UA153499U - Важільно-кривошипно-шатунний механізм двигуна внутрішнього згоряння - Google Patents

Abstract

Важільно-кривошипно-шатунний механізм двигуна внутрішнього згоряння містить колінвал, що пов'язаний з поршневим шатуном. Додатково оснащений важелем, один кінець якого шарнірно закріплений на корпусі двигуна, а другий кінець шарнірно пов'язаний з поршневим шатуном та в місці їх з'єднання шарнірно закріплений один кінець шатуна кривошипа, другий кінець якого шарнірно прикріплений до колінвала. При цьому вісь важеля та поршневого шатуна, у його верхній мертвій точці, повернута відносно перпендикуляра від 0 до 5 градусів.

Description

Корисна модель належить до машинобудування, зокрема до механізмів поршневих машин, що перетворюють зворотно-поступальні рухи в кругові, та може бути використана в поршневих двигунах внутрішнього згоряння, компресорах, насосах, а також у силових приводах різних агрегатів.

З рівня техніки відома велика кількість кривошипно-шатунних механізмів, які мають різноманітну конструкцію, але у кожному з них важливі елементи - поршень, шатун та кривошипний вал допомагають перетворювати рухи поступального характеру в кругові рухи.

Відомий кривошипно-шатунний механізм двигуна внутрішнього згоряння (патент Мо КО 2042039 від 20.08.1995), який містить корпус, поршні, що розташовані в циліндрах з можливістю зворотно-поступального руху, кривошипні вали, які встановлені у корпусі, циліндричні шестерні з внутрішнім зачепленням, що жорстко пов'язані з корпусом, шестерні-сателіти з зовнішніми зубчатими віденцями, що установлені з можливістю зачеплення з внутрішніми зубчатими віденцями циліндричних шестерень. При цьому, кожна із шестерень-сателітів сполучена шарнірно з поршнем та кривошипом, а співвідношення діаметрів ділильних окружностей шестерень-сателітів та циліндричних шестерень складає 1:2.

Однак, недоліком такої конструкції кривошипно-шатунного механізму двигуна внутрішнього згоряння є недостатня надійність, висока витрата палива, відсутність охолодження та низький коефіцієнт корисної дії.

Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є важільно-кривошипно-шатунний механізм двигуна внутрішнього згоряння (пирз:/Лимлу. зпемспепкоме.ог9у.ца/регзоп 5уїе/РедуогтКо/ "Автомобілі", Електронний підручник, лекція Ме З, Кривошипно-шатунний механізм), який є класичним механізмом та складається з поршнів із шатунами, з'єднаних з колінвалом. При цьому, поршні переміщаються у втулках циліндрів. Під час роботи, під впливом тиску газів у циліндрі, при згорянні палива, кривошипно-шатунний механізм перетворює прямолінійний зворотно-поступальний рух поршня у обертальний рух колінвала.

Таке рішення робить кривошипно-шатунний механізм двигуна внутрішнього згоряння більш надійний. Однак, при роботі даний механізм має частий хід поршня, що підвищує площу тертя поршня об циліндр двигуна, внаслідок чого відбувається висока витрата пального. Також до недоліків такого кривошипно-шатунного механізму належать низький коефіцієнт корисної дії та

Зо відсутність процесу охолодження під час роботи.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення кривошипно-шатунного механізму, в якому за рахунок конструктивного виконання забезпечується підвищення коефіцієнта корисної дії та охолодження двигуна. Додатковою задачею корисної моделі є економія пального.

Поставлена задача вирішується у важільно-кривошипно-шатунному механізмі двигуна внутрішнього згоряння, що містить колінвал, що пов'язаний з поршневим шатуном, згідно з корисною моделлю, механізм додатково оснащений важелем, один кінець якого шарнірно закріплений на корпусі двигуна, а другий кінець шарнірно пов'язаний з поршневим шатуном та в місці їх з'єднання шарнірно закріплений один кінець шатуна кривошипа, другий кінець якого шарнірно прикріплений до колінвала, при цьому, вісь важеля та поршневого шатуна, у його верхній мертвій точці, повернута відносно перпендикуляра від О до 5 градусів. Центром повороту є поршневий палець.

Завдяки вищеописаній конструкції важеля та поршневого шатуна, верхня мертва точка (ВМТ) ходу поршня не збігається з мертвими точками колінвала та шатуна кривошипа. Це сприяє підвищенню коефіцієнта корисної дії двигуна внутрішнього згоряння.

При цьому, у запропонованій конструкції механізму вісь важеля та поршневого шатуна у його ВМТ перпендикулярна осі шатуна та кривошипа колінвала у його верхній мертвій точці (ВМТ) та нижній мертвій точці (НМТ). Таким чином, довжина ходу поршня є однаковою в усіх чотирьох тактах роботи двигуна. Важливим є те, що при повороті від 0 до 5 градусів осі важеля та поршневого шатуна у його ВМТ, такти - робочий хід та виштовхування відпрацьованих газів скорочуються, а такти - втягування та стискання горючої суміші подовжуються. Таким чином, функцію турбонадуву виконує сам поршень.

Крім цього, у запропонованій конструкції важільно-кривошипно-шатунного механізму, на відміну від найближчого аналога, класичного кривошипно-шатунного механізму, хід поршня зменшується у шість разів, що означає зменшення у шість разів площі тертя поршня об циліндр двигуна. У наслідок цього, відбувається економія пального та значно знижується забруднення атмосфери.

При цьому, запропонований механізм дозволяє застосовувати поршневий шатун коротше, ніж важіль (наприклад, поршневий шатун може дорівнювати 85 мм, а важіль - 120 мм), що бо неможливо у класичному кривошипно-шатунному механізмі. Слід відмітити, що короткий шатун швидко йде від верхньої мертвої точки, що підвищує коефіцієнт корисної дії двигуна внутрішнього згоряння. Крім цього, зменшений по довжині шатун кривошипа збільшує кут робочого ходу колінвала.

Таким чином, вищеописані ознаки суттєво підвищують коефіцієнт корисної дії та забезпечують охолодження під час роботи двигуна. Крім цього, додатково, у разі детонації у двигуні або при пікових навантаженнях, виключається можливість деформації колінвала.

Корисна модель, що заявляється, пояснюється графічними матеріалами.

На фіг 1 зображено загальний вигляд важільно-кривошипно-шатунного механізму чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння;

На фіг. 2 представлено графік потужності класичного кривошипно-шатунного механізму двигуна внутрішнього згоряння;

На фіг. З наведено графік потужності запропонованого важільно-кривошипно-шатунного механізму.

На фіг. 4 зображено графік потужності важільно-кривошипно-шатунного механізму з можливістю внутрішнього охолодження циліндра двигуна внутрішнього згоряння.

Важільно-кривошипно-шатунний механізм чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння (див. фіг.1) містить колінвал 1, що пов'язаний з поршневим шатуном 2, важіль 3, один кінець якого шарнірно закріплений на корпусі двигуна 4, а другий кінець шарнірно пов'язаний з поршневим шатуном 2 та в місці їх з'єднання шарнірно закріплений один кінець шатуна кривошипа 5, другий кінець якого шарнірно прикріплений до колінвала 1. При цьому, вісь важеля З та поршневого шатуна 2, у його верхній мертвій точці (ВМТ), повернута відносно перпендикуляра від 0 до 5 градусів.

Важільно-кривошипно-шатунний механізм двигуна внутрішнього згоряння працює наступним чином. Поршень (на фігурах не показано) знаходиться у ВМТ - точці загоряння горючої суміші.

Поршневий шатун 2 та важіль З у цей момент знаходяться на одній прямій та з'єднані шарнірно.

Протилежний кінець важеля З закріплений шарнірно на корпусі 4 двигуна. Перпендикулярно осі важеля З та шатуна 2 механізму розташований колінвал 1. Шатун кривошипа 5 приєднаний шарнірно до колінвалу 1, а другий кінець шатуна кривошипа 5 прикріплений шарнірно в тому ж місці, що і важіль З та поршневий шатун 2. Таке з'єднання забезпечує відсутність поперечних

Зо навантажень у даному механізмі. При запаленні горючої суміші кривошип знаходиться в точці "максимальний момент", що істотно підвищує потужність двигуна.

Такт "робочий хід" поршня закінчується у НМТ-1.

Такт "втягування паливної суміші" закінчується у НМТ-2.

Отже, НМТ-1 поршневого шатуна 2 та важеля З обумовлена НМТ колінчатого вала 1. А

НМТ-2 поршневого шатуна 2 та важеля З обумовлена ВМТ колінчатого вала 1. Виходячи з вищеописаного, поршень двигуна внутрішнього згоряння виконує чотири такти, а колінвал - один оберт, що дорівнює 3609.

Слід відмітити те, що конструкція запропонованої корисної моделі проявляє наступну закономірність: внаслідок збільшення довжини важеля 3 та поршневого шатуна 2, хід поршня скорочується.

Таким чином, використання запропонованого механізму забезпечує урівноваження інерційних мас поршнів та їх шатунів і підвищення коефіцієнтау корисної дії двигуна.

ЇЗ викладеного вище відомо, що вісь важеля та поршневого шатуна в його ВМТ перпендикулярна осі шатуна та кривошипа колінвала в його ВМТ і НМТ. Це означає, що довжина ходу поршня однакова в усіх чотирьох тактах та дорівнює 19 мм. Але, якщо вісь важеля і поршневого шатуна в його ВМТ повернути від 0 до 5 градусів (центр повороту - поршневий палець), то такти - робочий хід та виштовхування відпрацьованих газів скорочуються до 14 мм, а такти - втягування та стискання горючої суміші подовжуються до 26 мм. Таким чином, функцію турбонаддуву виконує сам поршень. При цьому, додатково, завдяки зменшенню кількості циліндрів з чотирьох до двох та зменшенню довжини колінвала - з чотирьох до двох або до одного ступенів, зменшується металоємність двигуна, що робить його компактним.

Крім цього, зробивши порівняльний аналіз потужності класичного кривошипно-шатунного механізму двигуна внутрішнього згоряння (фіг. 2) та потужності запропонованого важільно- кривошипно-шатунного механізму (фіг. 3-4), де: координата "х" - відображення повороту колінвала в градусах; координата "у" - відображення потужності двигуна при однаковому об'ємі циліндрів, за умови однакові кількості обертів колінвала; - втягування пальної суміші; 60 ІЇ- стискання пальної суміші;

ІШ - робочий хід;

ІМ - виштовхування відпрацьованих газів, було виявлено, що запропонований важільно-кривошипно-шатунний механізм має сталу закономірність. Початок робочого ходу поршня відбувається через один оберт (3602) колінвалу.

Порівняно з механізмом близького аналога це у два рази частіше. Таким чином, за умови однакової витрати пального, важільно-кривошипно-шатунний механізм, що заявляється, має ще і перевагу в потужності в приблизно у чотири рази.

Для відтворення повної аналогії запропонованої корисної моделі та механізму, що вибраний як найближчий аналог, було розглянуто наступне. Виходячи з умов прикладу конкретного виконання запропонованого важільно-кривошипно-шатунного механізму, колінвал 1 має діаметр 85 мм, а хід поршня - 14 мм, це у 6 разів менше (якщо вісь поршневого шатуна та важеля в його

ВМТ повернута на 5 градусів відносно перпендикуляра). Отже, якщо хід поршня у важільно- кривошипно-шатунного механізму складатиме 85 мм, то радіус колінвала дорівнюватиме 42,5х6-255 мм. Таким чином, витрата пального буде такою ж, як і у класичному двигуні внутрішнього згоряння, але у запропонованому важільно-кривошипно-шатунному механізмі за два оберти колінвала буде виконуватись вісім тактів. Щоб зберегти суттєву перевагу потужності та однакову з класичним двигуном внутрішнього згоряння у кількості тактів, потрібно чотири такти перевести на охолодження циліндра важільно-кривошипно-шатунного механізму. Це означає, що: п'ятий такт - втягування повітря без палива; шостий такт - випуск повітря, яке охолодило циліндр; сьомий такт - втягування повітря без палива; восьмий такт - випуск повітря, яке охолодило циліндр.

Навіть, якщо робочий хід колінвала (поворот) радіусом 255 мм буде на третину менше ніж робочий хід колінвала радіусом 42,5 мм, переваги важільно-кривошипно-шатунного механізму над класичним двигуном внутрішнього згоряння є значні.

Таким чином, запропонована конструкція важільно-кривошипно-шатунного механізму двигуна внутрішнього згоряння забезпечує підвищення коефіцієнта корисної дії та охолодження двигуна, при одночасному зменшенні металоємності, збільшенні потужності та суттєвій економії

Зо пального.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Важільно-кривошипно-шатунний механізм двигуна внутрішнього згоряння, що містить колінвал, що пов'язаний з поршневим шатуном, який відрізняється тим, що додатково оснащений важелем, один кінець якого шарнірно закріплений на корпусі двигуна, а другий кінець шарнірно пов'язаний з поршневим шатуном та в місці їх з'єднання шарнірно закріплений один кінець шатуна кривошипа, другий кінець якого шарнірно прикріплений до колінвала, при цьому вісь важеля та поршневого шатуна, у його верхній мертвій точці, повернута відносно перпендикуляра від 0 до 5 градусів.