О изобретении 2 764 945
О создании изобретения – патент 2 764 945
Конструкция ДВС по патенту 2 764 945 с односторонним расположением поршней
Вариант с оппозитным расположением поршней
Я хочу рассказать о том как создавалось данное изобретение. История началась ещё в 1995 году. В октябре того года я с женой возвращались на машине после выхода на пенсию из Мурманска на родину в Калугу. При выезде из Мурманской области отказал двигатель ( провернулся коленчатый вал ) и мы вынуждены на буксирном тросе проследовать в город Сегежу для ремонта. Время было напряжённое и ремонтные конторы находились в глубоком кризисе. Пришлось самому разбирать двигатель ( некоторый опыт у меня был) После разборки доработал коленчатый вал со шлифовкой шеек .так как провернулся подшипник .Тогда я и задумался как избавиться от данной детали. Во первых для его извлечения пришлось полностью разобрать двигатель. Во вторых принятые по проекту подшипники скольжения очень чувствительны к отсутствию смазки и перестают работать при её отсутствии. После этого события прошло много лет и только первая идея появилась только в 2018году . На эту идею как не странно натолкнула ножная швейная машина . в которой качание нижней педали превращалась во вращательное движение маховика швейной машины. Это напоминало на движение поршня ДВС , только не было схемы расчёта движения пары поршней. чтобы они работали синхронно , т е .если один находился в верхнем положении, то второй обязательно должен быть в крайнем нижнем. Здесь на помощь пришли мои знания в области математики. Путём математических расчётов мне удалось найти определённые соотношения размеров деталей между собой ( см описание патента) Конструкция получается относительно компактной , при этом вместо громоздкого со значительной массой многоколенчатого вала применён одноколенчатый с одним шатуном. Поршни передают усилие через толкатели качающему коромыслу с минимальным качанием толкателей относительно осей ( в пределах 5 градусов) . Это позволяет значительно снизить усилие трения поршней относительно стенок цилиндра. В данной конструкции возможно применением подшипников качения закрытого типа , что позволит работать двигателю при минимальной смазке. Это значительно повышает их надёжность и ремонтно пригодность. Применение подшипников качения позволяет производить их замену при минимальных затратах. Выходной вал конструктивно расположен на минимальном расстоянии от головки блока цилиндра ,что упрощает кинематическую схему связи выходного вала с распределительным и исключить применение громоздких цепных и ремённых передач. Ещё одно преимущество данной конструкции по сравнению со стандартной – отсутствие разъёма для установки выходного вала Также в данной конструкции применён шатун с отсутствием съёмной крышки. Это позволяет уменьшить его массу со значительным снижением инерционных сил и также упрощает при ремонте его замену.
В дальнейшем я создал модель с использованием 3д принтера , в которой и проверил мои расчёты. В результате уже в 2019году составил заявку и в 2021году получил патент.
Далее на основе данного патента получено ряд новых путём его усовершенствования.
Здесь приведена видеозапись работы модели .
Ниже приведено описание патента в оригинале с эскизами.
кл F 02B 75\20
Двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится для использования в проектировании и строительстве двигателей внутреннего сгорания
Известен двигатель ( патент РФ 2116478 от 27,07,1998 г) с кривошипно-шатунным механизмом, состоящий из жестко соединенных цилиндра и картера , помещённых в цилиндр поршня, в картер одноколенчатого вала , который концами шарнирно соединён с крышками картера, при этом ось вала пересекает ось цилиндра под прямым углом , а середина шейки колена и ось цилиндра находятся в плоскости , перпендикулярной оси вала , шатуна , одним концом соединённого с шейкой колена , при этом оси всех шарнирных соединений перпендикулярны плоскости вращения колена, при этом двигатель снабжён стержнем, двумя поводками , которые шарнирно соединены между собой в определённой последовательности. Недостатком данной конструкции является её сложность, так как двигатель только для комплектовки одного поршня имеет большое количество деталей (стержень , два поводка , два рычага , шатун и одноколенчатый вал) , Для 4-х тактного двигателя количество деталей приводит к увеличению их в 4 раза , кроме этого стержень, жёстко закреплённый на поршне испытывает напряжения изгиба от рабочего усилия в поводке ,а на оси поводков и рычагов действуют большие динамические нагрузки из-за неуравновешенности их масс при их возвратно- колебательных движениях .
Задача предполагаемого изобретения упростить конструкцию двигателя с устранением выше изложенных недостатков.
Задача достигается тем , что стержни двигателя снабжены шарнирами в соединении с поршнем и поводком , который выполнен двухплечевым , а другой поводок жёстко закреплён на валу двухплечевого поводка под углом , при этом расстояние между неподвижным шарниром двухплечевого поводка и осью одноколенчатого вала А = , где а- расстояние между осью поршня и осью двухплечевого поводка ,а в – длина шатуна, а угол β между двухплечевым поводком и вторым поводком определяется из значения sin β = в \ А
На фиг 1 показан 1 вариант двигателя в изометрии ,на фиг 2 - 2 вариант в изометрии, На фиг 3 схема расчёта элементов двигателя.
По первому варианту фиг 1 двигатель содержит цилиндры 1 ( 4 шт) , жестко соединённые с картером 2, поршни 3 ( 4 шт) в 4-х тактном варианте ,которые расположены попарно с противоположным расположением днищ поршней и параллельно друг другу, одноколенчатый вал 4 в картере 2, концы которого шарнирно установлены в стенке картера , при этом ось вала 4 пересекает ось цилиндра 1 под прямым углом и расположена между осями цилиндров , шатун 5 , стержни 6 ( 4 шт) , поводок 7 , выполненный в виде двухплечевого с неподвижным центром посредине и второй поводок 9 жёстко установлены на валу 8 , расположенного под углом β по отношению ко второму поводку 7 , а шатун 5 шарнирно соединён одним концом с шейкой колена , другим с концом поводка 9 ;.
По второму варианту фиг 2 двигатель содержит те же элементы , что по первому , только поршни расположены попарно параллельно друг другу , но с расположением днищ поршней в одну сторону, а на валу 13 закреплены два двухплечих поводка 7. Данный вариант позволяет разместить головку картера над днищами поршней для более удобного техобслуживания.
Согласно схеме фиг 3 расстояние между неподвижным шарниром двухплечевого поводка и осью одноколенчатого вала А = , где а- расстояние между осью поршня и осью двухплечевого поводка ,а в – длина шатуна. Угол β между двухплечевым поводком и вторым поводком определяется из значения sin β= в \ А
Двигатель работает следующим образом.
При возвратно – поступательном движении поршней 3 через стержни 6 происходит возвратно – колебательное движение двухплечевого поводка 7 и через вал 8 крутящий момент передаётся на поводок 9 и далее посредством шатуна 5, связанного шарнирно с шейкой одноколенчатого вала и концом поводка 9 происходит его вращение
.Изобретение может найти применение для привода насосов, электрогенераторов.
Формула изобретения
Двигатель с кривошипно-шатунным механизмом, состоящий из жестко соединенных цилиндров и картера , помещённого в каждый цилиндр поршня, одноколенчатого вала в картере, который концами шарнирно соединён с крышками картера, при этом ось вала пересекает ось цилиндра под прямым углом , а середина шейки колена и ось цилиндра находятся в плоскости , перпендикулярной оси вала , шатуна , одним концом соединённого с шейкой колена , оси всех шарнирных соединений перпендикулярны плоскости вращения колена, а двигатель снабжён стержнями, двумя поводками , которые шарнирно соединены между собой в определённой последовательности
отличающийся тем ,что с целью упрощения конструкции стержни двигателя снабжены шарнирами в соединении с поршнем и поводком , который выполнен двухплечевым , а другой поводок жёстко закреплён на валу двухплечевого поводка под углом , при этом расстояние между неподвижным шарниром двухплечевого поводка и осью одноколенчатого вала А = , где а- расстояние между осью поршня и осью двухплечевого поводка ,а в – длина шатуна, а угол β между двухплечевым поводком и вторым поводком определяется из значения sin β = в \ А