РЫЧАЖНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может применяться в качестве силовых агрегатов для бензопил, мотоциклов, легковых автомобилей, легких летательных аппаратов, маломерных речных судов.
Известен двигатель внутреннего сгорания (патент RU 2425235 МПК F02B 75/24 опубл. 27.07.2011), который состоит из цилиндра, поршней, коленчатого вала, шатуна, поршневых штоков, маятника, шарниров, соединяющих поршневые штоки с маятником.
Недостатком известного технического решения является низкий КПД из-за неэффективного преобразования прямолинейного перемещения поршней во вращение коленчатого вала на протяжении всего такта «рабочий ход», так как взаимное расположение поршневых штоков и шарниров, соединяющих поршневые штоки с маятником, на протяжении всего такта «рабочий ход» не обеспечивает совпадение приложения усилий от поршневых штоков к шарнирам, соединяющим поршневые штоки с маятником, с линией перемещения шарниров, соединяющих поршневые штоки с маятником. В частности, в начале такта «рабочий ход» приложение усилий от поршневых штоков к шарнирам, соединяющим поршневые штоки с маятником, перпендикулярно линии перемещения шарниров, соединяющих поршневые штоки с маятником.
Известен двухтактный поршневой двигатель (патент RU 129556 F01B 9/06 опубл. 27.06.2013), состоящий из картера, цилиндра, поршня, толкателя, вала отбора мощности, системы подачи топливной смеси, системы зажигания, системы выпуска газов, кулачкового механизма двустороннего действия, двух маховиков, пальца толкателя, подшипника толкателя, двух упоров, роликов.
Недостатком этого технического решения является также низкий КПД из-за неэффективного преобразования прямолинейного перемещения поршня во вращение вала отбора мощности на протяжении всего такта «рабочий ход», так как взаимное расположение пальца толкателя и точек на плоскостях кулачкового механизма, к которым палец толкателя прикладывает усилие, на протяжении всего такта «рабочий ход» не обеспечивает совпадение приложения усилия от пальца толкателя к точкам на плоскостях кулачкового механизма с линией перемещения точек на плоскостях кулачкового механизма.
Известен поршневой одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания (http://www.motosvit.com/LikBes/dvigatel_l.htm), выбранный нами за прототип, состоящий из картера, цилиндра, головки с клапанами, свечи зажигания, поршня с поршневыми кольцами, поршневого пальца, шатуна, коленчатого вала, образованного кривошипом и валом отбора мощности.
Недостатком известного устройства является низкий КПД из-за неэффективного преобразования прямолинейного перемещения поршня во вращение вала отбора мощности, так как для преобразования прямолинейного перемещения поршня во вращение вала отбора мощности используется кривошип. Недостатком при использовании кривошипа является то, что на протяжении всего такта «рабочий ход» кривошип перемещается по окружности и за такт «рабочий ход» проходит 180°. В результате, в такте «рабочий ход» при приложении усилия от шатуна к кривошипу усилие проходит по линии, совпадающей с линией перемещения кривошипа только единожды: при положении поршня чуть выше среднего. При несовпадении линии приложения усилия от шатуна к кривошипу с линией перемещения кривошипа давление шатуна на кривошип преобразовывается в перемещение кривошипа неэффективно. В частности, при положениях поршня, близких к мертвым точкам, приложение усилия от шатуна к кривошипу практически не преобразовывается в перемещение кривошипа, так как при положениях поршня, близких к мертвым точкам, линия приложения усилия от шатуна к кривошипу почти перпендикулярна линии перемещения кривошипа. Если давление шатуна на кривошип преобразовывается в перемещение кривошипа неэффективно, значит, неэффективно и вращение вала отбора мощности.
Техническая задача заключается в создании рычажно-поршневого двигателя, позволяющего на протяжении всего такта «рабочий ход» эффективно преобразовывать прямолинейное перемещение поршня в перемещение пальца, соединяющего шатун с рычагом, и, следовательно, в перемещение рычага, и, соответственно, во вращение вала отбора мощности, что позволяет увеличить мощность при том же расходе топлива, и, соответственно, приводит к повышению КПД.
Основным техническим результатом, решаемым предложенным решением, является возможность на протяжении всего такта «рабочий ход» передачи усилия от шатуна к пальцу, соединяющему шатун с рычагом, по линии, преимущественно совпадающей с линией перемещения пальца, соединяющего шатун с рычагом.
В заявляемом рычажно-поршневом двигателе, также как в прототипе, содержатся: картер, цилиндр, головка с клапанами, свеча зажигания, поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, вал отбора мощности.
Согласно предложенной полезной модели, для преобразования прямолинейного перемещения поршня во вращение вала отбора мощности шатун взаимодействует с рычагом через палец, а рычаг соединен с валом отбора мощности посредством обгонной муфты, и соединен с кривошипом маховика посредством другого шатуна и другого пальца.
При ходе поршня 10 см и длине рычага 30 см за весь такт «рабочий ход» рычаг перемещается на 20 градусов. Что составляет 1/9 от 180 градусов. В результате, линия перемещения пальца, соединяющего шатун с рычагом, является почти прямой. Таким образом, использование рычага, пальца, соединяющего шатун с рычагом, обеспечивает на протяжении всего такта «рабочий ход» передачу усилия от шатуна к пальцу, соединяющему шатун с рычагом, по линии, преимущественно совпадающей с линией перемещения пальца, соединяющего шатун с рычагом, что позволяет на протяжении всего такта «рабочий ход» эффективно преобразовывать прямолинейное перемещение поршня в перемещение пальца, соединяющего шатун с рычагом, и, следовательно, в перемещение рычага, и, соответственно, во вращение вала отбора мощности.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» доказано на примере конкретного выполнения рычажно-поршневого двигателя.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен общий вид рычажно-поршневого двигателя при нахождении поршня в ВМТ. На фиг. 2 изображен рычажно-поршневой двигатель при нахождении поршня в НМТ.
Предлагаемая конструкция рычажно-поршневого двигателя состоит из картера 1, цилиндра 2, головки 3 с клапанами 4, свечи зажигания 5, поршня 6 с поршневыми кольцами 7, поршневого пальца 8, вала отбора мощности 9, шатуна 10, рычага 11, пальца 12, соединяющего шатун 10 с рычагом 11, другого шатуна 13, другого пальца 14, соединяющего шатун 13 с рычагом 11, маховика 15 с кривошипом 16, обгонной муфты 17, соединяющей рычаг 11 с валом отбора мощности 9.
Осуществление полезной модели
В предлагаемой конструкции рычажно-поршневого двигателя используется известный четырехтактный цикл работы поршневого двигателя. В такте «рабочий ход» давление в цилиндре 2 приводит к перемещению поршня 6. Перемещение поршня 6 приводит к перемещению поршневого пальца 8, шатуна 10, пальца 12, соединяющего шатун 10 с рычагом 11, рычага 11. Перемещение рычага 11 преобразуется во вращение вала отбора мощности 9. Соединение рычага 11 с валом отбора мощности 9 посредством обгонной муфты 17 позволяет рычагу 11 в такте «рабочий ход» преобразовывать свое перемещение во вращение вала отбора мощности 9, а в тактах «сжатие» и «выпуск» перемещать поршень 6 от НМТ к ВМТ, не препятствуя в этих тактах инерционному вращению вала отбора мощности 9 в том же направлении, что и в такте «рабочий ход». В такте «впуск» движение рычага 11 и вращение вала отбора мощности 9 осуществляется в одном направлении, и, следовательно, они не препятствуют друг другу. Использование шатуна 13, пальца 14, соединяющего шатун 13 с рычагом 11, маховика 15 с кривошипом 16, позволяет осуществлять возвратно-поступательное перемещение рычагом 11 поршня 6, и, следовательно, позволяет осуществлять такты «впуск», «сжатие», «выпуск».
Возможность осуществления заявляемой полезной модели подтверждается использованием в ней известных элементов, используемых в машиностроении, с достижением технического результата.