Свободнопоршневой двигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 49508 А 19 5)5 Р 02 0 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМ И ЛЬСТВУ 2 й институт овССР1.Й ДВИГАГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ КНТ СССР(57) Сущность изобретения: поршни 4 и 5 свободнопоршневого двигателя связаны при помощи механизма, включающего рейку 7, шестерню 8, шатун 9 и кривошип 10 с изменяемой величинои радиуса. Такая конструкция позволяет не только синхронизировать движе)-ие поршней с переменным ходом, но и преобразователь.их возвратно- поступательное движение во вращательное движение кривошипа. 2 ил.10 15 20 25 30 40 45 50 Изобретение относится к двигателестроению, в частности к свободнопоршневымдвигателям (СПД), компрессорам (СПДК)или генераторам газа (СПГГ),Известен свободнопоршневой двигатель, содержащий корпус, расположенные внем на одной оси цилиндр двигателя и цилиндры компрессорных ступеней, две поршневые группы, каждая из которых состоитиз поршня двигателя, поршня компрессораи тронка, соединяющего их, а также механизм синхронизации перемещения поршней в СПД, включающий две траверзы,закрепленные в тронке, к каждой из которых шарнирно присоединено по две рейки,Каждая пара реек, образованная одной рейкой правого и одной - левого поршня, обкатывают зубчатое, колесо, При возвратнопоступательном движении поршней, а значит и реек, зубчатое колесо совершает качательное движение. От вала одного из колесйриводится топливный и водяной насосы имасляный луб рикатор.Недостатком известного СПД являетсяпривод топливного насоса от колеса, совершающего качательное движение. Такое движение колеса, а значит и кулачкового валатопливного насоса, предопределяет начало.подачи топлива при подходе поршней квнутренней мертвой точке, т,е, при замедлении движения поршня, а отсечку подачи -почти при полной остановке поршней, Поэтой причине впрыскивание топлива получается размытым, вялым, что отрицательновлияет на процесс смесеобразования и сгорания топлива, а значит ухудшает экономичность и способствует нагарообразованию изакоксованию выпускных окон, что являетсясущественным недостатком двухтактныхдизелей, особенно СПД,Другим недостатком СПД с таким механизмом синхронизации является невозмож. ность привода от вала колеса вентиляторасистемы охлаждения, что не позволяет применять СПД в качестве силовой установкитранспортныхмашин.Кроме того, СПД, имеющий механизмсинхронизации с траверсой, имеет и значительные осевые габариты (в том числе и засчет необходимости обеспечения хода траверсы) и вес. Значительный вес движущихсямасс поршней, тронка и механизма синхронизации предопределяет низкую ц 1 икличность СПД такого типа (800 - 900 мин у СПДтипа ДК), поскольку частота п, масса.а ижесткость С связаны выражениеми= К уС/е.Известен СПД у которого уменьшениеосевых размеров, веса и повышение числа циклов достигаются креплением реек непосредственно к поршням компрессорных ступеней,Наиболее близким к предлагаемому является СПД, у которого механизм синхронизации выполнен в виде рейки на тронке и шестерни, что позволяет уменьшить массу поршневой группы, а значит, и повысить цикличность СПД.Недостатком этого СПД является сохранение качательного движения зубчатого колеса и привода топливного насоса, что не устраняет недостатки в топливоподаче и смесеобраэовании и не дает возможности обеспечить вращательное движение вала вентилятора.Цель изобретения - улучшение топливной экономичности, мощностных показателей, снижение нагарообраэования в двигателе и обеспечение возможности использования его в качестве силовой установки автономных транспортных машин.Цель достигается тем, что в свободно- поршневом дизеле, содержащем общий корпус, расположенные в нем на одной оси цилиндр дизеля и цилиндры компрессорных ступеней, две поршневые группы, каждая из которых состоит из порщня дизеля, поршня компрессора и тронка; соединяющего их, а также механизм. синхронизации, рейками которого являютсятронки, обкатывающие зубчатые колеса, привод вспомогательных агрегатов (топливного насоса и вентилятора, например) осуществляется через шипы, эксцентрично установленные на зубчатых колесах, шатуны и кривошип, в щеках которого расположены подпружиненные шейки кривошипа,Параметры такого механизма синхронизации подбираются так, чтобы при возвратно-поступательном движении поршней и качательном движении колес, кривошип совершал вращение, приводя в такой же вид движения кулачковый вал топливного насоса и вала вентилятора. При равномерном вращении вала насоса впрыскивание топлива и отсечка подачи его не зависят от характера движения поршней дизеля и становятся четкими. с резким нарастанием давления и хорошим качеством распыла, что, обеспечивает улучшение экономичности и снижение нагарообразования,При вращательном движении кривошипа появляется возможность привода от него вентилятора; что делает систему охлаждения автономной, а значит применимой для трансйортных машин.,Наличие в щеках кривошипа радиальных прямоугольных пазов с расположением в них подпружиненных ползунов обеспечи5 10 15 25 30 35 40 ных шеек кривошипа. вает изменение радиуса кривошипа, чем достигается равномерное вращение его припеременном ходе поршневых групп, характерном для свободнопоршневого двигателя;Анализ предлагаемого технического решения и прототипа показал, что синтез известного реечно-зубчатого механизмасинхронизации СПД с кривошипно-шатунным механизмом позволяет в этом типе двигателей получать новое качестворавномерное вращение кривошипа, приводящего вал топливного насоса и вентилятора, что позволяет значительно улучшитьработу двигателя и делает возможным применение его в качестве силовой установки(например, СПДГН) для транспортных машин.На фиг,1 представлена схема свободнопоршневого двигателя; на фиг,2 - схема ме. ханизма изменения радиуса кривошипа,Свободнопоршневой двигатель, например СПДК (фиг,1), содержит общий корпус1, расположенные в нем на одной оси ци-линдр двигателя 2 и цилиндры компрессорных ступеней 3, две поршневые группы,каждая из которых состоит из поршня двигателя 4, поршня компрессора 5, тронка 6 имеханизма синхронизации, включающегорейку 7, выполненную на тронке, зубчатоеколесо 8, шатун 9 и кривошип 10, приводящий вал топливного насоса и вентилятора.В щеках кривошипа 11 (фиг.2) выполнены радиальные. прямоугольные пазы 12 и 13,в которые на ползунках 14, удерживаемыхпружинами 15, вставлена подвижная шейка16. Кривошип устанавливается в корпусе 17СПД на подшипниках,Условиями обеспечения равномерноговращения кривошипа при законе движенияпоршней СПД, близком к синусоидальному,являются 1+ аг+ В и Раг+1,остальные размеры определяют по теореме косинусов для треугольников, образующих механизм, а кинематическая связь между скоростью вращения кривошипа и и перемещением поршня Х в первом приближении описывается уравнениемХ=Я(1 - сов йй)/2,где 1 и а - длина шатуна 9 и расстояние между осями шестерен 10 и 8 соответственно; г и й - радиусы прицепа шатуна на шестернях 10 и 8;5 - ход поршней;Свободнопоршневой двигатель работает следующим образом.При перемещении поршней 4 двигателя от ВМТ к НМТ зубчатые колеса 8 рейками 7 поворачиваются в разные стороны (по стрелкам), приводя в движение шатуны 9, одетые на подвижных шейках 16, через щеки приводящих кривоший. При правильном подборе размеров механизма синхронизации при минимальном ходе поршней Ямин кривошип поворачивается на 180. Мертвую точку (остановка поршней) кривошип проходит за счет инерционной массы криво- шипа и приведенных к нему масс. При обратном ходе поршней от НМТ к ВМТ колеса поворачиваются в обратную сторону, а кривошип поворачивается еще на 180 в том же направлении,При увеличении подачи топлива в цилиндр увеличивается частота циклов и скорость вращения кривошипа 10, что приводит к увеличению радиуса хривошипа (благодаря действию центробежных сил) и увеличению хода поршней.. Такая конструкция механизма позволяет не только синхронизировать движение поршней с переменным ходом, но и преобразовать их возвратно-поступательное движение во вращательйое движение кривошипа и валов топливного насоса и вентилятора.формула изобретения Свободнопоршневой двигатель, содержащий корпус с цилийдром и размещенными вних противоположно движущимися блоками двигательных и компрессорных поршней, жестко соединенных при помощи тронка. механизм синхронизации движения блоков поршней с рейками, размещенными на тронке, и шестернями и привод вспомогательных агрегатов от шестерен механизма синхронизации. о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью улучшения эксплуатационных показателей, привод вспомогательных агрегатов от шестерен механизма синхронизации осуществляется при помощи шатунов и кривошипа. в щеках которого выполнены радиальные прямоугольные пазы и размещены подпружиненные ползуны подвиж1749508 орректор А.Осауленко актор азаре аказ 2577 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Раул. Гагарина, 101 ательский комбинат "Патент", г. Ужг изводствен Сост Техр итель В.МысляевМ,Моргентал Подписноетениям и открытиям при ГКНТ СССРкая наб., 4,5