Поршневой двигатель - RU2304230C2
Код документа: RU2304230C2
Чертежи
Описание
Для применения в поршневом двигателе предложено техническое устройство, в котором, для снижения сопротивления трению скольжения между цилиндром и поршнем при возвратно-поступательном движении поршня, формируется газовая камера между внутренней поверхностью цилиндра и боковой поверхностью поршня, противолежащей по отношению к этой внутренней поверхности, газовая камера, в которую вводят газообразные продукты сгорания из камеры сгорания и в которой они содержатся. Поршень заставляют плавно перемещаться из внутренней поверхности цилиндра за счет давления газа, образующегося при сгорании в этой камере газообразных продуктов, снижая тем самым сопротивление трению скольжения между внутренней поверхностью цилиндра и боковой поверхностью поршня при возвратно-поступательном движении поршня. Одним из примеров такого предлагаемого поршневого двигателя является двигатель, в котором формируют кольцевое пространство между первым поршневым кольцом, расположенным вблизи к верхней поверхности поршня, устанавливающего границы камеры сгорания, где сгорает топливовоздушная смесь, и вторым поршневым кольцом, расположенным смежно относительно первого поршневого кольца. Это кольцевое пространство разделяется на полукольцевое пространство, воспринимающее боковое давление, и на полукольцевое пространство, не воспринимающее боковое давление, а канал для газа формируют в боковой стенке цилиндра, чтобы дать возможность полукольцевому пространству, воспринимающему боковое давление, связываться с камерой сгорания, когда поршень находится в зоне верхней мертвой точки.
Кстати, в вышеописанном примере двигателя, если иметь в виду поршневое кольцо, то в том положении, в котором его устанавливают в канавке поршневого кольца, его внешняя периферическая поверхность приводится в контакт с внутренней поверхностью цилиндра за счет упругости данного поршневого кольца и за счет давления газа, воздействующего на его внутреннюю периферическую поверхность. Следовательно, зазор возникает между внутренней периферической поверхностью поршневого кольца и боковой поверхностью поршня, так что существует возможность того, что пространство, воспринимающее боковое давление, и пространство, не воспринимающее боковое давление, которые разделены, как описано выше, будут связываться друг с другом через этот зазор. В результате, газообразные продукты сгорания, вводимые в пространство, воспринимающее боковое давление, могут просачиваться в пространство, не воспринимающее боковое давление, через зазор, и давление газа может оказаться недостаточным, приводя к тому, что поршень не сможет плавно перемещаться из внутренней поверхности цилиндра в течение такта расширения. Таким образом, существует вероятность того, что окажется невозможным эффективно обеспечить снижение сопротивления трению скольжения между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра.
Кроме того, как только газообразные продукты сгорания, введенные в пространство, воспринимающее боковое давление, просачиваются в пространство, не воспринимающее боковое давление, через вышеупомянутый зазор, амортизатор, создаваемый давлением газа, исчезает. Следовательно, оказывается невозможным ослабить стук в двигателе, который возникает, когда поршень ударяет по внутренней поверхности цилиндра в связи с возвратно-поступательным движением поршня.
Настоящее изобретение заявлено в связи с существованием различных вышеупомянутых проблем, и его целью является создание поршневого двигателя, который дает возможность эффективно обеспечить снижение сопротивления трению скольжения между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра и ослабить стук в двигателе, возникающий между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поршневой двигатель в соответствии с первым аспектом изобретения содержит: первую и вторую кольцевые канавки, расположенные смежно относительно друг друга в направлении возвратно-поступательного движения поршня и сформированные в боковой поверхности поршня; первое и второе поршневые кольца, установленные, соответственно, в первой и второй кольцевых канавках; разделительное устройство, предназначенное для разделения пространства между первым и вторым поршневыми кольцами на пространство, воспринимающее боковое давление, и пространство, не воспринимающее боковое давление; и устройство для связи, чтобы дать возможность пространству, воспринимающему боковое давление, связываться с камерой сгорания, устройство для связи, имеющее множество связующих каналов, предусмотренных во внутренней поверхности цилиндра, которые приспосабливают для того, чтобы сделать возможной связь пространства, воспринимающего боковое давление, с камерой сгорания через множество связующих каналов.
В поршневом двигателе в соответствии с первым аспектом изобретения устройство для связи имеет множество связующих каналов, предусмотренных во внутренней поверхности цилиндра, и его приспосабливают для того, чтобы сделать возможной связь пространства, воспринимающего боковое давление, с камерой сгорания через множество связующих каналов. По существу, газообразные продукты, находящиеся в камере сгорания, можно вводить быстро и в достаточном количестве в пространство, воспринимающее боковое давление. Соответственно, поршень может поддерживаться амортизатором, создаваемым давлением газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов, вводимых в пространство, воспринимающее боковое давление, амортизатором по отношению к движению поршня, сопровождаемому стуками, и вращательному движению данного поршня. Таким образом, существует возможность эффективно обеспечивать снижение сопротивления трению скольжения между поршнем и цилиндром при возвратно-поступательном движении поршня и ослаблять стук в двигателе, возникающий между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра. Следует отметить, что связующие каналы могут иметь любую форму, такую как сквозные отверстия, канавки, углубления или им подобные формы.
В поршневом двигателе в соответствии со вторым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с первым аспектом изобретения, устройство для связи приспосабливают для того, чтобы сделать возможной связь пространства, воспринимающего боковое давление, с камерой сгорания, когда поршень находится в зоне верхней мертвой точки.
В поршневом двигателе в соответствии с третьим аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с первым или вторым аспектом изобретения, разделительное устройство имеет ограничительный элемент, располагаемый во второй кольцевой канавке так, чтобы ограничивать взаимосвязь между пространством, воспринимающим боковое давление, и пространством, не воспринимающим боковое давление, через зазор, создаваемый между нижней поверхностью, устанавливающей границы второй кольцевой канавки, и внутренней периферической поверхностью второго поршневого кольца, противолежащей по отношению к нижней поверхности.
В поршневом двигателе в соответствии с третьим аспектом изобретения разделительное устройство имеет ограничительный элемент, располагаемый во второй кольцевой канавке так, чтобы препятствовать взаимосвязи между пространством, воспринимающим боковое давление, и пространством, не воспринимающим боковое давление, через зазор, создаваемый между нижней поверхностью, устанавливающей границы второй кольцевой канавки, и внутренней периферической поверхностью второго поршневого кольца, противолежащей по отношению к нижней поверхности. По существу, имеется возможность предотвращать просачивание газообразных продуктов сгорания, вводимых в пространство, воспринимающее боковое давление, и, следовательно, имеется возможность поддерживать в достаточной степени давление газа, которое создается высоконапорными газами, вводимыми в пространство, воспринимающее боковое давление. Соответственно, существует возможность того, чтобы поршень плавно перемещался в направлении, противоположном боковому давлению поршня по отношению к внутренней поверхности цилиндра, воспринимающей боковое давление, за счет давления газа в пространстве, воспринимающем боковое давление. Таким образом, существует возможность эффективно обеспечивать снижение сопротивления трению скольжения между поршнем и цилиндром и ослаблять стук в двигателе, возникающий между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра, благодаря движению поршня, сопровождаемому стуками, и вращательному движению поршня.
Поршневой двигатель в соответствии с четвертым аспектом изобретения содержит: первую и вторую кольцевые канавки, расположенные смежно относительно друг друга в направлении возвратно-поступательного движения поршня и сформированные в боковой поверхности поршня; первое и второе поршневые кольца, посаженные, соответственно, в первой и второй кольцевых канавках; разделительное устройство для разделения пространства между указанными первым и вторым поршневыми кольцами на пространство, воспринимающее боковое давление, и пространство, не воспринимающее боковое давление; и устройство для связи, чтобы сделать возможной связь пространства, воспринимающего боковое давление, с камерой сгорания, разделительное устройство, имеющее ограничительный элемент, расположенный во второй кольцевой канавке так, чтобы ограничивать взаимосвязь между пространством, воспринимающим боковое давление, и пространством, не воспринимающим боковое давление, через зазор, создаваемый между нижней поверхностью, определяющей границы второй кольцевой канавки, и внутренней периферической поверхностью второго поршневого кольца, противолежащей относительно нижней поверхности.
В поршневом двигателе в соответствии с четвертым аспектом изобретения разделительное устройство имеет ограничительный элемент, расположенный во второй кольцевой канавке так, чтобы ограничивать взаимосвязь между пространством, воспринимающим боковое давление, и пространством, не воспринимающим боковое давление, через зазор, создаваемый между нижней поверхностью, определяющей границы второй кольцевой канавки, и внутренней периферической поверхностью второго поршневого кольца, противолежащей относительно нижней поверхности. По существу, имеется возможность предотвращать просачивание газообразных продуктов сгорания, вводимых в пространство, воспринимающее боковое давление, и поршень можно поддерживать на некотором расстоянии от внутренней поверхности цилиндра за счет давления газа в пространстве, воспринимающем боковое давление. Таким образом, существует возможность эффективно обеспечивать снижение сопротивления трению скольжения между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра и ослаблять стук в двигателе, возникающий между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра.
В поршневом двигателе в соответствии с пятым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с четвертым аспектом изобретения, устройство для связи имеет множество связующих каналов, предусмотренных во внутренней поверхности цилиндра, которые приспособлены для того, чтобы сделать возможной связь пространства, воспринимающего боковое давление, с камерой сгорания через множество связующих каналов.
В поршневом двигателе в соответствии с пятым аспектом изобретения устройство для связи имеет множество связующих каналов, предусмотренных во внутренней поверхности цилиндра, и его приспосабливают для того, чтобы сделать возможной связь пространства, воспринимающего боковое давление, с камерой сгорания через множество связующих каналов. По существу, газообразные продукты сгорания, находящиеся в камере сгорания, можно вводить быстро и в достаточном объеме в пространство, воспринимающее боковое давление. Соответственно, поршень может поддерживаться амортизатором, создаваемым давлением газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов, вводимых в пространство, воспринимающее боковое давление, амортизатором по отношению к движению поршня, сопровождаемому стуками, и вращательному движению данного поршня. Таким образом, существует возможность эффективно обеспечивать снижение сопротивления трению скольжения между поршнем и цилиндром при возвратно-поступательном движении поршня и ослаблять стук в двигателе, возникающий между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра. Следует отметить, что эти связующие каналы могут иметь любую форму, такую как сквозные отверстия, канавки, углубления или им подобные формы.
В поршневом двигателе в соответствии с шестым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с четвертым или пятым аспектом изобретения, устройство для связи приспосабливают для того, чтобы сделать возможной связь пространства, воспринимающего боковое давление, с камерой сгорания, когда поршень находится в зоне верхней мертвой точки.
В поршневом двигателе в соответствии с седьмым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с любым из аспектов изобретения от третьего до шестого, вторую кольцевую канавку создают в боковой поверхности поршня так, чтобы первая кольцевая канавка находилась между вышеупомянутой канавкой и торцевой поверхностью головки поршня.
В поршневом двигателе в соответствии с восьмым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с любым из аспектов изобретения от третьего до седьмого, разделительное устройство имеет, по крайней мере, одну пару ограничительных элементов, расположенных таким образом, что они находятся напротив друг друга вдоль аксиального направления поршневого пальца, соединяющего поршень и шатун.
В поршневом двигателе в соответствии с восьмым аспектом изобретения разделительное устройство имеет, по крайней мере, одну пару ограничительных элементов, расположенных таким образом, что они находятся напротив друг друга вдоль аксиального направления поршневого пальца, соединяющего поршень и шатун. По существу, давление газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов, вводимых в пространство, воспринимающее боковое давление, можно поддерживать в достаточной степени. Соответственно, поршень можно поддерживать в состоянии плавного перемещения на некотором расстоянии от внутренней поверхности цилиндра, воспринимающей боковое давление, и поршень может легко перемещаться, когда он плотно прилегает к внутренней поверхности цилиндра, не воспринимающей боковое давление. Таким образом, существует возможность подавлять биение (вращательное движение и движение, сопровождаемое стуками) поршня.
В поршневом двигателе в соответствии с девятым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с любым из аспектов изобретения от третьего до восьмого, разделительное устройство имеет, по крайней мере, одну пару разделительных элементов, предусмотренных между первым и вторым поршневыми кольцами, и пару разделительных элементов располагают таким образом, чтобы они находились напротив друг друга вдоль аксиального направления поршневого пальца, соединяющего поршень и шатун.
В поршневом двигателе в соответствии с девятым аспектом изобретения разделительное устройство имеет, по крайней мере, одну пару разделительных элементов, предусмотренных между первым и вторым поршневыми кольцами, и пару разделительных элементов располагают таким образом, чтобы они находились напротив друг друга вдоль аксиального направления поршневого пальца, соединяющего поршень и шатун. По существу, что касается вращательного движения поршня и движения поршня, сопровождаемого стуками, как только газообразные продукты сгорания вводятся в пространство, воспринимающее боковое давление, поршень можно поддерживать амортизатором, создаваемым давлением газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов, вводимых в пространство, воспринимающее боковое давление. Таким образом, существует возможность эффективно обеспечить снижение сопротивления трению скольжения между поршнем и цилиндром при возвратно-поступательном движении поршня и ослаблять стук в двигателе, возникающий между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра.
В поршневом двигателе в соответствии с десятым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с девятым аспектом изобретения, разделительный элемент и ограничительный элемент располагаются таким образом, чтобы они находились на одной линии в направлении возвратно-поступательного движения поршня.
В поршневом двигателе в соответствии с десятым аспектом изобретения разделительный элемент и ограничительный элемент располагают таким образом, чтобы они находились на одной линии в направлении возвратно-поступательного движения поршня. По существу, имеется возможность предотвращать ситуацию, при которой создается зазор между ограничительным элементом и разделительным элементом, зазор, приводящий к просачиванию газообразных продуктов сгорания, вводимых в пространство, воспринимающее боковое давление.
В поршневом двигателе в соответствии с одиннадцатым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с девятым или десятым аспектом изобретения, разделительное устройство имеет пару придавливающих элементов для соответствующего упругого придавливания пары разделительных элементов в сторону внутренней поверхности цилиндра.
В поршневом двигателе в соответствии с одиннадцатым аспектом изобретения разделительное устройство имеет пару придавливающих элементов для соответствующего упругого придавливания пары разделительных элементов в сторону внутренней поверхности цилиндра. По существу, имеется возможность предотвращать, чтобы газообразные продукты сгорания, вводимые в пространство, воспринимающее боковое давление, просачивались в пространство, не воспринимающее боковое давление, в течение каждого рабочего такта поршневого двигателя. Например, даже в случае, когда сила вращательного движения или ударная движущая сила возникла в поршне благодаря давлению газа и инерционной силе, приложенной к торцевой поверхности головки поршня, разделительный элемент и внутреннюю поверхность цилиндра можно привести в положение тесного контакта друг с другом за счет упругой придавливающей силы пары придавливающих элементов. Следовательно, существует возможность поддерживать газонепроницаемость между пространством, воспринимающим боковое давление, и пространством, не воспринимающим боковое давление, не позволяя, чтобы высоконапорные газы, вводимые в пространство, воспринимающее боковое давление, просачивались в пространство, не воспринимающее боковое давление.
В поршневом двигателе в соответствии с двенадцатым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с одиннадцатым аспектом изобретения, пару придавливающих элементов располагают, соответственно, таким образом, чтобы они находились напротив друг друга вдоль аксиального направления поршневого пальца, соединяющего поршень и шатун.
В поршневом двигателе в соответствии с двенадцатым аспектом изобретения пару придавливающих элементов располагают, соответственно, таким образом, чтобы они находились напротив друг друга вдоль аксиального направления. По существу, например, даже в случае, когда сила вращательного движения или ударная движущая сила возникла в поршне благодаря давлению газа и инерционной силе, приложенной к торцевой поверхности головки поршня, разделительный элемент и внутреннюю поверхность цилиндра можно привести в положение тесного контакта друг с другом за счет упругой придавливающей силы пары придавливающих элементов. Следовательно, существует возможность поддерживать газонепроницаемость между пространством, воспринимающим боковое давление, и пространством, не воспринимающим боковое давление, не позволяя, чтобы высоконапорные газы, вводимые в пространство, воспринимающее боковое давление, просачивались в пространство, не воспринимающее боковое давление. Соответственно, поршень можно поддерживать в состоянии плавного перемещения на некотором расстоянии от внутренней поверхности цилиндра, воспринимающей боковое давление, и поршень может легко перемещаться в положении, когда он плотно прилегает к внутренней поверхности цилиндра, не воспринимающей боковое давление. Таким образом, существует возможность подавлять биение (вращательное движение и движение, сопровождаемое ударами) поршня.
В поршневом двигателе в соответствии с тринадцатым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с одиннадцатым или двенадцатым аспектом изобретения, придавливающий элемент содержит пружину. Следует отметить, что пружина состоит, например, из пластинчатой пружины, спиральной пружины или им подобных.
В поршневом двигателе в соответствии с четырнадцатым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с любым из аспектов изобретения от девятого до тринадцатого, разделительное устройство имеет пару участков в виде канавок, изготовленных в боковой поверхности поршня между первым и вторым поршневыми кольцами и углубленных в сторону внутренней поверхности цилиндра, и разделительные элементы располагаются, соответственно, в местах, границы которых устанавливаются, соответственно, парой участков в виде канавок.
В поршневом двигателе в соответствии с четырнадцатым аспектом изобретения, так как разделительные элементы располагаются, соответственно, в местах, границы которых устанавливаются, соответственно, парой участков в виде канавок, имеется возможность поддерживать газонепроницаемость между пространством, воспринимающим боковое давление, и пространством, не воспринимающим боковое давление. Таким образом, имеется возможность предотвращать, чтобы газообразные продукты сгорания, вводимые в пространство, воспринимающее боковое давление, просачивались в пространство, не воспринимающее боковое давление, в течение каждого рабочего такта поршневого двигателя.
В поршневом двигателе в соответствии с пятнадцатым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с любым из аспектов изобретения от третьего до четырнадцатого, разделительное устройство имеет прижимающий элемент, расположенный во второй кольцевой канавке и приспособленный для того, чтобы упруго прижимать ограничительный элемент в сторону внутренней периферической поверхности второго поршневого кольца.
В поршневом двигателе в соответствии с пятнадцатым аспектом изобретения разделительное устройство имеет прижимающий элемент для того, чтобы упруго прижимать ограничительный элемент в сторону внутренней периферической поверхности поршневого кольца. По существу, имеется возможность предотвращать, чтобы газообразные продукты сгорания, вводимые в пространство, воспринимающее боковое давление, просачивались в пространство, не воспринимающее боковое давление, в течение каждого рабочего такта поршневого двигателя, при этом давление газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов и вводимого в пространство, воспринимающее боковое давление, можно поддерживать в достаточной степени. Соответственно, поршень можно поддерживать в состоянии плавного перемещения на некотором расстоянии от внутренней поверхности цилиндра, воспринимающей боковое давление, и поршень может легко перемещаться, когда он плотно прилегает к внутренней поверхности цилиндра, не воспринимающей боковое давление. Таким образом, существует возможность подавлять биение (вращательное движение и движение, сопровождаемое ударами) поршня.
В поршневом двигателе в соответствии с шестнадцатым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с пятнадцатым аспектом изобретения, разделительное устройство имеет пару прижимающих элементов, расположенных напротив друг друга вдоль аксиального направления поршневого пальца, соединяющего поршень и шатун.
В поршневом двигателе в соответствии с шестнадцатым аспектом изобретения разделительное устройство имеет пару прижимающих элементов, расположенных напротив друг друга вдоль аксиального направления поршневого пальца. По существу, например, даже в случае, когда сила вращательного движения или ударная движущая сила возникла в поршне благодаря давлению газа и инерционной силе, приложенной к торцевой поверхности головки поршня, ограничительный элемент и внутреннюю поверхность цилиндра можно привести в положение тесного контакта друг с другом за счет упругой придавливающей силы пары прижимающих элементов. Следовательно, существует возможность поддерживать газонепроницаемость между пространством, воспринимающим боковое давление, и пространством, не воспринимающим боковое давление, не позволяя, чтобы высоконапорные газы, вводимые в пространство, воспринимающее боковое давление, просачивались в пространство, не воспринимающее боковое давление. Соответственно, поршень можно поддерживать в состоянии плавного перемещения на некотором расстоянии от внутренней поверхности цилиндра, воспринимающей боковое давление, и поршень может легко перемещаться, когда он плотно прилегает к внутренней поверхности цилиндра, не воспринимающей боковое давление. Таким образом, существует возможность подавлять биение поршня.
В поршневом двигателе в соответствии с семнадцатым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с пятнадцатым или шестнадцатым аспектом изобретения, прижимающий элемент содержит пружину. Следует отметить, что пружина состоит, например, из пластинчатой пружины, спиральной пружины или им подобных.
В поршневом двигателе в соответствии с восемнадцатым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с любым из аспектов изобретения от третьего до семнадцатого, разделительное устройство имеет углубленный участок, расположенный в нижней поверхности, который устанавливает границы второй кольцевой канавки и углублен в сторону внутренней периферической поверхности второго поршневого кольца, и ограничительный элемент располагается в месте, границы которого установлены углубленным участком.
В поршневом двигателе в соответствии с восемнадцатым аспектом изобретения, так как ограничительный элемент располагается в месте, границы которого установлены углубленным участком, имеется возможность исключить позиционное смещение ограничительного элемента, возникающее, например, вследствие давления газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов, вводимых в пространство, воспринимающее боковое давление.
В поршневом двигателе в соответствии с девятнадцатым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с любым из аспектов изобретения от третьего до восемнадцатого, первое поршневое кольцо располагают смежно по отношению к торцевой поверхности головки поршня и помещают в первой кольцевой канавке таким образом, чтобы кольцевой зазор первого поршневого кольца находился на стороне пространства, воспринимающего боковое давление, по отношению к ограничительному элементу.
В поршневом двигателе в соответствии с двадцатым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с любым из аспектов изобретения от третьего до девятнадцатого, второе поршневое кольцо располагают в боковой поверхности поршня таким образом, чтобы первое поршневое кольцо находилось между вышеупомянутым поршневым кольцом и торцевой поверхностью головки поршня, и второе поршневое кольцо располагают во второй кольцевой канавке таким образом, чтобы кольцевой зазор второго поршневого кольца находился на стороне пространства, не воспринимающего боковое давление, по отношению к ограничительному элементу.
В поршневом двигателе в соответствии с двадцать первым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с любым из аспектов изобретения от третьего до двадцатого, ограничительный элемент содержит палец. Следует отметить, что палец можно полностью прикрепить к поршневому кольцу. Кроме того, палец может иметь любую форму, такую как четырехугольная призма, цилиндр или эллиптический цилиндр.
В поршневом двигателе в соответствии с двадцать вторым аспектом изобретения, в отличие от поршневого двигателя в соответствии с любым из аспектов изобретения от первого до двадцать первого, поршень соединяют с шатуном с помощью поршневого пальца и поршневой палец вводят в поршень таким образом, чтобы линия, соединяющая ось поршневого пальца и ось коленчатого вала, отклонялась в сторону участка, не воспринимающего боковое давление, относительно линии, соединяющей центр поршня и ось коленчатого вала.
В поршневом двигателе в соответствии с двадцать вторым аспектом изобретения, так как ось поршневого пальца смещается в сторону пространства, не воспринимающего боковое давление, относительно центра поршня, имеется возможность уменьшить момент вращения поршня, действующий в направлении, в котором поршень сильно ударяет по внутренней поверхности цилиндра при каждом рабочем такте поршневого двигателя. Таким образом, имеется возможность ослабить стук в двигателе, возникающий между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра. Следует отметить, что поршневой двигатель в соответствии с двадцать вторым аспектом изобретения может быть воплощен в виде четырехтактного поршневого двигателя, поршневого дизельного двигателя или им подобным, но может быть конкретно воплощен в виде поршневого дизельного двигателя, в котором дополнительная камера сгорания располагается на стороне участка головки цилиндра, не воспринимающего боковое давление.
Следует отметить, что поршневой двигатель в соответствии с любым из аспектов изобретения от первого до двадцать второго способен продемонстрировать надлежащим образом результаты, получаемые при использовании изобретения даже в четырехтактном двигателе, в двухтактном двигателе или в дизельном двигателе.
Согласно изобретению имеется возможность создать поршневой двигатель, который делает возможным надежно предотвращать просачивание газообразных продуктов сгорания, вводимых в пространство, воспринимающее боковое давление, эффективно обеспечивать снижение сопротивления трению скольжения между цилиндром и поршнем при возвратно-поступательном движении поршня и ослаблять стук в двигателе, возникающий между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра.
Ниже будет дано подробное описание способа выполнения изобретения путем использования предпочтительных вариантов осуществления изобретения, иллюстрируемых на чертежах. Следует отметить, что изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой изображение с пояснениями одного варианта поршневого двигателя в соответствии с изобретением в виде фронтальной вертикальной проекции;
Фиг.2 представляет собой изображение с пояснениями варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.1, в виде фронтальной вертикальной проекции;
Фиг.3 представляет собой изображение с пояснениями варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.1, в виде поперечного разреза по линии III-III;
Фиг.4 представляет собой увеличенное схематическое изображение с пояснениями части чертежа, показанного на Фиг.3;
Фиг.5 представляет собой изображение с пояснениями варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.1, в виде поперечного разреза по линии V-V;
Фиг.6 представляет собой изображение с пояснениями варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг.1, в виде поперечного разреза по линии VI-VI;
Фиг.7 представляет собой схематическое изображение, объясняющее работу варианта поршневого двигателя, показанного на Фиг.1;
Фиг.8 представляет собой схематическое изображение, объясняющее работу варианта поршневого двигателя, показанного на Фиг.1;
Фиг.9 представляет собой изображение с пояснениями другого варианта поршневого двигателя в соответствии с изобретением в виде фронтальной вертикальной проекции;
Фиг.10 представляет собой изображение с пояснениями варианта поршневого двигателя, показанного на Фиг.9, в виде бокового поперечного разреза;
Фиг.11 представляет собой схематическое изображение, объясняющее работу варианта поршневого двигателя, показанного на Фиг.9;
Фиг.12 представляет собой схематическое изображение, объясняющее работу варианта поршневого двигателя, показанного на Фиг.9;
Фиг.13 представляет собой схематическое изображение, объясняющее работу варианта поршневого двигателя, показанного на Фиг.9.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1-8 четырехтактный поршневой двигатель (четырехтактный бензиновый двигатель) 1, в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, состоит из цилиндра 2; поршня 3, производящего возвратно-поступательные движения в цилиндре 2 в направлении X; шатуна 5, соединяемого с возможностью вращения на участке своей малой головки 4 с поршнем 3 посредством поршневого пальца 4а; кольцевых канавок 7 и 8, расположенных смежно относительно друг друга в направлении Х и изготовленных в периферической боковой поверхности 6 поршня 3; поршневых колец 9 и 10, соответственно посаженных в кольцевые канавки 7 и 8; разделительного устройства 14 для разделения кольцевого пространства 11 между поршневыми кольцами 9 и 10 на полукольцевое пространство 12, воспринимающее боковое давление, и полукольцевое пространство 13, не воспринимающее боковое давление; и устройства 16 для связи, дающего возможность пространству 12 связываться с камерой сгорания 15, когда сжигают топливовоздушную смесь.
Цилиндр 2 имеет цилиндрическую полость 18, границы которой устанавливаются ее внутренней поверхностью 17, а поршень 3 располагается в полости 18 таким образом, чтобы иметь возможность совершать возвратно-поступательные движения в направлении X. В цилиндре 2 предусматривают впускной клапан (не показанный) и выпускной клапан 2b.
Поршень 3, в этом варианте осуществления изобретения, имеет маслосъемное кольцо 19 на своей периферической боковой поверхности 6.
Шатун 5 соединяется на участке своей большой головки (не показанной) с вращающимся коленчатым валом (не показанным).
Кольцевые канавки 7 и 8 являются, соответственно, кольцеобразными вдоль периферической боковой поверхности 6. Кольцевую канавку 7 располагают смежно с торцевой поверхностью (лицевой поверхностью или поверхностью головки) 23 головки поршня 3, устанавливающей границы камеры 15 сгорания, в то время как кольцевую канавку 8 располагают в периферической боковой поверхности 6 таким образом, чтобы кольцевая канавка 7 находилась между вышеуказанной канавкой и торцевой поверхностью 23 головки.
Поршневое кольцо (верхнее кольцо или газоуплотнительное кольцо) 9 располагают смежно с торцевой поверхностью 23 головки. Поршневое кольцо 9 помещают в кольцевой канавке 7 таким образом, что его кольцевой зазор 33 находится на стороне пространства 12 по отношению к ограничительным элементам 56 и 57. Поршневое кольцо 9 упруго прилегает своей наружной периферической поверхностью 34 к внутренней поверхности 17.
Поршневое кольцо (второе кольцо или газоуплотнительное кольцо) 10 располагается на периферической боковой поверхности 6 таким образом, что поршневое кольцо 9 находится между вышеуказанным кольцом и торцевой поверхностью 23 головки. Поршневое кольцо 10 помещают в кольцевой канавке 8 таким образом, что его кольцевой зазор 38 находится на стороне пространства 13 по отношению к ограничительным элементам 56 и 57. Поршневое кольцо 10 упруго прилегает своей наружной периферической поверхностью 39 к внутренней поверхности 17.
Разделительное устройство 14 включает разделительные элементы 40 и 41, устанавливаемые между поршневыми кольцами 9 и 10; пружину 42, служащую в качестве придавливающего элемента для упругого придавливания разделительного элемента 40 в сторону внутренней поверхности 17; пружину 43, служащую в качестве придавливающего элемента для упругого придавливания разделительного элемента 41 в сторону внутренней поверхности 17; участки 44 и 45 в виде канавок, которые располагаются в периферической боковой поверхности 6 и находятся между поршневыми кольцами 9 и 10 и которые углублены в направлении внутренней поверхности 17; ограничительные элементы 56 и 57, помещаемые в кольцевую канавку 8 таким образом, чтобы ограничивать взаимосвязь между пространствами 12 и 13 через зазор, создаваемый между нижней поверхностью 54, устанавливающей границы кольцевой канавки 8, и внутренней периферической поверхностью 55 поршневого кольца 10, противолежащей нижней поверхности 54; спиральные пружины 58 и 59, помещаемые в кольцевую канавку 8 и служащие в качестве прижимающих элементов для соответствующего упругого прижимания ограничительных элементов 56 и 57 в сторону внутренней периферической поверхности 55 поршневого кольца 10; и углубленные участки (участки в виде отверстий) 60 и 61, расположенные в нижней поверхности 54 и углубленные в сторону внутренней периферической поверхности 55 поршневого кольца 10. Каждый из ограничительных элементов 56 и 57 в этом изобретении формируют путем использования цилиндрического пальца.
Разделительный элемент 40 располагают в месте, границы которого устанавливаются участком 44 в виде канавки, в то время как разделительный элемент 41 располагают в месте, границы которого устанавливаются участком 45 в виде канавки.
Ограничительный элемент 56 и спиральную пружину 58 располагают в месте, границы которого устанавливаются углубленным участком 60, в то время как ограничительный элемент 57 и спиральную пружину 59 располагают в месте, границы которого определяются углубленным участком 61.
Разделительные элементы 40 и 41, пружины 42 и 43, участки 44 и 45 в виде канавок, ограничительные элементы 56 и 57, спиральные пружины 58 и 59 и углубленные участки 60 и 61 располагают таким образом, чтобы они находились напротив друг друга вдоль аксиального направления Y поршневого пальца 4а.
Разделительный элемент 40 и ограничительный элемент 56 располагают, соответственно, таким образом, чтобы они находились на одной линии в направлении X, в то время как разделительный элемент 41 и ограничительный элемент 57 располагают, соответственно, таким образом, чтобы они находились на одной линии в направлении X.
Согласно вышеописанному разделительному устройству 14 ограничительные элементы 56 и 57 располагаются, соответственно, в кольцевой канавке 8, и они, соответственно, прижимаются упруго спиральными пружинами 58 и 59. Таким образом, при каждом рабочем такте поршневого двигателя 1 пространства 12 и 13 ограничиваются от взаимосвязи друг с другом через кольцевую канавку 8. Кроме того, разделительные элементы 40 и 41 располагают, соответственно, между поршневыми кольцами 9 и 10, и их, соответственно, упруго прижимают пружинами 42 и 43. Таким образом, при каждом рабочем такте поршневого двигателя 1 пространства 12 и 13 ограничиваются от взаимосвязи друг с другом. Также, даже если, например, поршень 3 подвергается вращательному движению в плоскости, перпендикулярной к направлению Y, благодаря давлению газа и инерционной силе, имеется возможность предотвращать возникновение зазора между каждым из ограничительных элементов 56 и 57 и поршневым кольцом 10. В то же самое время имеется возможность предотвращать возникновение зазора между каждым из разделительных элементов 40 и 41 и внутренней поверхностью 17 цилиндра 2. Следовательно, существует возможность поддерживать давление газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов, вводимых в пространство 12, воспринимающее боковое давление.
Устройство 16 для связи имеет множество связующих каналов 70, предусмотренных во внутренней поверхности 17 цилиндра 2 на участке, воспринимающем боковое давление. Множество связующих каналов 70 располагают таким образом, чтобы сделать возможной связь пространства 12 с камерой 15 сгорания через связующие каналы 70, когда поршень 3 находится в зоне верхней мертвой точки. В этом варианте осуществления изобретения границы каждого связующего канала 70 устанавливают в пределах углубленного участка 71, сформированного во внутренней поверхности 17 цилиндра 2.
Ниже будет дано описание работы поршневого двигателя 1 в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения.
В такте расширения топливовоздушной смеси, который начинается после завершения такта сжатия, как показано на Фиг.7, после того как поршень 3 прошел верхнюю мертвую точку и в то время, когда поршень 3 находится в зоне данной верхней мертвой точки, давление газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов 99, возрастает, и поршень 3 подвергается повышенному давлению газа, так что поршень 3 ускоренно перемещается в сторону нижней мертвой точки. В то же самое время газообразные продукты 99 сгорания вводятся в пространство 12, воспринимающее боковое давление, за счет того, что пространству 12, воспринимающему боковое давление, дана возможность связаться с камерой 15 сгорания через множество связующих каналов 70. Здесь направленная вперед движущая сила передается от поршня 3 шатуну 5, который отклоняется относительно направления X, боковое давление А, которое направлено в сторону участка, воспринимающего боковое давление, передается поршню 3. Однако противоположное боковому давление В, которое направлено в сторону участка, не воспринимающего боковое давление, передается поршню 3 как противодействие боковому давлению А, за счет давления газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов 99, вводимых в пространство 12, приводя тем самым поршень 3 в плавное перемещение посредством газов.
В вышеописанном способе во время такта расширения сопротивление трению скольжения, которое возникает благодаря боковому давлению А, существенно снижается на участке, воспринимающем боковое давление, между каждым из поршневых колец 9 и 10 и внутренней поверхностью 17 цилиндра 2. Кроме того, противоположное боковому давление В, передаваемое поршню 3, можно поддерживать, так как предотвращается просачивание газообразных продуктов 99 сгорания, вводимых в пространство 12, в сторону пространства 13 через кольцевую канавку 8 за счет ограничительных элементов 56 и 57, которые, соответственно, упруго прижимаются спиральными пружинами 58 и 59. Следует отметить, что в такте расширения поршень 3 перемещается вперед в зону нижней мертвой точки.
Также в такт выпуска газообразных продуктов 99 сгорания, который начинается после завершения такта расширения, как показано на Фиг.8, поддерживается противоположное боковому давление В, создаваемое давлением газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов 99, вводимых в пространство 12 во время вышеописанного такта выпуска, приводя к тому, что поршень 3 плавно перемещается посредством газов. В результате подавляется колебательное движение поршня 3 в пределах плоскости, перпендикулярной к направлению Y.
На Фиг.9-13 поршневой дизельный двигатель 101, в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, состоит из цилиндра 102; поршня 103, совершающего возвратно-поступательные движения в цилиндре 102 в направлении X; шатуна 105, соединенного, с возможностью вращения, на участке 104 своей малой головки с поршнем 103 с помощью поршневого пальца 104а; кольцевых канавок 107 и 108, расположенных смежно относительно друг друга в направлении Х и изготовленных в периферической боковой поверхности 106 поршня 103; поршневых колец 109 и 110, соответствующим образом посаженных в кольцевые канавки 107 и 108; разделительного устройства 114 для разделения кольцевого пространства 111 между поршневыми кольцами 109 и 110 на полукольцевое пространство 112, воспринимающее боковое давление, и полукольцевое пространство 113, не воспринимающее боковое давление; и устройства 116 для связи, дающее возможность пространству 112 связываться с основной камерой 115 сгорания.
Цилиндр 102 имеет цилиндрическую полость 118, границы которой устанавливаются его внутренней поверхностью 117, и поршень 103, расположенный в полости 118 таким образом, чтобы он был способен совершать возвратно-поступательные движения в направлении X. На участке 155 головки цилиндра 102 предусматривают впускной клапан 102а, выпускной клапан 102b и вспомогательную камеру сгорания 115а для впрыскивания топлива, воспламеняющегося в основной камере 115.
В этом варианте осуществления изобретения вспомогательная камера 115а сгорания соединяется с основной камерой 115 сгорания на участке, не воспринимающем боковое давление, и ее приспосабливают для впрыскивания топлива в основную камеру 115 сгорания так, чтобы впрыскиваемое топливо расширялось от участка, не воспринимающего боковое давление, в сторону участка, воспринимающего боковое давление, в основной камере 115 сгорания.
Поршень 103 в этом варианте осуществления изобретения имеет маслосъемное кольцо 149.
Шатун 105 соединяют на участке 150 его большой головки с вращаемым коленчатым валом 151.
Поршневой палец 104а устанавливают в поршне 103 таким образом, чтобы линия L1, соединяющая ось Е поршневого пальца 104а и ось F коленчатого вала 151, отклонялась в сторону участка, не воспринимающего боковое давление, относительно линии L2, соединяющей центр G поршня 103 и ось F. Предусмотренное расположение таково, что момент вращения поршня 103 в направлении, при котором поршень 103 сильно ударяет по внутренней поверхности 117 цилиндра 102, снижается в каждом рабочем такте поршневого дизельного двигателя 101.
Кольцевые канавки 107 и 108 поршневых колец 109 и 110, разделительное устройство 114 и устройство 116 для связи изготавливают, соответственно, таким же образом, как кольцевые канавки 7 и 8, поршневые кольца 9 и 10, разделительное устройство 14 и устройство 16 для связи вышеописанного поршневого двигателя 1. Поэтому их описание будет опущено.
Ниже будет дано описание работы поршневого дизельного двигателя 101.
Как показано на Фиг.11 и 12, в такте расширения, который начинается после завершения такта сжатия, в то время как поршень 103 находится в зоне верхней мертвой точки, когда давление газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов 199, возросло, поршень 103, к которому приложена движущая сила за счет давления газа, перемещается вперед в сторону нижней мертвой точки. В то же самое время газообразные продукты 199 сгорания вводятся в пространство 112 за счет того, что пространству 112 дается возможность связаться с основной камерой 115 сгорания с помощью устройства 116 для связи. Здесь, как только направленная вперед движущая сила передается шатуну 105, который отклоняется относительно направления X, боковое давление С, которое направлено в сторону участка, воспринимающего боковое давление, передается поршню 103. Однако противоположное боковому давление D, которое направлено в сторону участка, не воспринимающего боковое давление, передается поршню 103 как противодействие боковому давлению С, за счет давления газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов 199, вводимых в пространство 112, заставляя тем самым поршень 103 плавно перемещаться посредством газов. В вышеописанном способе во время такта расширения сопротивление трению скольжения, которое появляется благодаря боковому давлению С, существенно снижается на участке, воспринимающем боковое давление, между каждым из поршневых колец 109 и 110 и внутренней поверхностью 117 цилиндра 102. В то же время имеется возможность предотвращать, чтобы поршневые кольца 109 и 110 сильно ударяли по внутренней поверхности 117 на участке, воспринимающем боковое давление. Кроме того, предотвращается просачивание газообразных продуктов 199 сгорания, вводимых в пространство 112, в сторону пространства 113 через кольцевые канавки 107 и 108 за счет ограничительных элементов 156 и 157, которые, соответственно, упруго прижимаются спиральными пружинами 158 и 159.
В такт выпуска газообразных продуктов 199 сгорания, который начинается после завершения такта расширения, как показано на Фиг.13, поддерживается противоположное боковому давление D, создаваемое давлением газа, образующегося при сгорании газообразных продуктов 199, вводимых в пространство 112. В результате подавляется колебательное движение поршня 103 в пределах плоскости, перпендикулярной к направлению Y.
В такт сжатия, который начинается после завершения такта впуска, как только поршень 103, находившийся в зоне нижней мертвой точки, перемещается назад в зону верхней мертвой точки, воздух, который присутствует в основной камере 115 сгорания, сжимают с тем, чтобы подвергнуть этот воздух высокому давлению и высокой температуре. Следует отметить, что в этом такте сжатия вышеописанный такт расширения начинается после того, как поршень 103 переместился назад в зону верхней мертвой точки.
Следует отметить, что в случае, когда поршневой дизельный двигатель 101, в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, предусматривают с гильзой цилиндра, устройство 116 для связи можно устанавливать в данной гильзе цилиндра.
Реферат
Поршневой двигатель включает цилиндр, поршень, производящий возвратно-поступательные движения в цилиндре в направлении X, шатун, соединяемый с возможностью вращения на участке своей малой головки с поршнем посредством поршневого пальца, кольцевые канавки, расположенные смежно относительно друг друга в направлении Х и изготовленные в периферической боковой поверхности поршня, поршневые кольца, соответственно посаженные в кольцевые канавки, разделительное устройство для разделения кольцевого пространства между поршневыми кольцами на полукольцевое пространство, воспринимающее боковое давление, и полукольцевое пространство, не воспринимающее боковое давление, и устройство для связи, дающее возможность пространству, воспринимающему боковое давление, связываться с камерой сгорания, когда сжигают топливовоздушную смесь. Разделительное устройство имеет, по крайней мере, одну пару ограничительных элементов, расположенных во второй кольцевой канавке так, чтобы ограничить взаимосвязь между пространством, воспринимающим боковое давление, и пространством, не воспринимающим боковое давление, через зазор, создаваемый между нижней поверхностью, устанавливающей границы второй канавки, и внутренней периферической поверхностью указанного второго поршневого кольца, противолежащей относительно указанной нижней поверхности. Пара ограничительных элементов расположена таким образом, что они находятся напротив друг друга вдоль аксиального направления поршневого пальца, соединяющего указанный поршень и шатун. Изобретение позволяет снизить сопротивление трению скольжения между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра и ослабить стук в двигателе, возникающий между поршнем и внутренней поверхностью цилиндра. 17 з.п. ф-лы, 13 ил.
