RU2070663C1

RU2070663C1 - Spring engine

Info

Publication number: RU2070663C1
Application number: RU93052342A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Григорчук
Original assignee: Владимир Степанович Григорчук
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 1996-12-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: pistons of engine are made in form of cups hinge-connected with rods of power hydraulic cylinders secured on cover of upper block and mechanically coupled with hydraulic distributors and connecting rods of crankshaft. Hydraulic distributors are hydraulically coupled with hydraulic system which has oil pump mechanically coupled with electric motor connected to storage battery. Power springs installed in cylinders are used as working bodies. Upper ends of springs contact with cover of upper block, and lower ends are placed inside pistons installed in cylinders on ball bearings. Power takeoff unit is made in form of DC generator with step-up reduction gear and is mechanically coupled with crankshaft and electrically coupled with storage battery. Depending on order of operation, of spring engine, hydraulic distributor delivers oil into corresponding power hydraulic cylinders which compress corresponding springs. When springs reach top dead centers, hydraulic distributors cut off power hydraulic cylinders. Power springs, being released, expand and transmit all their energy, through pistons, to cranks of crankshaft setting the latter into rotation. So, springs periodically compressed by hydraulic cylinders and released provide continuous rotation of crankshaft. Operation of hydraulic system is provided by electric motor supplied by storage battery trickle-charged by DC generator which consumes part of energy of crankshaft. EFFECT: enlarged operating capabilities. 4 cl, 21 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в качестве силовой установки на автомобилях, летательных аппаратах, судах и железнодорожных локомотивах. The invention relates to mechanical engineering and can be used as a power plant in automobiles, aircraft, ships and railway locomotives.

Известен четырехтактный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, системы питания, электрооборудования, охлаждения, смазки и запуска (В.А. Вершигора и др. Автомобиль ВАЗ-2121 "Нива". М. Транспорт, 1980, с. 5 66). Known four-stroke carburetor internal combustion engine containing a crank mechanism, a gas distribution mechanism, a power system, electrical equipment, cooling, lubrication and start (V. A. Vershigora and other car VAZ-2121 "Niva". M. Transport, 1980, p. . 5 66).

Недостатками известного карбюраторного двигателя являются большие тепловые потери, значительный расход органического топлива, сильное загрязнение окружающей среды выхлопными газами. Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя. Известен также четырехтактный дизельный двигатель 6Д49 с газотурбинным наддувом, содержащий блок двигателя с кривошипно-шатунным механизмом и цилиндро-поршневой группой, газораспределительный механизм, механизм привода насосов, вентилятора, механизм уравновешивания сил инерции, система питания с механизмом управления топливными насосами, система воздухоснабжения и выпуска отработанных газов с турбокомпрессором, системы охлаждения, смазки, электрооборудования и запуска (Г.Я. Белобаев и др. Под редакцией Л.С. Назарова. Маневровые тепловозы. М. Транспорт, 1977, с. 31 53). The disadvantages of the known carburetor engine are large heat losses, significant consumption of fossil fuels, severe environmental pollution by exhaust gases. These disadvantages are due to the design of the engine. Also known is a 6D49 four-stroke diesel engine with gas turbine supercharging, comprising an engine block with a crank mechanism and a cylinder-piston group, a gas distribution mechanism, a pump drive mechanism, a fan, an inertia balancing mechanism, a power supply system with a fuel pump control mechanism, an air supply and exhaust system exhaust gases with a turbocharger, cooling, lubrication, electrical equipment and starting systems (G.Ya. Belobaev et al. Edited by L. S. Nazarov. Shunting heat Ozy. M. Transport, 1977, p. 31 53).

Известный двигатель 6Д48, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип. Недостатки известного дизельного двигателя 6Д49, принятого за прототип, те же. The well-known 6D48 engine, as the closest in technical essence and achieved useful result, is taken as a prototype. The disadvantages of the well-known 6D49 diesel engine, taken as a prototype, are the same.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя. These disadvantages are due to the design of the engine.

Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных качеств двигателя. The technical result of the invention is to improve the performance of the engine.

Данный результат согласно изобретению обеспечивается тем, что газораспределительный механизм, механизм привода насосов и вентилятора, механизм уравновешивания сил инерции, система питания с механизмом управления топливными насосами, система воздухоснабжения и выпуска отработанных газов с турбокомпрессором, система охлаждения, поршневая группа заменены поршнями в форме стаканов, установленных внутри рабочих цилиндров на шарикоподшипниках и имеющих в средней части стержни, проходящие через отверстия крышки верхнего блока рабочих цилиндров и соединенные шарнирно с большими плечами неравноплечных рычагов, закрепленных в средней части на осях, гидрораспределительным механизмом, состоящим из распределительных кранов, золотники которых механически связаны со штоками силовых цилиндров, масляного бака, масляного насоса, соединенных между собой трубопроводами, причем масляный насос механически соединен с электродвигателем, питаемым током от аккумуляторных батарей, кроме того, внутрь рабочих цилиндров вставлены рабочие пружины, упирающиеся своими концами с одной стороны в днища поршней, а с другой в стенки крышки блока рабочих цилиндров, повышающим редуктором, входной вал которого механически связан с коленчатым валом двигателя, а выходные валы механически соединены с масляным насосом системы смазки двигателя, регулятором частоты вращения вала двигателя, генератором постоянного тока, электрически соединенного с аккумуляторными батареями. This result according to the invention is ensured by the fact that the gas distribution mechanism, the pump and fan drive mechanism, the inertia balancing mechanism, the power supply system with the fuel pump control mechanism, the air supply and exhaust system with the turbocharger, the cooling system, the piston group are replaced by cup-shaped pistons, mounted inside the working cylinders on ball bearings and having in the middle part rods passing through the openings of the cover of the upper block of working qi lindrov and articulated with large shoulders of unequal arms, mounted in the middle part on the axles, a hydraulic distribution mechanism consisting of distribution valves, the spools of which are mechanically connected to the rods of the power cylinders, oil tank, oil pump, interconnected by pipelines, and the oil pump is mechanically connected with an electric motor powered by current from storage batteries, in addition, working springs are inserted inside the working cylinders, abutting their ends on one side they are in the piston bottoms, and on the other in the walls of the cover of the working cylinder block, with a step-up gear, the input shaft of which is mechanically connected to the crankshaft of the engine, and the output shafts are mechanically connected to the oil pump of the engine lubrication system, the engine speed regulator, the DC generator, electrically connected to the batteries.

На фигуре 1 изображен общий вид пружинного двигателя; на фигуре 2 вид на двигатель сверху; на фигуре 3 вид на двигатель спереди; на фигуре 4 вид на двигатель спереди в разрезе; на фигуре 5 вид на двигатель сбоку в разрезе; на фигуре 6 общий вид поршня двигателя; на фигуре 7 вид справа на поршень двигателя; на фигуре 8 кинематическая схема двигателя; на фигуре 9 - общий вид силового гидроцилиндра; на фигуре 10 вид справа на силовой гидроцилиндр; на фигуре 11 общий вид гидрораспределительного механизма; на фигуре 12 вид на гидрораспределительный механизм сверху; на фигуре 13 вид на гидрораспределительный механизм сбоку; на фигуре 14 разрез по А-А фигуры 13; на фигуре 15 гидравлическая схема гидрораспределительного механизма; на фигуре 16 схема механизма управления с регулятором частоты вращения вала двигателя; на фигуре 17 общий вид неравноплечего рычага; на фигуре 18 вид сверху на неравноплечий рычаг; на фигурах 19 и 20 схема принципа действия пружинного двигателя; на фигуре 21 диаграмма работы двигателя. The figure 1 shows a General view of a spring motor; figure 2 is a view of the engine from above; figure 3 is a front view of the engine; figure 4 is a front view of the engine in a section; figure 5 is a side view of the engine in a section; figure 6 is a General view of the piston of the engine; figure 7 is a right view of the engine piston; figure 8 kinematic diagram of the engine; figure 9 is a General view of the power cylinder; figure 10 is a right view of the power cylinder; figure 11 is a General view of the hydraulic distribution mechanism; figure 12 is a view of the hydraulic distribution mechanism from above; figure 13 is a side view of the hydraulic distribution mechanism; figure 14 is a section along aa of figure 13; figure 15 is a hydraulic diagram of a hydraulic distribution mechanism; figure 16 diagram of a control mechanism with a speed controller of the motor shaft; in figure 17 a General view of the unequal arm; figure 18 is a top view of the unequal arm; in figures 19 and 20 diagram of the principle of operation of the spring motor; figure 21 diagram of the engine.

Двухтактный пружинный двигатель содержит верхний блок 1, к которому болтами привернут нижний блок 2, в котором на коренных подшипниках 3 установлен коленчатый вал 4, каждое колено которого смещено относительно предыдущего на 90^oC. Верхний блок имеет рабочие цилиндры 5, 6, 7, 8, внутрь которых вставлены на шарикоподшипниках 9, размещенных в сферических гнездах 10, рабочие поршни 11, 12, 13, 14, которые шарнирно посредством шатунов 15, 16, 17, 18 соединены с коленчатым валом. На переднем конце коленчатого вала закреплен маховик 19, а на заднем конце закреплена ведущая шестерня 20 повышающего редуктора 21, входящая в зацепление с шестерней 22 привода масляного насоса 23 системы смазки двигателя, регулятора 24 частоты вращения вала двигателя и малой шестерней 25 промежуточного вала 26, большая шестерня 27 которого входит в зацепление с шестерней 28 генератора постоянного тока 29.The two-stroke spring engine contains an upper block 1, to which a lower block 2 is screwed, in which a crankshaft 4 is installed on the main bearings 3, each knee of which is 90 ^° C offset from the previous one. The upper block has working cylinders 5, 6, 7, 8 , inside of which are inserted on ball bearings 9 located in spherical seats 10, working pistons 11, 12, 13, 14, which are articulated by connecting rods 15, 16, 17, 18 to the crankshaft. A flywheel 19 is fixed at the front end of the crankshaft, and a pinion gear 20 of the reduction gear 21 is fixed at the rear end, which engages with the gear 22 of the drive of the oil pump 23 of the engine lubrication system, the engine speed controller 24 and the small gear 25 of the intermediate shaft 26, large gear 27 which engages with gear 28 of the DC generator 29.

Каждый поршень представляет собой пустотелый цилиндр 30, в нижней части имеющий дно, которое снаружи выполнено заодно с шарниром 31, а внутри соединено со стержнем 32, на верхний конец которого навернута сферическая гайка 33, закрепленная контргайкой 34. Все стержни рабочих поршней пропущены через отверстия в крышке 35 верхнего блока и прорези неравноплечих рычагов 36, 37, 38, 39, которые установлены на осях 40 стоек 41, выполненных на крышках верхнего блока двигателя. Короткие плечи неравноплечих рычагов шарнирно соединены со штоками силовых гидроцилиндров 42, 43, 44, 45, закрепленных на кронштейнах 46 верхнего блока двигателя. Each piston is a hollow cylinder 30, in the lower part having a bottom, which on the outside is integral with the hinge 31, and inside is connected to a rod 32, on the upper end of which a spherical nut 33 is screwed, secured by a lock nut 34. All the working piston rods are passed through holes in the cover 35 of the upper block and the slots of the unequal arms 36, 37, 38, 39, which are mounted on the axes 40 of the struts 41, made on the covers of the upper engine block. The short shoulders of unequal arms are pivotally connected to the rods of the power cylinders 42, 43, 44, 45, mounted on the brackets 46 of the upper engine block.

Внутрь цилиндров верхнего блока двигателя вставлены силовые пружины 47, 48, 49, 50, концы которых контактируют с одной стороны с днищами рабочих поршней, а с другой стороны с крышкой верхнего блока. Все силовые гидроцилиндры одинаковы по конструкции, и каждый из них содержит цилиндрический корпус 51, закрытый передней 52 и задней 53 крышками. Через отверстие в передней крышке пропущен шток 54, соединенный с поршнем 55 и имеющий шарнир 56, на котором расположен прямоугольный кулачок 57 привода подвижной рамки распределительного крана гидросистемы. Двухпозиционные распределительные краны 58, 59, 60, 61 гидросистемы двигателя закреплены болтами на передних крышках силовых гидроцилиндров и имеют одинаковое устройство. Каждый из них содержит корпус 62 с отверстием внутри, в которое вставлен цилиндрический золотник 63, имеющий перепускное отверстие 64, углубление 65, в которое входит Т-образный стержень 66, соединяющий золотник с подвижной рамкой 67, установленной в пазах корпуса. Т-образный стержень привернут болтами к подвижной рамке, имеющей планки 68 и 69, в которые ввернуты регулировочные болты 70 и 71 с гайками 72 и 73. Между планками каждой из подвижных рамок размещены кулачки привода. Каждый золотник имеет два положения, которые фиксируются с помощью фиксатора 74, нагруженного пружиной 75. Inside the cylinders of the upper engine block, power springs 47, 48, 49, 50 are inserted, the ends of which contact on the one hand with the bottoms of the working pistons, and on the other hand with the cover of the upper block. All power hydraulic cylinders are the same in design, and each of them contains a cylindrical body 51, closed by a front 52 and a back 53 covers. A rod 54 is connected through a hole in the front cover, connected to the piston 55 and having a hinge 56, on which a rectangular cam 57 of the moving frame drive of the hydraulic distribution valve is located. Two-position distribution valves 58, 59, 60, 61 of the engine hydraulic system are bolted to the front covers of the power hydraulic cylinders and have the same device. Each of them contains a housing 62 with an aperture inside which a cylindrical spool 63 is inserted, having a bypass hole 64, a recess 65, which includes a T-shaped rod 66 connecting the spool with a movable frame 67 installed in the grooves of the housing. The T-shaped rod is bolted to a movable frame having slats 68 and 69 into which adjusting bolts 70 and 71 are screwed with nuts 72 and 73. Drive cams are placed between the slats of each of the movable frames. Each spool has two positions, which are fixed using the latch 74, loaded with a spring 75.

Подвижная рамка установлена в пазах корпуса с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. Внутри корпуса распределительного крана выполнены сверления 76, 77, 78, в которые ввернуты штуцеры 79, 80, 81. В нижней части корпус распределительного крана имеет отверстия 82 для крепления к верхней крышке силового гидроцилиндра, а в верхней части к корпусу привернута крышка 83. Гидравлическая система содержит масляный бак 84, масляный насос 85 с редукционным клапаном 86. Внутренние полости силовых гидроцилиндров и распределительных кранов связаны между собой соединительными трубопроводами 87 и 88, а подключены к насосу через нагнетательную 89 и сливную 90 магистрали. Масляный насос гидросистемы привернут болтами снаружи к верхнему блоку двигателя и посредством соединительной муфты механически связан с валом электродвигателя 91, питаемого током аккумуляторных батарей 92, которые через реле-регулятор и реле обратного тока (не показаны) соединены электрически с генератором постоянного тока. A movable frame is installed in the grooves of the housing with the ability to move in a vertical plane. Drill holes 76, 77, 78 are made inside the distributor valve body, into which the fittings 79, 80, 81 are screwed. In the lower part, the distributor valve body has holes 82 for fastening to the upper cover of the power hydraulic cylinder, and the cover 83 is screwed to the upper part. Hydraulic the system comprises an oil tank 84, an oil pump 85 with a pressure reducing valve 86. The internal cavities of the power hydraulic cylinders and distribution valves are interconnected by connecting pipelines 87 and 88, and are connected to the pump through a discharge 89 and a drain ny 90 highways. The hydraulic oil pump is bolted externally to the upper engine block and is mechanically connected to the shaft of an electric motor 91, fed by the current of the batteries 92, which are electrically connected to a direct current generator via a relay controller and a reverse current relay (not shown).

Регулятор частоты вращения вала двигателя содержит конус 93, размещенный на валу 94, установленный на подшипниках. Внутри конус имеет продольные пазы 95, в которые вставлены шарики 96. Внутри конуса входит конец первого подвижного вала 97, имеющего в передней части шайбу 98, контактирующую с шариками, установленного в подшипниках с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, на заднем конце которого закреплен ползунок потенциометра 99. Второй подвижный вал 100 установлен в подшипниках с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости и имеет шарнир, который тягой 101 соединен с шарниром ручки управления 102, закрепленной на оси 103, нижний конец которой связан с ползуном потенциометра 104. Между торцами первого и второго подвижных размещена пружина 105. Оба потенциометра включены последовательно с включателем 106 в цепь электродвигателя привода масляного насоса. Неравноплечий рычаг предназначен для соединения рабочего поршня двигателя со штоком силового гидроцилиндра. Он представляет собой тело 107 в форме лекальной кривой, имеющее на передней части вилку 108, а в задней части отверстие 109 и прорезь 110 для соединения с шарниром штока. Пружинный двигатель имеет комбинированную систему смазки, состоящую из стандартных узлов и деталей, присущих двигателям (на чертежах не показана). На внешней части блока двигателя закреплен стартер 111, имеющий шестерню запуска 112. Двигатель стартера в целях экономии энергии может быть гидравлическим. Система электрооборудования включает в себя датчики и приборы контроля давления и температуры масла в системе смазки двигателя, гидросистеме, датчик и прибор контроля частоты вращения вала двигателя, прибор контроля заряда и разряда аккумуляторных батарей, сигнальные лампочки, предохранители и т.д. (не показана). The engine shaft speed controller comprises a cone 93 located on a shaft 94 mounted on bearings. Inside, the cone has longitudinal grooves 95 into which the balls 96 are inserted. Inside the cone, there is the end of the first movable shaft 97, which has a washer 98 in front of it, which is in contact with the balls, mounted in bearings and can be moved in a horizontal plane, on the rear end of which a slider of the potentiometer is fixed 99. The second movable shaft 100 is mounted in bearings with the ability to move in the horizontal plane and has a hinge, which is connected by a rod 101 to the hinge of the control handle 102, mounted on an axis 103, the lower end the second is connected with the slider of the potentiometer 104. Between the ends of the first and second movable spring 105 is placed. Both potentiometers are connected in series with the switch 106 in the circuit of the electric motor of the oil pump drive. The unequal arm is designed to connect the working piston of the engine with the rod of the power hydraulic cylinder. It is a body 107 in the shape of a curve, having a plug 108 on the front and a hole 109 and a slot 110 in the back for connecting to the rod hinge. The spring motor has a combined lubrication system consisting of standard components and parts inherent in engines (not shown in the drawings). On the outer part of the engine block, a starter 111 is mounted having a starting gear 112. The starter engine may be hydraulic in order to save energy. The electrical system includes sensors and devices for monitoring the pressure and temperature of the oil in the engine lubrication system, hydraulic system, a sensor and an engine shaft speed control device, a battery charge and discharge monitoring device, signal lights, fuses, etc. (not shown).

Гидрораспределительные механизмы закрыты кожухами 113, 114, 115, 116. Hydrodistributing mechanisms are closed by covers 113, 114, 115, 116.

Работа пружинного двигателя. The operation of the spring motor.

Работа пружинного двигателя основана на использовании энергии предварительно сжатых в соответствии с порядком работы двигателя пружин, используемых в качестве рабочего тела. The operation of a spring engine is based on the use of pre-compressed energy in accordance with the operation of the engine springs used as a working fluid.

В исходном положении (фиг. 19) электродвигатель 91 включается посредством включателя 106, масляный насос 85 подает масло в напорную магистраль 89. Включается стартер 111, шестерня 112 которого входит в зацепление с зубчатым венцом маховика 19 и начинает поворачивать коленчатый вал 4. Золотник 63 находится в верхнем положении. Масло, подаваемое внутрь корпуса 51 силового гидроцилиндра 42, давит на поршень 55, и он вместе со штоком 54 перемещается вниз и поворачивает неравноплечий рычаг 36 вокруг оси 40. Большее плечо неравноплечего рычага 36, перемещаясь вверх, перемещает также вверх стержень 32 со сферической гайкой 33 и вместе с ними рабочий поршень 11, сжимая силовую пружину 47. Как только коленчатый вал 4 наберет некоторую скорость, стартер 111 отключается. При достижении рабочим поршнем 11 верхней мертвой точки (ВМТ) кулачок 57 на штоке 54 силового гидроцилиндра 42 передвинет рамку 67 и вместе с ней и золотник 63 вниз крана переключения 58. На этом подготовительный ход заканчивается, маховик 19 при этом совершает движение от 185^o до 360^o (на фигуре 21 заштриховано). Достигнув положения, показанного на фигуре 19 пунктиром, а на фигуре 20 сплошными линиями, маховик 19 выведет рабочий поршень 11 из верхней мертвой точки и, как только коленчатый вал 4 повернется на 5^oC от ВМТ, силовая пружина 47, ничем не удерживаемая, станет разжиматься и производить давление на рабочий поршень 11, который, совершая рабочий ход, передает усилие силовой пружины 47 через шатун 15 на кривошип коленчатого вала, приводя его во вращение. Рабочий поршень, перемещаясь вниз, поворачивает неравноплечий рычаг 36 и передвигает вместе со штоком 54 поршень 55 силового гидроцилиндра 42, вытесняя масло из полости в масляный бак 84. При этом для уменьшения сопротивления и тем самым увеличения силы давления силовой пружины 47 на рабочий поршень 11 силовой цилиндр 42 может иметь несколько отверстий для выпуска масла (не показано). В этом случае масло от насоса 85 через редукционный клапан 86 поступает в масляный бак 84. Совершив рабочий ход (конечное положение деталей на фигуре 20 показано пунктиром, а на фигуре 21 закрашено черным ) и достигнув нижней мертвой точки (НМТ), поршень 11 через неравноплечий рычаг 36 и кулачок 57 штока 54 силового гидроцилиндра 42 передвинет вверх рамку 67 с золотником 63 крана переключения 58 гидросистемы. Маховик 19, вращаясь по инерции, выведет рабочий поршень 11 из нижней мертвой точки. Масло снова станет поступать в полость силового гидроцилиндра, и все повторится сначала.In the initial position (Fig. 19), the motor 91 is turned on by the switch 106, the oil pump 85 delivers the oil to the pressure line 89. The starter 111 is turned on, the gear 112 of which engages with the ring gear of the flywheel 19 and starts to rotate the crankshaft 4. The spool 63 is in the upper position. The oil supplied into the housing 51 of the power cylinder 42 presses on the piston 55, and together with the rod 54 it moves down and rotates the unequal arm 36 about the axis 40. The larger arm of the unequal arm 36 also moves upward and also moves the rod 32 with the spherical nut 33 and with them the working piston 11, compressing the power spring 47. As soon as the crankshaft 4 picks up some speed, the starter 111 is turned off. When the working piston 11 reaches the top dead center (cam), the cam 57 on the stem 54 of the power cylinder 42 will move the frame 67 and with it the spool 63 down the switch tap 58. This completes the preparatory move, the flywheel 19 in this case moves from 185 ^o to 360 ^o (figure 21 is shaded). Having reached the position shown in FIG. 19 by a dashed line, and in FIG. 20 by solid lines, the flywheel 19 will bring the working piston 11 out of top dead center and, as soon as the crankshaft 4 rotates 5 ^° C from TDC, the force spring 47, which is not held, will become expand and produce pressure on the working piston 11, which, making a working stroke, transfers the force of the power spring 47 through the connecting rod 15 to the crank of the crankshaft, bringing it into rotation. The working piston, moving downward, turns the unequal lever 36 and moves together with the stem 54 the piston 55 of the power hydraulic cylinder 42, forcing the oil out of the cavity into the oil tank 84. In this case, to reduce the resistance and thereby increase the pressure force of the power spring 47 to the working piston 11 of the power cylinder 42 may have several oil outlets (not shown). In this case, the oil from the pump 85 through the pressure reducing valve 86 enters the oil tank 84. Having made a working stroke (the end position of the parts in figure 20 is shown by a dashed line, and in figure 21 is blacked out) and reaching the bottom dead center (BDC), the piston 11 through unequal the lever 36 and the cam 57 of the rod 54 of the power cylinder 42 will move up the frame 67 with the spool 63 of the hydraulic switch 58. Flywheel 19, rotating by inertia, will remove the working piston 11 from the bottom dead center. The oil will again enter the cavity of the power hydraulic cylinder, and everything will be repeated again.

Незаштрихованные участки на диаграмме (фиг. 21) соответствуют повороту коленчатого вала за время переключения кранов гидросистемы. Остальные рабочие и силовые цилиндры работают также. Таким образом при работе гидросистемы периодически посредством силовых цилиндров происходит сжатие силовых пружин в соответствии с порядком работы двигателя и затем их распрямление и воздействие на коленчатый вал при отключении соответствующих силовых цилиндров. Маховик аккумулирует энергию вращения коленчатого вала и выводит поршни из мертвых точек. Вывод поршней из нижних мертвых точек происходит за счет того, что силовые пружины вставлены в цилиндры с некоторым зазором, а вывод поршней из верхних мертвых точек происходит за счет того, что рабочие поршни неполностью сжимают силовые пружины, оставляя небольшой запас, необходимый для прохода рабочих поршней через ВМТ. The open areas in the diagram (Fig. 21) correspond to the rotation of the crankshaft during the switching of the hydraulic system taps. The remaining working and power cylinders also work. Thus, during the operation of the hydraulic system periodically by means of the power cylinders, the compression of the power springs occurs in accordance with the operating order of the engine and then their straightening and impact on the crankshaft when the corresponding power cylinders are turned off. The flywheel accumulates the energy of rotation of the crankshaft and removes the pistons from the dead points. The output of the pistons from the bottom dead center occurs due to the fact that the power springs are inserted into the cylinders with a certain clearance, and the output of the pistons from the top dead center occurs due to the fact that the working pistons do not fully compress the power springs, leaving a small margin necessary for the working pistons to pass through TDC.

Частота вращения коленчатого вала двигателя устанавливается ручкой 102 и поддерживается постоянной посредством центробежного регулятора путем изменения количества масла, подаваемого в силовые гидроцилиндры за единицу времени. Для увеличения частоты вращения коленчатого вала ручка 102 перемещается влево (фиг. 16). При этом тяга 101 перемещает влево второй горизонтальный вал 100, сжимает пружину 105 регулятора 24, увеличивая ее жесткость, перемещает влево первый горизонтальный вал 97, уменьшая сопротивление потенциометров 99 и 104. Ток в цепи электродвигателя 91 возрастает. Частота вращения вала электродвигателя 91 и соответственно производительность масляного насоса 85 увеличиваются. Вследствие этого уменьшается время, идущее на сжатие силовых пружин, что ведет к увеличению частоты вращения коленчатого вала. И наоборот. При перемещении ручки 102 регулятора 24 вправо сила жесткости пружины 105 уменьшается, и возрастает сопротивление в цепи электродвигателя 91. Скорость вращения вала электродвигателя уменьшается, что ведет к уменьшению производительности масляного насоса 85 и увеличению времени, идущего на сжатие силовых пружин и уменьшению частоты вращения коленчатого вала. Если при заданном положении ручки 102 частота вращения коленчатого вала двигателя самопроизвольно увеличится, то под действием увеличившейся центробежной силы шарики 96 передвинутся в направляющих 95 дальше от центра вращения и, нажимая на диск 98, переместят вправо первый горизонтальный вал 97, сжимая пружину 105, вместе с которым переместится в ту же сторону подвижная часть потенциометра 99. The rotational speed of the engine crankshaft is set by the handle 102 and is kept constant by means of a centrifugal regulator by changing the amount of oil supplied to the power hydraulic cylinders per unit time. To increase the speed of the crankshaft, the handle 102 moves to the left (Fig. 16). In this case, the rod 101 moves the second horizontal shaft 100 to the left, compresses the spring 105 of the regulator 24, increasing its rigidity, moves the first horizontal shaft 97 to the left, decreasing the resistance of the potentiometers 99 and 104. The current in the motor circuit 91 increases. The frequency of rotation of the shaft of the motor 91 and, accordingly, the performance of the oil pump 85 are increased. As a result of this, the time spent on compression of the power springs is reduced, which leads to an increase in the rotational speed of the crankshaft. And vice versa. When the knob 102 of the regulator 24 is moved to the right, the stiffness of the spring 105 decreases and the resistance in the electric motor circuit 91 increases. The rotation speed of the electric motor shaft decreases, which reduces the performance of the oil pump 85 and increases the time it takes to compress the power springs and reduce the speed of the crankshaft . If at a given position of the handle 102, the rotational speed of the engine crankshaft spontaneously increases, then under the influence of the increased centrifugal force, the balls 96 move in the guides 95 further from the center of rotation and, pressing the disk 98, move the first horizontal shaft 97 to the right, compressing the spring 105, together with which moves in the same direction the movable part of the potentiometer 99.

Сопротивление в цепи электродвигателя 91 увеличится, и частота его вращения уменьшится, что приведет к уменьшению производительности масляного насоса 85. Время, затрачиваемое на сжатие рабочих пружин 47, 48, 49, 50, увеличится, а частота вращения коленчатого вала уменьшится. И наоборот. При самопроизвольном уменьшении заданной частоты вращения коленчатого вала уменьшается центробежная сила, действующая на шарики 96. Пружина 105 регулятора 24 распрямляется и передвигает влево передний горизонтальный вал 97. Шарики сдвигаются ближе к центру вращения. Подвижная часть потенциометра 99 сдвинется влево и уменьшит сопротивление в цепи электродвигателя 91. Частота вращения вала последнего увеличится, и возрастет производительность масляного насоса 85. Вследствие чего возрастет до нормы частота вращения коленчатого вала. Остановка двигателя производится отключением электродвигателя 91 посредством включателя 106. Подача масла в силовые гидроцилиндры прекращается, и коленчатый вал останавливается. The resistance in the circuit of the motor 91 will increase, and its rotation speed will decrease, which will lead to a decrease in the performance of the oil pump 85. The time taken to compress the working springs 47, 48, 49, 50 will increase, and the crankshaft speed will decrease. And vice versa. With a spontaneous decrease in the set speed of the crankshaft, the centrifugal force acting on the balls 96 decreases. The spring 105 of the regulator 24 straightens and moves the front horizontal shaft 97 to the left. The balls move closer to the center of rotation. The movable part of the potentiometer 99 will shift to the left and reduce the resistance in the motor circuit 91. The shaft speed of the latter will increase and the performance of the oil pump 85 will increase. As a result, the speed of the crankshaft will increase to normal. The engine is stopped by turning off the electric motor 91 through the switch 106. The oil supply to the power hydraulic cylinders is stopped, and the crankshaft is stopped.

В таблице приведен порядок чередования рабочих и подготовительных ходов четырехцилиндрового двухтактного пружинного двигателя, кинематическая схема которого приведена на фигуре 8, при повороте коленчатого вала по часовой стрелке на 360^o. Из таблицы также видно, что при повороте коленчатого вала на 360^o совершаются четыре подготовительных и четыре рабочих хода. Если за первый цилиндр принять тот, что расположен рядом с маховиком, то порядок работы двигателя будет иметь вид 3-2-1-4/4-3-2-1, где в числителе номера цилиндров, начинающих рабочий ход (т.е. движение от 0^o до 90^o), а в знаменателе номера цилиндров, заканчивающих рабочих ход (т.е. двигающихся от 90^o до 180^o). Отсюда чередование подготовительных ходов будет 1-4-3-2/2-1-4-3, где в числителе номера цилиндров, начинающих подготовительный ход (т.е. движение от 180^o до 270^o), а в знаменателе номера цилиндров, совершающих конец подготовительного хода (т. е. движение от 270^o до 360^o). Пружинный двигатель может быть выполнен как одноцилиндровым, так и многоцилиндровым, например 6-8-12-цилиндровым и т.д. При работе двигателя часть мощности с ведущей шестерни 20 коленчатого вала 4 через шестерни 25, 27, 28 повышающего редуктора 21 поступает на генератор постоянного тока 29. Выработанная генератором электроэнергия через реле-регулятор и реле обратного тока (не показаны) идет на подзарядку аккумуляторных батарей 92. Тем самым генератор возвращает аккумуляторным батареям ту энергию, которую они затратили на работу электродвигателя 91 и приборов электрооборудования.The table shows the alternation of the working and preparatory moves of the four-cylinder two-stroke spring engine, the kinematic diagram of which is shown in figure 8, when the crankshaft is rotated clockwise 360 ^o . The table also shows that when the crankshaft is rotated 360 ^o four preparatory and four working moves are made. If we take for the first cylinder that is located next to the flywheel, then the engine operation procedure will be of the form 3-2-1-4 / 4-3-2-1, where the numerator numbers the cylinders that start the stroke (i.e. movement from 0 ^o to 90 ^o ), and in the denominator the number of cylinders ending the working stroke (i.e. moving from 90 ^o to 180 ^o ). Hence, the alternation of preparatory moves will be 1-4-3-2 / 2-1-4-3, where in the numerator are the numbers of cylinders that begin the preparatory course (i.e., movement from 180 ^o to 270 ^o ), and in the denominator of the number of cylinders, making the end of the preparatory course (i.e., movement from 270 ^o to 360 ^o ). The spring motor can be made as single-cylinder or multi-cylinder, for example 6-8-12-cylinder, etc. When the engine is running, part of the power from the pinion gear 20 of the crankshaft 4 through the gears 25, 27, 28 of the reduction gear 21 is supplied to the DC generator 29. The electricity generated by the generator through the relay regulator and the reverse current relay (not shown) is used to recharge the batteries 92 Thus, the generator returns to the batteries the energy that they spent on the operation of the electric motor 91 and electrical equipment.

Расчет пружинного двигателя. Calculation of the spring motor.

Дано:
Количество рабочих цилиндров 4.Given:
The number of working cylinders 4.

Количество силовых гидроцилиндров 4. The number of power hydraulic cylinders 4.

Сила сжатия одной пружины F 2000 кг 20000 Н. Compression force of one spring F 2000 kg 20000 N.

Радиус кривошипа коленчатого вала r 0,15 м. The radius of the crank of the crankshaft is r 0.15 m.

Диаметр поршня силового цилиндра ⌀ 0,2 м. The diameter of the piston of the power cylinder is ⌀ 0.2 m.

Ход поршня силового цилиндра l 0,1 м 10 см. Power cylinder piston stroke l 0.1 m 10 cm.

Ход поршня рабочего цилиндра l₁ 0,3 м 30 см.Piston stroke of the working cylinder l ₁ 0.3 m 30 cm.

Время одного хода рабочего поршня t 0,1 сек. The time of one stroke of the working piston t 0.1 sec.

Частота вращения коленчатого вала n 300 об/мин 5 об/сек. The rotational speed of the crankshaft is n 300 rpm 5 rpm.

Отношение длины малого плеча к большому плечу неравноплечного рычага

Количество рабочих ходов за 1 оборот коленчатого вала 4.The ratio of the length of the small shoulder to the large shoulder of the unequal arm

The number of working strokes per 1 revolution of the crankshaft 4.

Количество подготовительных ходов за 1 оборот коленчатого вала 4. The number of preparatory moves per 1 revolution of the crankshaft 4.

Давление масла, подаваемого в силовой цилиндр, p 24 кг/см².The pressure of the oil supplied to the master cylinder, p 24 kg / cm ² .

1. Площадь поршня силового гидроцилиндра
S = πr²; S 3,14 • (10 см)² 3,14 • 100 см² 314 см², где r радиус поршня силового гидроцилиндра в сантиметрах (М.Я. Выгодский. Справочник по элементарной математике. М. Наука, 1965, с. 303).1. The area of the piston of the power hydraulic cylinder
S = πr ² ; S 3.14 • (10 cm) ² 3.14 • 100 cm ² 314 cm ² , where r is the radius of the piston of the power hydraulic cylinder in centimeters (M.Ya. Vygodsky. Handbook of elementary mathematics. M. Nauka, 1965, p. 303 )

2. Сила давления масла на поршень силового гидроцилиндра. 2. The pressure force of the oil on the piston of the power hydraulic cylinder.

Fп Sр; Fп 314 см² • 24 кг/см² 7536 кг 75360 Н.Fp Sp; Fp 314 cm ² • 24 kg / cm ² 7536 kg 75 360 N.

3. Сила, с которой неравноплечий рычаг сжимает силовую пружину,

;

4. Объем масла, подаваемого в полость силового гидроцилиндра за один ход (180^o поворота коленчатого вала).3. The force with which the unequal arm compresses the power spring,

;

4. The volume of oil supplied to the cavity of the power cylinder in one stroke (180 ^o rotation of the crankshaft).

V Sl; V 314 см² • 10 см 3140 см³ 3,14 л, где S площадь поршня силового гидроцилиндра; l ход поршня в сантиметрах (там же, с. 335).V Sl; V 314 cm ² • 10 cm 3140 cm ³ 3.14 L, where S is the area of the piston of the power hydraulic cylinder; l The piston stroke in centimeters (ibid., p. 335).

5. Объем масла, подаваемый в полости четырех силовых гидроцилиндров за один оборот коленчатого вала,
V₁ 4V; V₁ 4 • 3,14 л 12,56 л.5. The volume of oil supplied to the cavity of the four power hydraulic cylinders per revolution of the crankshaft,
V ₁ 4V; V ₁ 4 • 3.14 L 12.56 L

6. Объем масла, подаваемый в полости четырех силовых гидроцилиндров за 1 секунду,
V₂ 5V₁; V₂ 5 • 12,56 л 62,8 л/сек.6. The volume of oil supplied to the cavity of the four power hydraulic cylinders in 1 second,
V ₂ 5V ₁ ; V ₂ 5 • 12.56 L 62.8 L / s.

7. Производительность масляного насоса в 1 минуту
Q 60V₂; Q 60 • 62,8 л 3768 л/минуту.7. The performance of the oil pump in 1 minute
Q 60V ₂ ; Q 60 • 62.8 L 3768 L / min.

8. Мощность, необходимая для работы масляного насоса,
N C₂pQ;

где C₂ переводной коэффициент размерностей. Для выражения N в кВт при O в л/мин и p в кгс/см²

; для выражения N в л • с

(П.С. Гринкевич. Строительные машины. М. Машиностроение, 1975, с. 30).8. The power required to operate the oil pump,
NC ₂ pQ;

where C _{2 is a} conversion coefficient of dimensions. For the expression of N in kW at O in l / min and p in kgf / cm ²

; for expressing N in l • s

(P.S. Grinkevich. Construction machines. M. Mechanical Engineering, 1975, p. 30).

9. Угловая скорость вращения коленчатого вала
ω = 2πn; ω = 6,23 • 5 об/сек 31,4 1/сек,
где n частота вращения коленчатого вала в 1 секунду. (Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике. М. Наука, 1965, с. 18).9. The angular speed of rotation of the crankshaft
ω = 2πn; ω = 6.23 • 5 rpm 31.4 1 / s,
where n is the crankshaft speed of 1 second. (N.I. Koshkin, M.G. Shirkevich. Handbook of elementary physics. M. Nauka, 1965, p. 18).

10. Сила четырех пружин, действующая на кривошипы коленчатого вала,
Fпр4 4F; Fпр4 4 • 20000 Н 80000 Н.10. The strength of the four springs acting on the crankshaft
Fpr4 4F; Fpr4 4 • 20,000 N 80,000 N.

11. Крутящийся момент на коленчатом валу
М Fпр4r; M 80000 Н • 0,15 м 12000 Нм, где Fпр4 сила действия четырех пружин; r радиус кривошипа (плечо приложения силы).11. Torque on the crankshaft
M Fpr4r; M 80,000 N • 0.15 m 12,000 Nm, where Fpr4 is the force of action of four springs; r the radius of the crank (shoulder application of force).

12. Мощность на коленчатом валу
Nдв Мω; Nдв 12000 Нм • 31,4 1/сек 376800 Нм/сек 37680 кгм/сек 502,4 л • с 369,4 кBт, где М крутящийся момент на валу двигателя; w угловая скорость вращения коленчатого вала (там же, с. 28).12. Power on a cranked shaft
Ndv MW; Ndv 12000 Nm • 31.4 1 / s 376800 Nm / s 37680 kgm / s 502.4 l • with 369.4 kW, where M is the torque on the motor shaft; w angular velocity of rotation of the crankshaft (ibid., p. 28).

13. Полезная мощность на валу двигателя. 13. Net power on the motor shaft.

Nпол. Nдв N; Nпол 502,4 л • с 180,8 л • с 321,6 л • с 236,4 кВт. Np. Ntw N; Npol 502.4 liters • from 180.8 liters • from 321.6 liters • from 236.4 kW.

Положительный эффект пружинного двухтактного двигателя: не требует органического топлива, не загрязняет окружающую среду, не имеет больших тепловых потерь, создает меньше шума при работе. The positive effect of the spring two-stroke engine: does not require fossil fuels, does not pollute the environment, does not have large heat losses, creates less noise during operation.

Claims

1. A spring engine containing upper and lower blocks with cylinders placed in them, a connecting rod-piston group, a crankshaft kinematically connected to each other, a direct current generator connected to the crankshaft, a drive mechanism for auxiliary units, electrical equipment, lubrication, starting and stops, characterized in that the pistons of the engine are made in the form of cups pivotally connected to connecting rods, inside of which are rods kinematically connected by means of unequal arms with rods power hydraulic cylinders located on the upper engine block and mechanically connected to hydraulic distribution mechanisms mounted on the upper covers of the power hydraulic cylinders.

2. The engine according to claim 1, characterized in that power springs are used as the working fluid, located inside the working cylinders, the upper ends of which are in contact with the cover of the upper block, and the lower ones enter the pistons installed in the cylinders on ball bearings.

3. The engine according to claims 1 and 2, characterized in that the hydraulic distribution mechanisms are hydraulically connected to the oil tank and the oil pump, which is mechanically connected to an electric motor connected to the batteries.

4. The engine according to claims 1 to 3, characterized in that the power take-off unit is made in the form of a direct current generator electrically connected to the batteries, and mechanically connected to the crankshaft via a boost gear.