ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДЛЯ ИНСТРУМЕНТОВ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE FOR IMPACT ACTION TOOLS

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано в устройствах ударного действия с возвратно-поступательным движением рабочего органа, например, в отбойных молотках, вибраторах, трамбовках.
Известен ДВС для инструментов ударного действия, содержащий цилиндрический корпус с закрепленной в нем гильзой, в гильзу помещен поршень, шарнирно соединенный с шатуном, на другом конце которого имеется головка с осевым буферным стволом (см. А.с. СССР №1523331, МПК В25Д 9/10, опубл. 1987 г.). Недостатком такой конструкции является низкая надежность работы.
Известен также ДВС для инструментов ударного действия, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и дном, размещенный в корпусе подпружиненной поршень-ударник, камеру сгорания, подпоршневую полость с установленной в ней возвратной пружиной и хвостовиком рабочего инструмента (см. А.с. СССР №656825. МПК В25Д 9/10, опубл. 1979 г.). Недостатками этой конструкции является низкий КПД и надежность работы в связи со сложностью конструкции.
Наиболее близким техническим решением является ДВС для инструментов ударного действия, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и дном, размещенные в корпусе главный поршень и подпружиненный в осевом направлении поршень-ударник, камеру сгорания под крышкой корпуса, подпоршневую полость, образованную вторым торцом поршня-ударника и дном с установленной в поршневой полости возвратной пружиной и хвостовиком рабочего инструмента. В цилиндрическом корпусе выполнены продувочные и перепускной каналы. ДВС имеет блок управления, аккумулятор, систему зажигания, электрический генератор, содержащий электрическую обмотку и постоянный магнит (см. А.с. РФ №2542708. МПК F02B 63/02, F02B 71/04, В25Д 9/10, опубл. 27.02.2015 г.).
Недостатками ДВС для инструментов ударного действия являются низкий КПД его работы в связи с отсутствием уплотнения между главным поршнем и цилиндрическим корпусом и недостаточным мощностным потоком между постоянным магнитом и электрической обмоткой, низкая надежность работы двигателя, износостойкость цилиндрического корпуса и главного поршня, изготовленных из немагнитных материалов.
Технической задачей является повышение КПД, надежности и износостойкости ДВС для инструментов ударного действия.
Техническая задача достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания для инструментов ударного действия, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и дном, размещенные в корпусе главный поршень и подпружиненный в осевом направлении поршень-ударник, камеру сгорания под крышкой корпуса, основную подпоршневую полость между главным поршнем и поршнем-ударником, дополнительную подпоршневую полость, образованную вторым торцом поршня-ударника и дном, с установленной в дополнительной подпоршневой полости возвратной пружиной и хвостовиком рабочего инструмента, выполненные в цилиндрическом корпусе продувочные и перепускной каналы, блок управления, аккумулятор, систему зажигания, топливную систему, электрический генератор, причем цилиндрический корпус и главный поршень выполнены из магнитного материала, кольцевые сердечники электрического генератора, выполненные двутаврового сечения, и постоянные магниты, выполненные кольцевыми, и расположенные по обеим сторонам сердечников, охватывают главный поршень, на котором выполнены кольцевые канавки, заполненные немагнитным материалом. В качестве материала кольцевых постоянных магнитов используют сплав из неодим-железа-бора.
Длина прорезей кольцевых сердечников двутаврового сечения равна длине канавок главного поршня и толщине кольцевых постоянных магнитов, а толщина полок кольцевых сердечников двутаврового сечения равна толщине выступов главного поршня. Прорези кольцевых сердечников двутаврового сечения со стороны главного поршня заполнены немагнитным материалом.
Технический результат заключается в повышении КПД, надежности и износостойкости двигателя внутреннего сгорания для инструментов ударного действия. Увеличение КПД двигателя достигается за счет надежного уплотнения главного поршня уплотнительными кольцами. Повышение надежности двигателя обеспечивается выполнением цилиндрического корпуса и главного поршня из ферромагнитных материалов (сталь, чугун), обладающих высокими прочностными характеристиками при высоких температурах и хорошей износостойкостью. Наличие электрического генератора позволяет не только обеспечить зарядку электрического аккумулятора ДВС для инструментов ударного действия, но и обеспечить освещение объектов, на которых используется ДВС.
Сущность устройства поясняется следующими графическими материалами.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого двигателя внутреннего сгорания для инструментов ударного действия; на фиг. 2 - схема электрического генератора.
Двигатель (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1 с крышкой 2 и дном 3, размещенные в корпусе 1 главный поршень 4 с выступами 5 и подпружиненный в осевом направлении пружиной 6 поршень-ударник 7. Под крышкой 2 корпуса 1 находится камера сгорания 8, между главным поршнем 4 и поршнем-ударником 7 - основная подпоршневая полость 9 и между торцом поршня-ударника 7 и дном 3 - дополнительная подпоршневая полость 10.
В дне 3 установлен хвостовик 11 рабочего инструмента. В цилиндрическом корпусе 1 расположены продувочные каналы 12 и перепускной канал 13.
Двигатель имеет блок 14 управления, электрический аккумулятор 15, топливную систему, состоящую из топливного насоса 16 с форсункой 17, систему зажигания, состоящую из катушки 18 зажигания и электрической свечи 19. Главный поршень 4 имеет опоры 20.
В дополнительной подпоршневой полости 10 между поршнем-ударником 7 и дном 3 установлена возвратная пружина 6 соосно с хвостовиком 11 рабочего инструмента, выходящим через отверстие в дне 3 наружу.
Двигатель снабжен электрическим генератором. Электрический генератор (фиг. 2) содержит кольцевые сердечники 21 двутаврового сечения с электрическими обмотками, и постоянные магниты 22, также выполненные кольцевыми, расположенные по обеим сторонам сердечников 21 и охватывающие главный поршень 4, снабженный уплотнительными кольцами 23. В качестве кольцевых постоянных магнитов 22 может использоваться сплав из неодим-железа-бора. На главном поршне 4 выполнены кольцевые канавки 24, заполненные немагнитным материалом, например, сплавом на основе алюминия. Прорези кольцевых сердечников 21 со стороны главного поршня 4 имеют кольцевые вставки 25, выполненные из немагнитного материала, например, из алюминия.
Цилиндрический корпус 1 и главный поршень 4 выполнены из магнитных материалов, например, из стали или чугуна.
Кольцевые сердечники 21 имеют прорези длиной «h» и полки толщиной «К». Длина кольцевых канавок 24 главного поршня 4 составляют величину «Н». Толщина выступов 5 главного поршня 4 равна «m». Толщина кольцевых постоянных магнитов 22 составляет величину «С». Длина прорезей «h» кольцевых сердечников 21 равна длине «Н» канавок 24 главного поршня 4 и толщине «С» кольцевых постоянных магнитов 22, а толщина «К» полок кольцевых сердечников 21 равна толщине выступов «m» главного поршня 4.
Двигатель внутреннего сгорания для инструментов ударного действия работает следующим образом.
Перед запуском двигателя главный поршень 4 своими опорами 20 касается поверхности поршня-ударника 7.
Для запуска двигателя внутреннего сгорания по сигналу от блока 14 управления электрический ток от электрического аккумулятора 15 поступает к сердечникам 21 электрического генератора, благодаря чему вокруг выполненного из магнитного материала главного поршня 4 возникает бегущее магнитное поле и главный поршень 4 перемещается по направлению к верхней мертвой точке (ВМТ), сжимая воздух в камере сгорания 8. Вблизи ВМТ в камеру сгорания 8 от топливного насоса 16 через форсунку 17 впрыскивается бензин, а через катушку 18 зажигания и электрическую свечу 19 проходит электрическая искра, воспламеняя горючую смесь.
Главный поршень 4 начинает перемещаться к нижней мертвой точке (НМТ). Главный поршень 4 открывает продувочные каналы 12, через которые отработавшие газы выходят из камеры сгорания 8 в атмосферу. При дальнейшем движении к НМТ главный поршень 4 вытесняет воздух из основной подпоршневой полости 9 через перепускной канал 13 в камеру сгорания 8. Происходит удаление остатков отработавших газов и продувка камеры сгорания 8. На всем протяжении перемещения главного поршня 4 от ВМТ к НМТ магнитные потоки кольцевых магнитов 22 генерируют ЭДС в обмотках кольцевых сердечников 21, снимаемую с электрических разъемов (на фиг. не показаны). Генерирование ЭДС проходит в тот промежуток времени, когда выступы 5 главного поршня 4 находятся вблизи полок кольцевых сердечников 21 (на фиг. 2 магнитные силовые линии показаны пунктиром). После пересечения нижней части главного поршня 4 перепускного канала 13 кинетическая энергия движения главного поршня 4 превращается в потенциальную энергию сжатого воздуха в основной подпоршневой полости 9. Часть этой потенциальной энергии превращается в кинетическую энергию движения поршня-ударника 7, в то время как главный поршень 4 перемещается вверх к ВМТ. При касании нижним торцом поршня-ударника 7 хвостовика 11 рабочего инструмента происходит рабочее воздействие.
При этом главный поршень 4 под действием давления сжатого воздуха перемещается к ВМТ. На всем протяжении от НМТ до ВМТ магнитные потоки кольцевых магнитов 22 вновь генерируют ЭДС в обмотках кольцевых сердечников 21. Герметичность камеры сгорания 8 обеспечивается уплотнительными кольцами 23 главного поршня 4.
Наличие электрического генератора позволяет не только обеспечить зарядку электрического аккумулятора ДВС для инструментов ударного действия, но и обеспечить освещение объектов, на которых используется ДВС.
Использование предлагаемого технического решения способствует повышению КПД, надежности и износостойкости двигателя внутреннего сгорания для инструментов ударного действия. Увеличение КПД двигателя достигается за счет надежного уплотнения главного поршня уплотнительными кольцами. Повышение надежности двигателя обеспечивается выполнением цилиндрического корпуса и главного поршня из ферромагнитных материалов (сталь, чугун), обладающих высокими прочностными характеристиками при высоких температурах и хорошей износостойкостью.