Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания

Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к двигателестроению. Использование: преобразование движения поршней, свободно установленных в цилиндрах, во вращение выходного бала. Сущность изобретения : двигатель содержит два параллельно расположенные цилиндра 1,2с размещенными в них встречно движущимися поршнями 13- 16, образующими между собой камеры сгорания. Механизм преобразования движения поршней 13 - 16 во вращение выходного вала 49. исполненный в виде двух параллельно расположенных промежуточных валов 27, 28, соединенных между собой при помощи синхронизирующей зубчатой передачи 29 - 32, каждый из которых связан с одним из поршней 13-16 каждого цилиндра 1,2, а также Изобретение относится к даигателестроению, в частности к свободмопоршневым дизелям. . Известен двухтактный дизель Д-100 (2 Д с неразделенной камерой и прямоточной щелевой продувкой с встречно движущимися поршнями, который имеет два коленвала -верхний и нижний. Коленвалы связаны между собой - промежуточным муфт 46, 47 свободного хода с заклинивающими элементами и ведомой и ведущей полумуфтами , установленных между поршнями 13 - 16 и выходным валом 49. Предусмотрена система впрыска топлива и впрыска охлаждающей воды в цилиндры 1,2. Для этого в камерах сгорания установлены топливные 7, 8 и водяные 9, 10 форсунки, дат- .чики 11, 12 давления газа, а в корпусе-датчики остановки маховика 34, 35 и скорости его движения 36,37 . Кроме этого , каждый цилиндр 1, 2 снабжен электронным блоком 38, 39 управления, входы которого связаны с задающим устройством

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 02 В 71/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 0ц g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

:(Л (К)

00 . (Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4821989/06 и 4829077/06 от 28,05.90 (22) 03.05.90 (46) 23.04.92. баюл. М 15 (75) В.И.Краля (53) 621.432-117(088.8) (56) Заявка ФРГ N 3627184, кл. F 02 В 71/00, опублик, 1988. (54) СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к двигателестроения. Использование; преобразование движения поршней, свободно установленных в цилиндрах, во вращение выходного вала..Сущность изобретения: двигатель содержит два параллельно расположенные цилиндра 1,2 с размещенными в них встречно движущимися поршнями 13 — 16, образующими между собой камеры сгорания.Механизм преобразования движения поршней 13 — 16 во вращение выходного вала 49. аь!полненный в виде двух параллельно расположенных. промежуточных валов 27, 28, сбединенных между собой при помощи синхронизирующей зубчатой передачи 29 — 32, каждый из которых связан с одним из поршней 13 — 16 каждого цилиндра 1, 2, а также

Изобретение относится к даигателестрОению, а частности к свабоднопоршневым дизелям.. Известен двухтактный дизель Д-100 (2 Д

100) с неразделенной квмерой и прямоточной щелевой продувкой с встречно движущимися поршнями, который имеет два коленвала — верхний и нижний, Коленвалы связаны между собой — промежуточным

„„5Q„„1728515 А1 муфт 46, 47 свободного хода с заклинивающими элементами и ведомой и ведущей полумуфтами, установленных между поршнями 13 — 16 и выходным валом 49. Предусмотрена система впрыска топлива и впрыска охлаждающей воды в цилиндры 1, 2. Для этого в камерах сгорания установлены топливные 7, 8 и водяные 9, 10 форсунки, датчики 11, 12 давления газа ° а в корпусе-датчики остановки маховика 34, 35 и скорости его движения 36, 37. Кроме этого, каждый цилиндр 1, 2 снабжен электронным блоком 38, 39 управления, входы которого связаны с задающим устройством (40, 41) впрыска и датчиками 11, 12 давления газа, датчиками остановки 34, 35 и скорости движения маховиков 36, 37, а выходы — с топливной (7, 8) и водяной (9, 10) форсунками. Такое устройство обеспечивает качественное опережение впрыска топлива, а также внутреннее охлаждение цилиндров 1, 2 за счет впрыска охлаждающей воды после момента максимального значения температуры горения с последующим низкотемпературным и низкотоксичным выхлопом.

4 з.,п. ф-лы, 4 ил. (Л вертикальным валом и двумя парами конических шестерен. При этом коленвалы вращаются в противоположные стороны. С верхним коленвалом шатунами связаны верхние поршни, управляющие открытием прадувочных окон, с нижним коленвалом шатунами связаны нижние поршни, управляющие открытием выпускных окон. Охлаждение в этих дизелях водяное с отводом излишнего тепла в окружающую среду.

1728515

Недостатком существующих тепловозных и судовых двухтактных дизелей на базе

Д вЂ” 100 (2 Д 100) типа 10 Д 100 М, 11 Д 100;

13 Д 100, 14 Д 100 и 15 Д 100, выпускаемых промышленностью в настоящее время, является наличие в них коленчатых валов, на которых с участием шатунов усилие, создаваемое газами, разлагается на активную и пассивную составляющие, теряя при этом мощность.

Известен также двухтактный дизельный двигатель с встречно движущимися свободными поршнями и буферными камерами, который имеет два параллельно расположенные цилиндры, сообщенные с продувочными и выпускными окнами, а также с топливными форсунками. Внутри цилиндров встречно установлены поршни, связанные через штоки с зубчатыми штангами, которые входят в зацепление с ведущими полумуфтами роликовых обгонных муфт, ведомые полумуфты которых жестко закреплены на боковых валах. Последние через центробежные буферы, зубчатую и зубчатоременные передачи связаны с выход, м валом. В наружных частях цилиндров двигателя имеются воздушные буферные камеры, Двигатель снабжен турбокомпрессо ром, Недостатками известного двигателя являются наличие в нем воздушных буферных камер, усложняющих его конструкцию, и применение в нем реечно-шестеренчатого зацепления, подвергающегося максимальным нагрузкам давления горения, а также наличие в элементах привода боковых валов роликовых муфт свободного хода с малой площадью элементов заклинивания, а также наличие в них наружной системы охлаждения с отводом тепла в окружающую среду.

Целью изобретения является снижение максимальных нагрузок в механизме путем установки маховиков на каждом промежуточном валу, связанных с поршнями.

Поставленная цель достигается тем, что свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания содержит два параллельно расположенные цилиндры, сообщенные с продувочными и выпускными окнами, а также с топливными и водяными форсунками с электроуправлениями (электроприводами) и датчиками давления газа. Внутри цилиндров встречно установлены поршни, связанные через шатуны и мотылевые пальцы с маховиками (или с коромыслами), состоящими из двух дисков, мотылевых пальцев и промежуточных валов, соединенных между собой при помощи синхронизирующих, коиическик зубчатых колес и вертикального вала, На маховиках установлены подвижные части датчиков остановки их и скорости их движения, неподвижные части которых установлены на корпусе двигателя. Эти датчики являются линейными генераторами переменного тока (могут также устанавливаться и датчики других типов).

Каждый цилиндр предложенного двигателя снабжен электронной схемой управления вприска топлива и вприска охлаждающей воды, содержащей блок управления, задающее устройство вприска, датчики давления газа, датчики остановки и скорости движения маховиков, а также топливную и водяную форсунки с электроуправлениями (электроп риводами), Привод выходного вала двигателя выполняется двух типов: с применением клиновых муфт свободного хода, а также с применением конических клиновых муфт свободного хода.

Привод выходного вала с применением клиновых муфт свободного хода выполнен таким образом, что вертикальный вал через две пары конических шестерен, две клиновые муфты свободного хода связан с цилиндрической шестерней и выходным валом, Привод выходного вала с применением конических клиновых муфт свободного хода выполнен таким образом, что синхронизирующие конические шестерни, входящие в зацепление с коническими шестернями вертикального вала, выполнены заодно с маховиками. С ни>кней синхронизи рующей конической шестерней, выполненной заодно с ни>кним маховиком, входят в зацепление ведущие полумуфты конических клиновых муфт свободного хода, ведомые полумуфты которых жестко связаны с выходным валом (при необходимости вывода второго выходного вала нужно его вывести с верхней синхронизирующей шестерни аналогично, как он выведен уже с нижней синхронизирующей шестерни).

На фиг. 1 изображена схема свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания с приводом выходного вала с применением клиновых муфт свободного хода; на фиг. 2 — то же, с применением конических клиновых муфт свободного хода; на фиг. 3 — схема клиновой муфты свободного хода; на фиг, 4 — схема конической клиновой муфты свободного хода.

Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания содержит два параллельно расположенные цилиндры 1, 2, сообщенные с продувочными 3, 4 и выпускными 5, 6, окнами, а также с топливными 7, 8 и водяными 9, 10 форсунками и датчиками

11, 12 давления газа, Внутри цилиндров 1, 2

1728515 встречно установлены поршни.13 — 16, связанные через шатуны 17 — 20 и мотылевые пальцы 21 — 24 с маховиками 25, 26, состоящими из двух дисков, мотылевых пальцев и промежуточных валов 27, 28, соединенных между собой при помощи синхронизирующих конических зубчатых колес 29 — 32, и вертикального вала 33. С маховиками 25, 26 связаны датчики 34, 35 остановки маховиков и датчики 36, 37 скорости движения маховиков, Каждый цилиндр предложенного двига- теля снабжен электронной схемой управления впрыска топлива и впрыска охлаждающей воды, содержащей блоки 38, 39 управления, задающие устройства 40, 41 впрыска, датчики 11, 12 давления газа, датчики 34, 35 остановки маховика, датчики 36, 37 скорости движения маховика, а также топливные 7, 8 и водяные 9, 10 форсунки.

Привод выходного вала двигателя выполняется двух типов: с применением клиновых муфт свободного хода и с применением конических клиновых муфт свободного хода

Привод выходного вала с применением клиновых муфт свободного хода (фиг, 1) выполнен таким образом, что вертикальный вал 33 через две пары конических шестерен

42, 43 и 44, 45, две клиновые муфты 46, 47 свободного хода связан с цилиндрической шестерней 48 и выходным валом 49..

Привод выходного вала с применением конических клиновых муфт свободного хода выполнен таким образом. что синхронизирующие конические шестерни 29, 31, входящие в зацепление с коническими шестернями 30, 32 вертикального вала 33, выполнены заодйо с маховиками 25, 26. С нижней синхронизирующей конической шестерней 31, выполненной заодно с нижним маховиком 26, входят в зацепление ведущие полумуфты конических клиновых муфт свободного хода, ведомые полумуфты которых жестко связаны с выходным валом. Клиновая муфта свободного хода (фиг. 3) . состоит из ведущей полумуфты, ведомой полумуфты и клиньев 50 — 55 с пружинами 56.

На ведомой полумуфте 54 нет.цилиндрического зубчатого венца 57.

Клиновая муфта свободного хода работает следующим образом.

При вращении ведущей полумуфты против часовой стрелки клинья 50 — 55 под действием этого вращения, давления пружин 56 и сил трения заклинивают ведущую с ведомой полумуфтой и далее вся клиновая муфта свободного хода вращается как одно целое, приводя во вращение своим зубчатым венцом 57 далее расположенные шес10

20

30

40

55 терни. При вращении ведущей полумуфты по часовой стрелке клинья 50 — 55 свободно проскальзывают по ведомой полумуфте и заклинивания не происходит. Ведомая полумуфта в это время не вращается и далее вращение не передается.

Коническая клиновая муфта свободного хода (фиг. 4) состоит из ведущей полумуфты

58, ведомой полумуфты 59 и профилированных клиньев с пружинами. На ведущей полумуфте 58 имеется конический зубчатый венец, Коническая клиновая муфта свободного хода работает следующим образом.

При вращении ведущей полумуфты 58 против часовой стрелки клинья поддействием этого вращения, давления пружин 61 и сил трения заклинивают ведущую 58 с ведомой полумуфтой 59, далее вся коническая клиновая муфта свободного хода вращается как одно целое, приводя во вращение связанные с ее ведомой полумуфтой 59 элементы.

При вращении ведущей полумуфты 58 по часовой стрелке клинья свободно проскальзывают по ведомой полумуфте 59 и заклинивания не происходит, Ведомая полумуфта в это время не вращается и далее вращение не передается.

Свободнопоршневой двигатель, внутреннего сгорания работает следующим образом, В цилиндре 1 происходят рабочий ход, выпуск отработанной газопаровой смеси и продувка его сжатым воздухом (от газотурбонаддува) через продувочное окно 3 и выпускное окно 5. Далее поршни 13, 14 движутся от крайних наружных положений к крайним внутренним положениям, При этом поршнем 13 перекрывается. продувочное окно 3, а поршнем 14 перекрывается выпускное окно 5 и в этом цилиндре 1 производится сжатие воздуха до момента подхода поршней 13, 14 к крайнему внутреннему положению. Затем топливной форсункой 7 производится вприск топлива в цилиндр 1 и в нем начинается процесс горения-расширения. Поршни 13, 14 начинают двигаться от крайнего внутреннего положения к крайнему наружному положению. управляющий сигнал на топливную форсунку 7 подается электронным блоком 39 управления с необходимым опережением в зависимости от поступающих на него сигналов с датчика 35 остановки маховика, датчика 37 скорости движения маховика и задающего устройства 41 вприска.

В цилиндре 2 происходят сжатие воздуха, вприск топлива топливной форсункой 8. 1728515

Применение свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания предложенной: конструкции позволит снизить максимальные нагрузки в механизме путем установки маховиков на каждом промежуточном валу, 5 связанном с поршнями. Кроме того, будут снижены максимальные нагрузки в элементах привода выходного вала за счет применения клиновых и конических клиновых муфт свободного хода. Применение в пред- 10 ложенном двигателе электронной системы управления, обеспечивающей качественное опережение вприска топлива, позволит в нем получить большие мощности. Водяные форсунки, применяемые для внутреннего 15 охлаждения цилиндров, позволят в нем также увеличить мощность, избавиться от наружной системы охлаждения, а также уменьшить токсичность выхлопа.

Формула и зоб рете н и я 20

1, Свободнопоршневой двигатель внут.реннего сгорания, содер>кащий корпус, по меньшей мере два параллельно расположенных цилиндра с размещенными в них встречно движущимися поршнями, образу- 25 ющими между собой камеры сгорания, механизм преобразования движения поршней во вращение выходного вала, выполненный в виде двух параллельно расположенных промежуточных валов, соединенных между 30 собой при помощи синхронизирующей зубчатой передачи, каждый из которых связан с одним из поршней каждого цилиндра, а также муфт свободного хода с заклинивающими элементами и ведомой и ведущей по- 35 лумуфтами,: установленных между поршнями и выходным валом, и систему впрыска топлива, выполненную в виде топливных форсунок, установленных в каждой камере сгорания и связанных с блоком уп- 40 равления с возможностью поочередной подачи на форсунки управляющего сигнала, о т л и ч э ю шийся тем, что, с целью снижения максимальных нагрузок в механизме, на каждом промежуточном валу установлен маховик, связанный с поршнями, а синхронизирующая передача выполнена в виде вала, расположенного перпендикулярно промежуточным валам и зацепленного с ними при помощи конических зубчатых колес.

2.Двигатель по и. 1, отл ича ю щий с я тем, что заклинивающие элементы выполнены в виде клиньев.

3, Двигатель по пп. 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что в камерах сгорания дополнительно установлены водяные форсунки и датчики давления газа, в корпусе установлены датчики остановки маховика и скорости

его движения, а каждый цилиндр снабжен блоком управления, входы которого связаны с, задающим устройством впрыска и датчиками давления газа, остановки и скорости движения маховика, а выходы — с топливной и водяной форсунками.

4. Двигатель по пп. 1 — 3, о т л и ч э ю щ и йс я тем, что на выходном валу установлена цилиндрическая шестерня, зацепленная с шестернями ведомых полумуфт муфт свободного хода, а ведущие полумуфты зацеплены с синхронизирующим валом при помощи конических передач.

5. Двигатель по пп, 1 — З,отл ич а ющи йс я тем, что ведомые полумуфты муфт свободного хода жестко установлены на выходном валу, а конические шестерни промежуточных валов выполнены заодно с маховиками, одна из которых зацеплена с обеими ведущими полумуфтами.

Приоритет по пунктам:

03,05.90 пп. 1 — 4;

28.05.90 по и. 5.

1728515

1728515