RU2504674C1

RU2504674C1 - Two-stroke diesel engine

Info

Publication number: RU2504674C1
Application number: RU2012131342/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Григорчук
Original assignee: Владимир Степанович Григорчук
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-01-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.SUBSTANCE: proposed engine comprises cylinder block 1, cylinder block unit, crankshaft, pistons fitted in said cylinders and engaged with crankshaft via rods and cranks, flywheel fitted on the latter, high-pressure pump, air pump, feed system, lubrication system, starting system and control mechanisms. Engine with even number of cylinders accommodate identical-design vibration mechanisms, one per every cylinder. Every one is fitted inside the piston and composed of two identical-diameter spur gears 29. Said gears 29 fitted on shafts 30 rotate in opposite directions are located vertically in one plane and interengaged. Every gear 29 has at least one balanced weight 32 at piston TDC located at the ends of line passing through the center of rotation of both gears 29. Driven gear 33 with teeth at one half of outer circle is fitted on axle of one of said spur gears 29. Said driven gear 33 is arranged between two vertical fixed racks 34 bolted to the cylinder to engage therewith in turns. Note here that vectors of inertial forces are directed along cylinder lengthwise axes and aligned with piston displacement.EFFECT: origination of vibration forces directed in piston displacement.16 dwg

Description

Изобретение относится к области дизелестроения и может найти применение на крупных морских и речных судах, передвижных электростанциях и тепловозах.The invention relates to the field of diesel engineering and can find application in large sea and river vessels, mobile power plants and diesel locomotives.

Известен четырехтактный дизельный двигатель 211Д1, содержащий блок цилиндров с крышкой и поршнями, блок картера с кривошипно-шатунным механизмом, соединенным посредством штоков с поршнями, передаточный механизм, привод вспомогательных агрегатов, механизм газораспределения, системы: питания, охлаждения, смазки, воздухонаддува, запуска, механизмы управления. Число цилиндров - 6, мощность - 750 л.с. / Маневровые тепловозы, гл. ред. Н.С.Назарова,- М.: Транспорт, 1977, c.53-73, рис.29,30 /.A four-stroke 211D1 diesel engine is known, comprising a cylinder block with a cover and pistons, a crankcase with a crank mechanism connected by rods to pistons, a transmission mechanism, an auxiliary unit drive, a gas distribution mechanism, systems: power, cooling, lubrication, pressurization, starting, management mechanisms. The number of cylinders is 6, the power is 750 hp. / Shunting locomotives, Ch. ed. N.S. Nazarova, - M .: Transport, 1977, p. 53-73, Fig. 29.30 /.

Недостатками аналога являются низкий кпд, большой расход топлива, недостаточная мощность, большие тепловые потери, значительное загрязнение окружающей среды выхлопными газами.The disadvantages of the analogue are low efficiency, high fuel consumption, insufficient power, large heat losses, significant environmental pollution by exhaust gases.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя.These disadvantages are due to the design of the engine.

Известен также двухтактный дизельный двигатель 37Д, содержащий фундаментальную раму, остов двигателя с блоком цилиндров, имеющих продувочные окна, головку блока с выпускными клапанами, картер с кривошипно-шатунным механизмом, который связан с поршнями, установленными в цилиндрах, газораспределительный механизм, ротационную воздуходувку, системы питания, охлаждения, смазки, запуска, механизмы управления. / С.Н.Прасолов, М.Б.Амитин. Устройство подводных лодок. - М.: Ордена Трудового Красного Знамени военное издательство Министерства Обороны СССР, 1973, с.235-242, рис. 97,99 /.Also known is a 37D two-stroke diesel engine containing a fundamental frame, an engine frame with a cylinder block having purge windows, a cylinder head with exhaust valves, a crankcase with a crank mechanism that is connected to pistons installed in the cylinders, a gas distribution mechanism, a rotary blower, systems power, cooling, lubrication, startup, control mechanisms. / S.N. Prasolov, M. B. Amitin. The device of submarines. - M .: Order of the Red Banner of Labor, military publishing house of the Ministry of Defense of the USSR, 1973, p.235-242, fig. 97.99 /.

Известный двухтактный дизельный двигатель 37Д, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.The well-known 37D two-stroke diesel engine, as the closest in technical essence and achieved useful result, is taken as a prototype.

Недостатки известного дизельного двигателя, принятого за прототип, те же.The disadvantages of the known diesel engine adopted for the prototype are the same.

Задачей настоящего изобретения является повышение технических характеристик дизельного двигателя.The present invention is to improve the technical characteristics of a diesel engine.

Технический результат обеспечивается тем, что в двухтактном дизельном двигателе, содержащем блок цилиндров, головку блока, коленчатый вал, поршни, вставленные в цилиндры, которые посредством штоков и шатунов соединены с коленчатым валом, на котором закреплен маховик, насос высокого давления, нагнетатель воздуха, системы питания, охлаждения, смазки, запуска, механизмы управления, согласно изобретению в двигателе, имеющем четное количество цилиндров, размещены вибромеханизмы, по одному на каждый цилиндр, одинаковые по конструкции, каждый из которых размещен во внутренней полости поршня и представляет собой две цилиндрические шестерни одного и того же диаметра, расположенные вертикально в одной плоскости и входящие друг с другом в зацепление, закрепленные на осях с возможностью вращения навстречу друг другу, каждая из которых имеет по одному дебалансу, которые при поршне, находящемся в нижней мертвой точке, расположены на концах линии, проходящей через оба центра вращения шестерен, кроме того, на оси одной из цилиндрических шестерен закреплена приводная шестерня, имеющая зубья на одной половине наружной окружности, которая расположена между двух вертикальных зубчатых неподвижных реек, привернутых болтами к цилиндру и входящих попеременно с ними в зацепление, причем векторы инерционных сил вибромеханизмов направлены вдоль продольных осей цилиндров и совпадают с направлением движения поршней.The technical result is ensured by the fact that in a two-stroke diesel engine comprising a cylinder block, a cylinder head, a crankshaft, pistons inserted into cylinders, which are connected by means of rods and rods to a crankshaft on which a flywheel, a high pressure pump, an air blower, systems are fixed power, cooling, lubrication, starting, control mechanisms, according to the invention, in an engine having an even number of cylinders, vibration mechanisms are placed, one for each cylinder, identical in design, each of which is placed in the internal cavity of the piston and consists of two cylindrical gears of the same diameter, located vertically in the same plane and engaged with each other, fixed on axes with the possibility of rotation towards each other, each of which has one unbalance, which, with the piston located at bottom dead center, are located at the ends of the line passing through both centers of rotation of the gears, in addition, a drive gear is fixed on the axis of one of the cylindrical gears, having ubya on one half of the outer circumference of which is disposed between two vertical toothed racks fixed, by bolts screwed to the cylinder and entering them alternately into engagement with the vectors vibromehanizmov inertial forces directed along the longitudinal axes of the cylinders and the pistons coincide with the direction of movement.

Сущность изобретения поясняется чертежами, The invention is illustrated by drawings,

где на фигуре 1 изображен общий вид двигателя;where figure 1 shows a General view of the engine;

на фигуре 2 - вид на двигатель сзади;figure 2 is a rear view of the engine;

на фигуре 3 - вид на двигатель спереди;figure 3 is a front view of the engine;

на фигуре 4 - кинематическая схема двигателя;figure 4 is a kinematic diagram of the engine;

на фигуре 5 - принципиальная схема двигателя;figure 5 is a schematic diagram of an engine;

на фигуре 6 - общий вид поршня двигателя;figure 6 is a General view of the piston of the engine;

на фигуре 7 - вид на поршень сбоку;figure 7 is a side view of the piston;

на фигуре 8 - вид на поршень сверху;figure 8 is a top view of the piston;

на фигуре 9 - вид на поршень снизу;figure 9 is a view of the piston from below;

на фигуре 10 - устройство поршня в разрезе;figure 10 is a sectional view of a piston device;

на фигуре 11 - общий вид зубчатых реек;figure 11 is a General view of the gear racks;

на фигуре 12 - вид на зубчатые рейки сверху;figure 12 is a view of the gear racks from above;

на фигурах 13, 14 - схема работы двухтактного дизеля;in figures 13, 14 is a diagram of the operation of a two-stroke diesel engine;

на фигурах 15, 16 - схема работы вибромеханизма.in figures 15, 16 is a diagram of the operation of the vibromechanism.

Четырехцилиндровый двухтактный дизельный двигатель с усилителями мощности содержит блок цилиндров 1 с рубашкой охлаждения 2 и продувочными окнами 3, одно из которых соединено с выпускной трубой 4, головку блока 5 с форсунками 6, картер 7, в котором установлен коленчатый вал 8, который посредством штоков 9 и шатунов 10 соединен с поршнями 11, вставленными в цилиндры 12. Картер закрыт крышкой 13. Дизельный двигатель содержит также системы питания c топливным баком 14, охлаждения, смазки и запуска. На переднем конце коленчатого вала закреплен маховик 15, зубчатый венец которого через шестерню 16 соединен с генератором-стартером 17. Зубчатая шестерня 18, закрепленная на заднем конце коленчатого вала, через шестерни 19, 20, 21 приводит в движение насос высокого давления 22 с рычагом регулирования подачи топлива 23, топливный 24, масляный 25, водяной 26 насосы и нагнетатель воздуха 27. Вибромеханизмы, по одному на каждый цилиндр, выполнены во внутренних полосах поршней, одинаковы по конструкции, В каждой полости 28 поршней размещены две цилиндрические шестерни 29 одного и того же диаметра, расположенные вертикально в одной плоскости и входящие друг с другом во внешнее зацепление. Шестерни закреплены на осях 30, вставленных в подшипники поршня и зафиксированных заглушками 31. Шестерни установлены с возможностью вращения навстречу друг другу и каждая из них имеет по одному дебалансу 32, которые при поршне, находящемся в нижней мертвой точке (фиг.10), расположены на концах линии, проходящей через оба центра вращения цилиндрических шестерен. На оси одной из цилиндрических шестерен закреплена приводная шестерня 33, имеющая зубья на одной половине наружной окружности, установленная между двух вертикальных зубчатых неподвижных реек 34, повернутых друг к другу своими зубьями, выполненных заодно с поперечной планкой 35, которая привернута болтами к цилиндру. Приводная шестерня попеременно входит в зацепление то с одной, то с другой зубчатой рейкой.A four-cylinder two-stroke diesel engine with power amplifiers contains a cylinder block 1 with a cooling jacket 2 and purge windows 3, one of which is connected to the exhaust pipe 4, the head of the block 5 with nozzles 6, the crankcase 7, in which the crankshaft 8 is installed, which by means of rods 9 and connecting rods 10 are connected to pistons 11 inserted in the cylinders 12. The crankcase is closed by a cover 13. The diesel engine also contains power systems with a fuel tank 14, cooling, lubrication and starting. A flywheel 15 is fixed at the front end of the crankshaft, the gear ring of which is connected via the gear 16 to the starter-generator 17. The gear gear 18, mounted on the rear end of the crankshaft, drives the high pressure pump 22 with the control lever through gears 19, 20, 21 fuel supply 23, fuel 24, oil 25, water 26 pumps and an air blower 27. Vibromechanisms, one for each cylinder, are made in the inner bands of the pistons, are identical in design, In each cavity of the 28 pistons there are two cylindrical gears 29 of the same diameter, located vertically in the same plane and entering into external engagement with each other. The gears are fixed on the axles 30, inserted into the piston bearings and fixed by plugs 31. The gears are mounted for rotation towards each other and each of them has one unbalance 32, which are located on the bottom dead center with the piston (Fig. 10) the ends of the line passing through both centers of rotation of the spur gears. A drive gear 33 is fixed on the axis of one of the cylindrical gears, having teeth on one half of the outer circumference, mounted between two vertical gear fixed rails 34, turned to each other by their teeth, made integral with the transverse bar 35, which is bolted to the cylinder. The drive gear alternately engages with either one or the other gear rack.

Двухтактный дизельный двигатель с вибромеханизмами работает следующим образом.A two-stroke diesel engine with vibromechanisms works as follows.

В исходном положении (фиг.13) поршень 11 находится в нижней мертвой точке. Продувочные окна 3 открыты. Нагнетатель воздуха 27 засасывает из атмосферы воздух через воздушный фильтр и подает его в цилиндр. Поступающий воздух вытесняет в выпускную трубу 4 отработанные газы. При этом цилиндрические шестерни 29 находятся в положении, показанном на фигуре 15, а приводная шестерня 33 своими зубьями вошла в зацепление с левой неподвижной зубчатой рейкой 34. Далее поршень 11 начиняет подниматься вверх, перекрывает продувочные окна 3 и сжимает воздух в цилиндре. Вместе с поршнем 11 поднимается приводная шестерня 33. Она перекатывается по зубьям левой неподвижной зубчатой рейки 34, вращаясь в направлении, показанном на фигуре 15 стрелкой и приводя во вращение цилиндрические шестерни 29, а вместе с ними и дебалансы 32. За время движения поршня от нижней до верхней мертвой точки дебалансы 32 повернуться на 180⁰, совершая криволинейное движение. Составляющие сил инерции и дебалансов, действующие вдоль цилиндра, в его верхней части суммируются и направлены в сторону движения поршня 11, а черев шток 9 и шатун 10 приложены к коленчатому валу 8 и увеличивают крутящийся момент на нем. Достигнув верхней мертвой точки, дебалансы 32 займут положение, показанное на фигуре 16, а приводная шестерня 33 выйдет из зацепления с левой неподвижной зубчатой рейкой 34 и войдет в зацепление с правой неподвижной зубчатой рейкой 34. Составляющие сил инерции и действующие поперек цилиндра 12 взаимно уравновешиваются. Как только поршень 11 займет положение, показанное на фигуре 14, сжатый воздух нагреется до высокой температуры. Топливо из топливного бака 14 топливным насосом 24 подается в насос высокого давления 22, а он подает необходимое количество топлива через форсунку 6 в цилиндр 12. Топливо воспламеняется и образовавшиеся газы давят на поршень 11, который начинает двигаться в сторону нижней мертвой точки. Приводная шестерня 33 обкатывается по зубьям правой неподвижной зубчатой рейки 34 в направлении, показанном стрелкой на фигуре 16, заставляя вращаться цилиндрические шестерни 29 в том же направлении, что и раньше. Дебалансы 32 совершают криволинейное движение в нижней части. Составляющие сил инерции Fu снова суммируются, действуют в продольном направлении, совпадая с направлением движения поршня 11 под действием давления газов. Силы инерции дебалансов суммируются и через шток 9 и шатун 10 воздействуют на коленчатый вал 8. Когда поршень 11 достигнет нижней мертвой точки, все повторится сначала. При изменении частоты вращения коленчатого вала изменяется и величина составляющих сил инерции дебалансов, прикладываемых к нему. Таким образом при движении поршня 11 возникают дополнительные инерционные силы, направленные в сторону движения поршня, также действуют вибромеханизмы и в других цилиндрах. Чтобы во время работы двигателя не увеличивалась вибрация, количество цилиндров должно быть четным.In the initial position (Fig.13), the piston 11 is at bottom dead center. The purge windows 3 are open. The supercharger 27 draws air from the atmosphere through the air filter and feeds it into the cylinder. The incoming air displaces the exhaust gases into the exhaust pipe 4. In this case, the cylindrical gears 29 are in the position shown in FIG. 15, and the drive gear 33 has engaged its teeth with the left stationary gear rack 34. Next, the piston 11 begins to rise, closes the purge windows 3 and compresses the air in the cylinder. Together with the piston 11, the drive gear 33 rises. It rolls over the teeth of the left stationary gear rack 34, rotating in the direction shown in figure 15 by the arrow and causing the rotation of the cylindrical gears 29, and with them the unbalances 32. During the movement of the piston from the bottom to the top dead center, unbalances 32 rotate 180 ⁰ , making a curved motion. The components of inertia and unbalance forces acting along the cylinder in its upper part are summed up and directed towards the movement of the piston 11, and the stem 9 and the connecting rod 10 are applied to the crankshaft 8 and increase the torque on it. Having reached the top dead center, the unbalances 32 will occupy the position shown in figure 16, and the drive gear 33 will disengage from the left stationary gear rack 34 and will engage with the right stationary gear rack 34. The components of the inertia forces and acting across the cylinder 12 are mutually balanced. As soon as the piston 11 takes the position shown in figure 14, the compressed air will heat up to high temperature. The fuel from the fuel tank 14 is supplied to the high pressure pump 22 by the fuel pump 24, and it supplies the required amount of fuel through the nozzle 6 to the cylinder 12. The fuel ignites and the gases formed press the piston 11, which begins to move towards the bottom dead center. The drive gear 33 rolls over the teeth of the right stationary gear rack 34 in the direction shown by the arrow in Figure 16, causing the cylindrical gears 29 to rotate in the same direction as before. The imbalances 32 make a curved movement in the lower part. The components of the inertia forces Fu are summed again, they act in the longitudinal direction, coinciding with the direction of movement of the piston 11 under the action of gas pressure. The inertia forces of the unbalances are summed up and through the rod 9 and the connecting rod 10 act on the crankshaft 8. When the piston 11 reaches bottom dead center, everything will be repeated again. When changing the frequency of rotation of the crankshaft, the magnitude of the components of the inertia forces of the unbalances applied to it also changes. Thus, when the piston 11 moves, additional inertial forces arise, directed towards the piston motion, vibro mechanisms also act in other cylinders. To prevent vibration during engine operation, the number of cylinders must be even.

Изобретение позволяет получить дополнительное усилие на коленчатом валу и тем самым увеличить частоту его вращения без увеличения расхода топлива.The invention allows to obtain additional effort on the crankshaft and thereby increase its frequency of rotation without increasing fuel consumption.

Claims

Двухтактный дизельный двигатель, содержащий блок цилиндров, головку блока, коленчатый вал, поршни, вставленные в цилиндры, которые посредством штоков и шатунов соединены с коленчатым валом, на котором закреплен маховик, насос высокого давления, нагнетатель воздуха, системы питания, охлаждения, смазки, запуска, механизмы управления, отличающийся тем, что в двигателе, имеющем четное количество цилиндров, размещены вибромеханизмы, по одному на каждый цилиндр, одинаковые по конструкции, каждый из которых размещен во внутренней полости поршня и представляет собой две цилиндрические шестерни одного и того же диаметра, расположенные вертикально в одной плоскости и входящие друг с другом в зацепление, закрепленные на осях с возможностью вращения навстречу друг другу, каждая из которых имеет по одному дебалансу, которые при поршне, находящемся в нижней мертвой точке, расположены на концах линии, проходящей через оба центра вращения шестерен, кроме того, на оси одной из цилиндрических шестерен закреплена приводная шестерня, имеющая зубья на одной половине наружной окружности, которая расположена между двух вертикальных зубчатых неподвижных реек, привернутых болтами к цилиндру и входящих попеременно с ними в зацепление, причем векторы инерционных сил вибромеханизмов направлены вдоль продольных осей цилиндров и совпадают с направлением движения поршней. A two-stroke diesel engine comprising a cylinder block, a cylinder head, a crankshaft, pistons inserted into cylinders that are connected to the crankshaft by means of rods and connecting rods, on which a flywheel, a high pressure pump, an air blower, a power supply, cooling, lubrication, start-up system are mounted , control mechanisms, characterized in that in the engine having an even number of cylinders, vibration mechanisms are placed, one for each cylinder, identical in design, each of which is located in the internal piston cavity and consists of two cylindrical gears of the same diameter, located vertically in the same plane and engaged with each other, fixed on axes with the possibility of rotation towards each other, each of which has one unbalance, which with the piston located in the lower dead center, located at the ends of the line passing through both centers of rotation of the gears, in addition, on the axis of one of the cylindrical gears, a drive gear is fixed, having teeth on one half of the outer circumference, cat paradise is disposed between two vertical toothed racks fixed, by bolts screwed to the cylinder and entering them alternately into engagement with the vectors vibromehanizmov inertial forces directed along the longitudinal axes of the cylinders and the pistons coincide with the direction of movement.