ДВИГАТЕЛЬ
ENGINE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к поршневым паровым двигателям, и может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении, других отраслях экономики или в социальной сфере.
Известен двигатель, содержащий кожух, цилиндры, установленные с возможностью возвратно-поступательного движения, размещенные в цилиндрах с образованием камер сжатия поршни со штоками, коленчатый вал, клапанный механизм и механизм газораспределения (RU 2129661 С1, МПК F01K 23/04, опубликованный 27.04.1999).
Недостатками указанного двигателя являются сложная конструкция, невысокие надежность и долговечность.
Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкций двигателя, повышение устойчивой надежности работы, долговечности, обеспечение ремонтопригодности.
Поставленная задача решается за счет того, что двигатель содержит фундаментную раму, кожух, расположенные в нем остов и хребтовую трубчатую ось, образующие пространственную форму, блок из двух цилиндров, установленных с возможностью возвратно-поступательного движения и снабженных диафрагмами, размещенные в цилиндрах с образованием камер сжатия поршни со штоками, коленчатый вал, клапанный механизм и форсунку, установленную с возможностью впрыска дистиллированной воды в камеры сжатия с образованием в них сухого пара. При этом каждый цилиндр посредством своей крышки шарнирно соединен с кривошипной шейкой коленчатого вала, щеки которого оснащены кулачковыми шайбами привода клапанного механизма, а шток каждого поршня шарнирно соединен с трубчатой хребтовой осью остова.
Коленчатый вал выполнен сборно-разборным и снабжен подшипниками качения, противовесами и маховиком; диафрагма каждого цилиндра снабжена сквозными отверстиями с возможностью охлаждения цилиндра и поршня со штоком. Хребтовая трубчатая ось соединена посредством трапециевидной опоры с фундаментной рамой, на торцах у которой закреплены втулки с возможностью сочленения с двухплечевыми кронштейнами с лапами и шарнирной ступицей посередине с возможностью установки на фундаменте или на несущей раме транспортного средства. В гильзах цилиндров выполнены щелевые окна с возможностью выхлопа отработавшего пара через них в телескопическое устройство, шарнирно соединенное с хребтовой трубчатой осью с образованием выхлопного коллектора. Двигатель может быть снабжен механизмом дозированной подачи, размещенным в осевой полости плунжера и состоящим из стакана-дозатора, стержня акселераторного устройства с зубчато-реечным и шестеренно-зубчатым механизмами.
Форсунка может быть выполнена в виде плунжерного насоса или форсунки в виде монолитного корпуса со штуцером, в отверстии которого установлено седло игольчатого клапана, при этом игла имеет форму поршня со штоком с конусом наверху, в котором просверлены отверстия в центральную полость штока, на штоке размещена тарельчатая пружина с регулировочной гайкой, корпус оснащен проушинами с возможностью закрепления форсунки в днище поршня, а на конце штока закреплен многодырчатый распылитель.
Кулачковые шайбы выполнены симметричной формы с возможностью реверсирования вращения коленчатого вала; коленчатый вал выполнен сборно-разборным и снабжен монолитной щекой с половинкой кривошипной шейки с отверстием по центру для размещения соединительной втулки с роликовыми шпонками.
Кроме того, цилиндры снабжены ребрами охлаждения, в которых выполнены сверления, а во внутренних полостях цилиндров и на гильзах выполнены канавки с образованием воздушной рубашки охлаждения.
Привод клапанного механизма имеет Ш-образный рычаг, на среднем рычаге которого размещен подшипник качения с возможностью взаимодействия с кулачковой шайбой, два других рычага расположены с возможностью взаимодействия со стержнями клапанов, на которых в сухариках установлены шарики качения, при этом механизм посредством Z-образных опор шарнирного соединительного узла связан с хребтовой трубчатой осью. Остов двигателя установлен посредством двух кронштейнов с лапами и шарниром посередине на опорные втулки, укрепленные по торцам фундаментной рамы с возможностью свободных радиальных колебаний, погашения крутильных колебаний и предотвращения опрокидывающего момента.
Изобретение поясняется чертежами:
Фиг.1 - поперечный разрез двигателя.
Фиг.2 - продольный разрез двигателя.
Фиг.3 - узел соединения крышки цилиндра с кривошипной шейкой коленвала.
Фиг.4 - разрез А-А на фиг.3 и узел Б.
Фиг.5 - узел соединения штоков с диафрагмой цилиндра и хребтовой трубчатой осью.
Фиг.6 - плунжерный насос высокого давления.
Фиг.7 - сборно-разборный коленвал.
Фиг.8 - круговая диаграмма работы двухтактного цикла.
В двигателе содержатся:
1 - поперечная балка фундаментной рамы
2 - продольные балки
3 - постель рамовой шейки коленвала
4 - кривошипная шейка коленвала
5 - трапециевидная опора
6 - плиты с замками на монтажных соединениях
7 - резиновые или полимерные ограничители радиальных колебаний остова двигателя
8 - хребтовая трубчатая ось с подшипником
9 - двухплечий кронштейн с разъемным шарниром посредине, позволяющий двигателю гасить крутильные колебания и опрокидывающий момент
10 - лонжероны несущей рамы транспортного средства или ее поперечные балки
11 - поддон фундаментной рамы
12 - поперечина трапециевидной опоры, образующая жесткость конструкции
13 - косынки жесткости
14 - шарнирный соединительный узел крышки цилиндра с кривошипной шейкой коленвала
15 - шарнирный соединительный узел Z-образных опор поршневого штока с хребтовой трубчатой осью
16 - опорные кронштейны кожуха остова двигателя
17 - плиты кожуха остова двигателя
18 - шарнирные петли, позволяющие открывать плиты кожуха для осмотра или ремонта
19 - варианты профилей балок
20 - возвратно-поступательно движущийся блок из двух цилиндров
21 - телескопическое устройство выхлопной системы
22 - выхлопная труба
23 - кожух выхлопной трубы
24 - выхлопной коллектор
25 - тороидальная выхлопная камера со щелевыми окнами
26 - крышка цилиндра
27 - диафрагма цилиндра
28 - поршневой шток
29 - коленчатый вал
30 - щека коленвала
31 - противовес
32 - трубчатая опора для кронштейна подвески остова двигателя
33 - носок коленвала
34 - маховик коленвала
35 - половинка кривошипной шейки коленвала
36 - кулачковая шайба
37 - штуцера смазки двигателя
38 - подшипник качения
39 - крышка подшипника
40 - вторая крышка
41 - болтовое соединение крышки подшипника
42 - винт фиксации кулачковой шайбы
43 - нагнетательные клапаны
44 - тарельчатая пружина
45 - стопорные сухарики стержня клапана
46 - стальной шарик качения
47 - обод втулки клапана
48 - сверления для воздушной рубашки охлаждения
49 - канавки
50 - поршень штока
51 - форсунка
52 - Ш-образный рычаг привода клапанного механизма
53 - магистраль системы смазки
54 - подшипник качения
55 - трубчатая ступица рычага
56 - форсунка с заглушенным дном под пластичную смазку
57 - ось ступицы
58 - масленка
59 - фланец оси ступицы
60 - стержень клапана
61 - ступица обода
62 - спицы ступицы
63 - магистраль системы смазки
64 - кронштейн соединения поршневого штока
65 - разъемный хомут соединения с хребтовой трубчатой осью
66 - монтажный элемент из гнутого неравнополочного уголка
67 - форсунка с кронштейном
68 - канавка для фитильной смазки
69 - шарнирно-петлевая заслонка, отсекающая обратный выхлоп
70 - плунжерный насос высокого давления (ПНВД)
71 - гидропривод
72 - магистраль высокого давления
73 - закаленные стальные гильзы
74 - выхлопные щелевые окна
75 - вентиляционные отверстия охлаждения цилиндра и штока
76 - установочный трубчатый шип
77 - корпус
78 - тонкостенная втулка плунжера
79 - штуцер системы смазки
80 - плунжер
81 - сквозное отверстие
83 - наконечник приводного толкателя
83 - стакан-дозатор
84 - стержень акселератора
85 - зубчато-реечный механизм установки дозы цикловой подачи
86 - клапан
87 - накидная гайка с тарелкой под пружину
88 - возвратная пружина
89 - гайка опоры пружины
90 - нагнетательные магистрали
91 - цилиндр
92 - поршень
93 - шток поршня
94 - тяга
95 - пружина возврата
96 - соединительная втулка
97 - роликовые шпонки соединения втулки с половинкой рамовой шейки
98 - гайка-пробка
99 - постель подшипникового узла
100 - корпус
101 - проушина
102 - штуцер
103 - гайка-регулятор давления впрыска
104 - тарельчатые пружины
105 - игольчатый клапан
106 - многодырчатый распылитель
Работает двигатель следующим образом.
Перед запуском двигателя в работу необходимо заполнить систему и магистраль форсунки 51 подкачивающим насосом, для этого открывается пробка выпуска воздуха. Стартер вращает коленвал 29, а когда цилиндр 20 не доходит до мертвой точки, насос осуществляет впрыск в камеру сжатия. Затем, не доходя до другой мертвой точки, открываются окна и начинается выхлоп, при этом открываются нагнетательные клапаны 43 и следует продувка цилиндра. После поворота коленвала 29 на определенный угол щелевые окна 25 перекрываются, а клапаны 43 закрываются и цикл повторяется.
Выхлоп происходит непосредственно в телескопическое устройство 21, а из него - в атмосферу. Нагнетательные клапаны 43 открывают Ш-образный рычаг 52 под воздействием кулачковой шайбы 36, средний рычаг оснащен подшипником качения, два других открывают клапаны.
Охлаждение цилиндров 20 происходит за счет оребрения наружной поверхности, дополнительно ребра имеют сверления 48 в канавки 49 на внутренней поверхности и на наружной поверхности гильзы 73 цилиндра также канавки, образующие воздушную рубашку охлаждения. Поскольку цилиндры находятся в непрерывном движении, охлаждение может быть обеспечено за счет оребрения наружной поверхности, нагретый воздух постоянно будет сбрасываться. Дополнительно можно устроить охлаждение через отверстия в диафрагмах 27 цилиндров 20, так как в заштоковом пространстве непрерывно идет всасывание и выхлоп.
Предлагаемая конструкция плунжерного насоса высокого давления (ПНВД) работает следующим образом: по окончании подачи возвратная пружина 88 возвращает плунжер 80 в исходное положение, образуя вакуум в надплунжерной полости, подкачивающий насос осуществляет поступление, а в это время стакан-дозатор 83 по мере заполнения надплунжерной полости опускается совместно с плунжером 80 и занимает свой объем. Плунжер 80, придя в исходное положение, начинает обратный ход, в это время тарельчатая пружина 44 плотно закрывает игольчатый клапан, в полости идет интенсивное сжатие. Поскольку жидкость несжимаема, податливой средой является стакан-дозатор 83, который, освобождая свой объем, упирается в ограничитель стержня 84 акселераторного устройства. При этом давление нарастает, и когда оно превысит силу натяжения тарельчатой пружины 44, клапан открывается и вода устремляется в многодырчатый распылитель 106. В период движения стакана-дозатора 83 образуется либо опережение, либо запаздывание момента впрыска, поэтому необходимость в регуляторе отпадает, тем самым упрощается конструкция. Достоинство тарельчатой пружины 44 в ее малой высоте с широким диапазоном давления впрыска.
Продувка цилиндров 20 происходит через нагнетательные клапаны 43 и выхлопные окна-щели непосредственно в телескопическое устройство 21, соединенное с хребтовой трубчатой осью 8, а далее - в атмосферу или для целей отопления.
Тип смазки предлагается гравитационный - самотеком на конце магистрали подсоединяется плунжерный насос своим всасом с образованием вакуумной системы, благодаря которой устраняются утечки смазки; магистраль 63 плунжерного насоса качает смазку в фильтры очистки и далее - в масляную емкость, которая расположена выше точек смазки, что обеспечивает сухой картер, который можно использовать как ресивер; из картера очищенный воздух используется в двигателе.
Проведенные исследования показывают, что парогенерирование может представлять альтернативу углеводородному топливу. Следовательно, изобретение вполне осуществимо на практике.
Изобретение обеспечивает упрощение конструкции, уменьшение динамической напряженности, термонапряжения, передаточного числа трансмиссии; улучшение ремонтопригодности и технического обслуживания двигателя; устойчивость работы двигателя на малых оборотах.