Увеличаване на икономичносттадвигател чрез намаляване на триенето на буталата по стените на цилиндъра
Бутален, свързващ безмоторов двигател с вътрешно горене (опции)
Автор: Неклюдов Александър Афанасиевич
Изобретението се отнася до машиностроенето, по-специално додвигателството. Техническият резултат е повишаване на ефективността и експлоатационния живот на двигателя чрез намаляване на триенето на буталата по стените на цилиндъра. Същността на изобретението се състои в това, че двигателят съдържа колянов вал с радиус на манивелата, равен на една четвърт от хода на буталото, ексцентрик, поставен върху манивелата с ексцентричност, равен на една четвърт от хода на буталото, и плъзгач, поставен върху ексцентрика и опрян върху страничните повърхности на картера. Плъзгачът е свързан с буталото посредством прът. За преминаване на "мъртвите" точки механизмът е оборудван със скоби под формата на пружинни ролки, които позволяват на коляновия вал да се върти само в една посока, а ексцентрикът в обратната посока. Например, на ексцентрика е монтиран ограничител под формата на еволвентен зъб или цилиндричен щифт, а на картера са направени реципрочни вдлъбнатини. 13 болен.
Аналог на предлагания двигател са свързващите безмоторни двигатели на Баландин (Balandin S.S. Свързващи безродови двигатели с вътрешно горене, 1972 г.).
В свързващите безмоторни двигатели на Баландин загубите от триене се намаляват няколко пъти, ефективността се повишава значително, надеждността се повишава и се създават условия за увеличаване на живота на двигателя чрез намаляване на триенето на буталата върху цилиндрите поради използването на механизъм за преобразуване на движение без свързващ прът.
Механичният коефициент на полезно действие на експерименталните безмоторни двигатели на Balandin е 94% срещу 75 85% на двигателите с колянови механизми.
Прототипът е двигателят с вътрешно горене Balandin, направен по схемата ссдвоен ексцентрик (Същият, стр. 14. Фиг. 11в).
Коляновият вал на този двигател е подобен на коляновия вал на коляновия двигател, но има наполовина по-голям радиус на коляновия вал. На шийката на свързващия прът на коляновия вал е монтиран сдвоен ексцентрик. На ексцентриците са монтирани плъзгачи, които са свързани към буталата през прътите. Плъзгачите са разположени под ъгъл от 90° един спрямо друг, така че двигателят може да бъде направен по X и V-образни схеми.
Този двигател има недостатъци. Тъй като ексцентрикът е сдвоен, е невъзможно двигателят да се направи редов, да се поставят цилиндрите в една и съща равнина, което е важно за автомобилната индустрия. На коляновия вал е невъзможно да се извърши средна опора между цилиндрите поради сдвоения ексцентрик, така че двигателят има малък ресурс. Двигателят е труден за производство.
Изобретението е насочено към отстраняване на горните недостатъци.
Техническият резултат и при трите варианта е повишаване на ефективността и експлоатационния живот на двигателя чрез намаляване на триенето на буталата по стените на цилиндъра. Същността на изобретението се състои в това, че всеки цилиндър на двигателя е оборудван със собствен ексцентрик, разположен върху коляновия вал, и също така е оборудван със скоби за преминаване на средни "мъртви" точки. За да се предотврати обратното въртене на коляновия вал, на основната му шийка е монтирана и ключалка. Като алтернатива, за преминаване на "мъртвите" точки на ексцентрика, се монтира ограничител под формата на еволвентен зъб или под формата на щифт и се правят реципрочни вдлъбнатини в картера. Същността на изобретението е илюстрирана с помощта на чертежи.
Фигура 1 показва описания безмотов двигател;
фигура 2 - същото, разрез по а-а фигура 1;
фигура 3 - същото, с положение на буталото в средната дясна "мъртва" точка;
фигура 4 - същото, спозицията на буталото в средната лява "мъртва" точка;
фигура 5 - същото, моментът на преминаване на буталото средна дясна "мъртва" точка по инерция;
фигура 6 - двигател, разрез по B-B фигура 1;
фигура 7 показва силите, действащи при стартиране на двигателя в момента, в който буталото преминава средната дясна "мъртва" точка;
Фиг.8 показва силите, действащи при стартиране на двигателя в момента на преминаване на буталото през средната лява "мъртва" точка;
фигура 9 показва преминаването на средната "мъртва" точка ексцентрик с ограничител под формата на еволвентен зъб;
фигура 10 показва относителната позиция на зъбите и кухините:
- - a - 15 ° до средната "мъртва" точка;
- - 6 - 30° след средната "мъртва" точка;
Фиг.12 - бутало с плъзгач и прът, изработено едно цяло;
Фиг.13 - четирицилиндров бутален, свързващ безмоторен двигател.
Двигателят се състои от картер 1 (вижте фигури 1 и 2), в който се намира механизмът за преобразуване на движението, състоящ се от колянов вал 2, ексцентрик 3, плъзгач 4, прът 5. Прътът е свързан към плъзгача чрез щифт 6. Цилиндър 7 е прикрепен към картера, в който е монтирано бутало 8 с бутални пръстени 9. свещ 12, всмукателни и изпускателни t клапани 13, 14. Направляващи повърхности 15 за плъзгача са направени на картера. В плъзгача са монтирани ролки 16, фиксирани от пружини 17. Двигателят е оборудван с охладителна система, система за смазване, система за подаване на гориво, система за стартиране, механизъм за разпределение на газ, както при конвенционалните бутални двигатели с вътрешно горене.
Особеността на предложения двигател е, че тойима четири "мъртви" точки. Горна "мъртва" точка - когато буталото е в най-горната си позиция. Долната "мъртва" точка - когато буталото е в най-ниската си позиция. Средно-дясна "мъртва" точка - когато буталото е в средата между крайните позиции, докато коляновият вал се завърта надясно на 90 ° от оста на цилиндъра. Средно-лявата "мъртва" точка, когато буталото е в средата между крайните позиции, докато коляновият вал е завъртян наляво на 90 ° от оста на цилиндъра. Средните дясна и лява "мъртви" точки са показани на фигури 3 и 4. Преминаването на "мъртвите" точки на работещ двигател се дължи на инерционните сили. Фигура 5 показва момента на преминаване на средната дясна "мъртва" точка. Буталото се движи надолу, коляновият вал се върти надясно, ексцентрикът се върти наляво и преминава средната "мъртва" точка поради инерционната сила 18 от буталото, плъзгача, пръта и ексцентрика.
За да преминете средните "мъртви" точки на празен двигател, например, в момента на стартиране на двигателя, в плъзгача са монтирани скоби, които се състоят от ролки и пружини. Скобите позволяват на ексцентрика да се върти само в една посока. За да се предотврати въртенето на коляновия вал в обратна посока, на картера са монтирани скоби в опората на основната шийка на коляновия вал (виж фиг.6), състояща се от ролки 19 и пружини 20.
Действието на силите при преминаване на средната-дясна "мъртва" точка при стартиране на двигателя е показано на фиг.7. При стартиране на двигателя стартовото устройство информира коляновия вал за ъгловата скорост, докато коляновият вал действа в точка А върху ексцентрика със сила P. Ролката 16 на фиксиращото устройство, разположена отдясно, забавя ексцентрика 4 в точка B. Силата P върху рамото L създава момент М, който върти ексцентрика. Ексцентрикът, въртящ се, се движи надолу, издърпвайки плъзгача, който през прътадвижи буталото със скорост v.
Действието на силите при преминаване на средната лява "мъртва" точка при стартиране на двигателя е показано на фиг.8. При стартиране на двигателя стартовото устройство информира коляновия вал за ъгловата скорост, докато коляновият вал действа в точка А върху ексцентрика със сила P. Ролката 16 на фиксиращото устройство, разположена отляво, забавя ексцентрика 4 в точка B. Силата P върху рамото L създава момент М, който върти ексцентрика. Ексцентрикът, въртящ се, се движи нагоре, издърпвайки плъзгача, който движи буталото през пръта със скорост v.
За да преминете средните "мъртви" точки по време на стартиране на двигателя (като опция), можете да инсталирате акцент под формата на зъб или щифт върху ексцентрика и да направите акцент под формата на вдлъбнатина върху картера. Преминаването на средната "мъртва" точка на ексцентрика с ограничител, направен под формата на зъб, е показано на фиг.9. Еволвентният зъб 21 е направен в едно цяло с ексцентрика или е направен като отделна част и е фиксиран върху ексцентрика от страната на манивелата. На картера, срещу манивелата, в средната лява и дясна "мъртва" точка са направени две вдлъбнатини 22 под формата на зъбни кухини с вътрешно зацепване. D1 - разделителен диаметър за зъба. D2 - разделителен диаметър на вдлъбнатините. Разделителният диаметър на зъба D1 е равен на половината от диаметъра D2 на кухините.
Фигура 10а показва позицията на ексцентричния зъб в момент от 15° до средната "мъртва" точка. Фигура 10б показва положението на зъба на ексцентрика в момента - 30° след средната мъртва точка на коляновия вал.
На фиг.11 ексцентричният ограничител е направен под формата на щифт 23, диаметърът D1 е равен на половината от диаметъра D2, така че кухината 24 има формата на цилиндрично уплътнение. За всяко друго съотношение на диаметрите D1 към D2, кухината ще изглежда като циклоида.
Могат да се поставят ограничители под формата на зъбци или щифтовекартер, а вдлъбнатините са направени на ексцентрика.
Части - бутало, бутален болт, прът, прътов болт, плъзгач - могат да бъдат направени от една цяла част, както при двигателите на Баландин. Такъв детайл е показан на фиг.12.
Работата на предложения двигател не се различава от работата на бутален двигател с вътрешно горене с колянов механизъм.
Двигателят може да бъде двутактов или четиритактов, може да бъде бензинов или дизелов.
Отличителна черта на предложения безмотов двигател е, че той може да бъде редови или боксер, а когато двигателят е четирицилиндров, двигателят е напълно балансиран. Инерционните сили на буталата, ексцентриците, плъзгачите са съответно насочени по двойки един към друг, поради което те взаимно се компенсират. Възникващият момент на двойката сили M1 от буталата P1 и P2 се компенсира от момента M2 от буталата P3 и P4 (виж фиг.13).
Предимството на предложения двигател пред двигателя с колянов механизъм е да се намали триенето на буталата срещу стените на цилиндъра, в резултат на което общата загуба на мощност поради триене се намалява няколко пъти, ефективността се повишава значително, ефективността се подобрява и ресурсът на двигателя се увеличава.
Предложеният двигател може лесно да бъде изграден от автомобилен двигател. Необходимо е да се смени коляновия вал на автомобила с колянов вал с колянови валове с радиуси, намалени наполовина, необходимо е да се направят направляващи равнини за плъзгачите в картера. Монтирайте плъзгачи с ексцентрици на коляните. Монтирайте скоби (топки или ролки с пружини) в плъзгачите и в опората на коляновия вал.
Увеличаването на разходите за производство на двигателя се изплаща чрез спестяване на гориво и увеличаване на ресурса, според предварителните изчисления, два до три пъти.