъм е снабден и с капак.

Предимство на създадения двигател е осигурената възможност за движение на коляно - мотовилковата става по овална траектория. Освен това, движението по овална траектория води до намаляване на механичните и топлинните загуби.

В конструкцията на така създадения двигател, вследствие завъртането на направляващите дискове се увеличава хода на буталото, което води до два ефекта: увеличаване работния обем на цилиндрите и намаляване обема на горивната камера, с което се повишава степента на сгъстяване на горивната смес.

Друго предимство е по - лесната поддръжка и експлоатационна сигурност поради наличието на отделна коляно - мотовилкова става за всеки работен цилиндър. Всички изброени предимства ще доведат до повишаване на общия коефициент на полезно действие на двигателя.

Описание на приложените фигури

Настоящото изобретение е илюстрирано на приложените фигури, където:

Фигура 1 представлява комбинация от полуизглед на бутален двигател с вътрешно горене и аксонометричен разрез през вертикалната ос на един цилиндър;

Фигура 2 - комбинация от поглед отгоре на цилиндрова глава и напречен разрез през оста на коляно - мотовилков механизъм и аксонометрично изображение на бутало и разпределителен механизъм;

Фигура 3 - надлъжен разрез през оста на един цилиндър;

Фигура 4 - изглед на коляно - мотовилков механизъм;

Фигура 4а - надлъжен разрез по А-А от фигура 4;

Фигура 5 - напречен разрез през оста на изходящ вал;

Фигура 6 - комбинация от полуразрези през оста на изходящ вал и на всмукателната генерация;

Фигура 7 - принципна схема на работните тактове на двигателя, съгласно изобретението; и

Фигура 7а - принципна схема на работните тактове на двигателя, при завъртане в посока обратна на часовниковата стрелка на блока от направляващи дискове.

Примери за изпълнение на изобретението

Създаденият бензинов четиритактов двигател с вътрешно горене, показан на фигура 1, включва картер 26, цилиндров блок 12 с изработени в него четири работни цилиндри и коляно - мотовилкови механизми 1 за всеки цилиндър. В конструкцията на новосъздадения двигател, цилиндрите се разположени в кръг около оста на основен вал 5, показано на фигури 2 и 6. Всеки коляно - мотовилков механизъм 1 е съставен от коляно 18, коляно мотовилкова става 16, мотовилка 15 и бутало 13, показано на фигури 3, 4 и 4а. Всяка мотовилка 15 в горния си край чрез бутален болт 14 е подвижно съединена със съответното бутало 13, а в долния си край мотовилката 15 е свързана подвижно с коляно - мотовилковата става 16.

Всяка коляно - мотовилкова става 16 се върти свободно около оста си, като обикаля планетарно по овална траектория, насочвана от направляващи канали 19 с правоъгълно напречно сечение, изработени върху вътрешната повърхност на направляващи дискове 17. Направляващите дискове 17 са по два броя за всеки работен цилиндър, като формират блок, който може да бъде завъртян в посока обратна на часовниковата стрелка (фигура 7а), с което се постига увеличаване на работния обем на цилиндъра и повишаване степента на сгъстяване на горивната смес. За всяка двойка направляващи дискове 17, направляващите канали 19 са огледално ориентирани един към друг така, че разположената в тях ос на коляно-мотовилковата става 16 да описва овална траектория. Освен това, ставата 16 извършва и възвратно-постъпателно движение в правоъгълен прорез, изрязан в коляното 18. По този начин механизмът 1 преобразува възвратно постъпателното движение на всяко бутало 13 във въртеливо движение, което се предава на изходящ вал 2 с монтирано на него конусно зъбно колело 3. Четирите конусни зъбни колела 3 са зацепени с долен зъбен венец на основно зъбно колело 4, монтирано на основния вал 5, в преводно отношение 2:1. Към горния зъбен венец на основното зъбно колело 4 е зацепено изходящо зъбно колело 30 в преводно отношение 1:2, завъртащо основен изходящ вал 29, към чийто външен фланец се монтират маховик и съединител, към който е включена скоростна кутия. Основният вал 5 предава директно и въртенето на гърбичен диск 24, монтиран на вала 5 посредством шпонкова връзка. По този начин не се налага използване на ангренажни зъбни или ремъчни предавки, което до голяма степен опростява конструкцията, повишава сигурността на работа на двигателя и улеснява значително ремонтните дейности. Към горния край на основния вал 5 могат да се прикачат устройствата на запалителната система, на инжекторна помпа или друго необходимо устройство.

В горната част на всяко бутало 13 са изработени канали, в които са поместени бутални сегменти 22, представляващи в случая пружинни пръстени, които херметически затварят работните цилиндри от цилиндровия блок 12. Отгоре работните цилиндри са затворени от цилиндрова глава 10 с монтирани в нея всмукателни и изпускателни клапани 7 и 8, чието движение се управлява от газоразпределителен механизъм 6. Газоразпределителният механизъм 6 управлява както отварянето на всмукателните клапани 7 в точно определен момент (при първи работен такт на двигателя) с цел напълване на цилиндрите с прясна горивна смес, така и отварянето на изпускателните клапани 8 (при четвърти работен такт на двигателя) за продухване и изхвърляне на изгорелите газове от цилиндрите. При затворено положение на клапаните 7 и 8 във всеки работен цилиндър се формира горивна камера 11, в която се осъществява горивния процес (при трети такт на работа на двигателя). Клапаните 7 и 8 са снабдени с клапанни пружини 9, поддържащи ги плътно затворени и осигуряващи херметичност на горивната камера 11. Клапанните пружини 9 позволяват гладко и стабилно движение на клапаните 7 и 8 при отваряне и затваряне под натиска на гърбиците от гърбичния диск 24, посредством направляващи клапанни чашки 23. Гърбиците от гърбичния диск 24 са изработени в два концентрични гърбични канала, по един за всеки от клапаните - вътрешен за всмукателен клапан 7 и външен за изпускателен клапан 8, които направляват свободно търкалящи се ролки. Оформена по този начин конструкцията на газоразпределителния механизъм 6 позволява предаване на движението чрез търкаляне, което води до намаляване на триенето, механичните загуби и износването на механизма. В цилиндровата глава 10 са завити запалителни свещи 41 за подаване на искра в горивната камера 11, за възпламеняване на компресираната горивна смес.

В цилиндровия блок 12 е разположена и всмукателна генерация 20, имаща формата на ринг и кръгло напречно сечение, показана на фигура 5. През всмукател 32 горивната смес от карбуратор се вкарва за циркулация във всмукателната генерация 20. Циркулиращата горивна смес се засмуква в предклапанни камери за постъпване в горивната камера 11 на всеки работен цилиндър, създавайки циклон. Наличието на всмукателната генерация 20 под формата на ринг, в който циркулира горивната смес, създава еднакви условия за подаване на горивна смес на всеки от работните цилиндри. В цилиндровата глава 10 е разположена изпускателна генерация 21, през която от следклапанната камера, се изхвърлят отработените газове към димоотводните тръби и ауспуха.

Двигателят е снабден и с охладителна риза 28, която го предпазва от прегряване и осигурява еднаква и постоянна работна температура за всички цилиндри. Освен това, двигателят е снабден и с камера за смазочно масло под налягане 27, като през пробити отвори във валовете маслото достига и смазва всички движещи се части, намалявайки триенето и износването им. Конструкцията на новосъздадения двигател включва и капак 25 за предпазване на газоразпределителния механизъм 6 от външно замърсяване, а съединителен фланец 31 предпазва съединителя от външно замърсяване. Към него се прикачват скоростна кутия, генератор, помпа или друго устройство.

В конструкцията на създадения двигател, коляно - мотовилковият механизъм 1 осъществява движението на коляно - мотовилковата става 16 по овална траектория, различна от окръжност, каквато е траекторията, описвана от коляно - мотовилковите механизми при сега съществуващите четиритактови двигатели с вътрешно горене.

Протичането на процесите във всеки от работните тактове при променената конструкция на коляно - мотовилковия механизъм 1, показани на фигура 7, се различава от това при конвенционалните двигатели с вътрешно горене, а именно:

- Първи такт - процес на всмукване или пълнене, който протича при движение на буталото 13 от ГМТ (горна мъртва точка) към ДМТ (долна мъртва точка). Всмукателния клапан 7 е отворен, а изпускателния клапан 8 е затворен, в следствие на което от всмукателната генерация 20 навлиза горивна смес;

- Втори такт - процес на сгъстяване, като сгъстяването на горивната смес протича при движение на буталото 13 от ДМТ до ГМТ след затварянето на всмукателния клапан 7. В горна мъртва точка сместа е сгъстена до обем равен на обема на горивната камера. Тъй като над буталното пространство намалява, налягането и температурата на горивната смес се повишават, а в края на процеса, малко преди ГМТ горивната смес се възпламенява с искра. Процесът на сгъстяване се ускорява поради намаляващия радиус на въртене на коляно - мотовилковата става 16 по овалната траектория;

- Трети такт - процес на горене и разширение, при който сгъстената горивна смес е възпламенена, като в резултат на изгарянето й, температурата която се отделя се повишава, което повишава и налягането на получените в цилиндъра газове. Под действие на високото налягане на газовете, буталото 13 с голяма сила се придвижва от ГМТ към ДМТ, извършвайки полезна работа, като създава въртящ момент и привежда във въртене изходящия вал 2. Движейки се по овална траектория, коляно - мотовилковата става 16 изминава по - късо разстояние в сравнение с траекторията по окръжност, което ще намали силите на триене и износването, както и ще се намали времето за най-интензивното топлоотдаване към охладителната система на двигателя;

Четвърти такт - процес на изпускане, изхвърляне, при който буталото 13 се движи от ДМТ към ГМТ, изтласквайки отработените газовете от работния цилиндър на двигателя през изпускателния клапан 8 към изпускателната генерация 21. В началото на такта отработилите газове самостоятелно изтичат навън от цилиндъра до момента, когато налягането спадне до атмосферното. По-нататък буталото 13 принудително ги изтласква до положението си в ГМТ. Процесът на издухване на отработените газове се ускорява поради скъсения път на коляно - мотовилковата става 16, като същевременно намаляват механичните загуби и износването.

Claims (2)

1. ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

   1. Бутален двигател с вътрешно горене включващ картер, цилиндров блок с работни цилиндри и коляно - мотовилков механизъм, включващ мотовилка, подвижно съединена чрез бутален болт с бутало, при което в горната част на буталото са изработени канали, в които са поместени бутални сегменти, херметически затварящи работните цилиндри, като работните цилиндри са затворени отгоре от цилиндрова глава с монтирани в нея всмукателни и изпускателни клапани, управлявани от газоразпределителен механизъм, при което в цилиндровата глава са монтирани запалителни свещи и е оформена горивна камера, като двигателят е снабден и с мазилна и охладителна системи, характеризиращ се с това, че работните цилиндри са разположени в кръг около оста на основен вал (5), като всеки работен цилиндър е снабден с коляно - мотовилков механизъм (1) включващ и коляно - мотовилкова става (16), подвижно свързана с долния край на мотовилката (15), и осъществяваща движение по овална траектория, насочвана от направляващи канали (19) с правоъгълно напречно сечение, изработени върху вътрешната повърхност на два броя направляващи дискове (17) за всеки работен цилиндър, при което за всяка двойка направляващи дискове (17), направляващите канали (19) са огледално ориентирани един към друг, като всяка коляно - мотовилкова става (16) е свързана и с коляно (18) за преобразуване на възвратно-постъпателното движение на буталото (13) във въртеливо движение на изходящия вал (2), при което на всеки изходящ вал (2) е монтирано конусно зъбно колело (3), като всяко конусно зъбно колело (3) е зацепено с долен зъбен венец на основно зъбно колело (4), монтирано на основен вал (5), а към горния зъбен венец на основното зъбно колело (4) е зацепено изходящо зъбно колело (30), завъртащо основен изходящ вал (29), като на основният вал (5) е монтиран и гърбичен диск (24) от газоразпределителния механизъм (6), а в цилиндровия блок (12) е разположена всмукателна генерация (20), имаща формата на ринг и кръгло напречно сечение, захранвана с горивна смес през всмукател (32), а в цилиндровата глава (10) е разположена изпускателна генерация (21), отвеждаща отработените газове към ауспух.
2. 2. Бутален двигател съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че всмукателните и изпускателни клапани (7) и (8) от газоразпределителния механизъм (6) са снабдени с клапанни пружини (9), задвижвани от направляващи клапанни чашки (23), взаимодействащи си с гърбиците от гърбичния диск (24), които гърбици за всеки от клапаните, са изработени в два концентрични гърбични канала, вътрешен за всмукателните клапани (7) и външен за изпускателните клапани (8), при което газоразпределителния механизъм (6) е снабден и с капак (25).