Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4303
.pdf
ПАТЕНТ SPECFWCATREON
Дата подачи заявления: 24 марта 1925 года. № 7951/25.
: г,...., 11 мая 1925 г., № 12274/25.
Один полный левый поворот: дюна 4, 7925.
" % OПолностью принято: 17 июня 1926 г., ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
№ 7951, 1925 г. н.э.
Усовершенствования и связанные с ними технологии двигателей внутреннего сгорания Go XnL.
Я, Дэвид Аллан Лоу, почетный профессор инженерного факультета Восточно-Лондонского колледжа
Лондонского университета, проживающий по адресу: Йорк-роуд, 6, Илфорд, Эссекс, подданный
Великобритании, настоящим заявляю, что данное изобретение имеет следующий характер: данное
изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания известного типа, указанного ниже, и его целью
является создание двигателей большой мощности, но с уменьшенным весом и габаритами на единицу
развиваемой мощности по сравнению с крупными двигателями с высокой тепловой эффективностью, которые
производились до настоящего времени. Двигатели внутреннего сгорания большой мощности, работающие на
нефтяном топливе, значительно тяжелее и занимают гораздо больше места в расчете на единицу
развиваемой мощности, чем двигатели, использующие бензин в качестве топлива.
Настоящее изобретение относится, в частности, к таким крупным двигателям, работающим на дизельном
топливе.
Было предложено создать двигатели внутреннего сгорания, работающие либо по двухтактному, либо по
четырехтактному циклу, имеющие два открытых параллельных цилиндра, каждый с двумя противоположно
расположенными поршнями, причем каждая пара поршней на одном конце цилиндров соединена шатунами с
двухрычажным рычагом или коромыслом, а движение двух коромысел передается на коленчатый вал или на
пару коленчатых валов. В двухтактном двигателе такого типа каждый цилиндр обычно снабжен двумя
комплектами радиальных каналов: одним для выпуска отработавших газов и другим для впуска воздуха. Оба
комплекта каналов открываются, когда поршни находятся на максимальном расстоянии друг от друга,
обеспечивая таким образом поток продувочного воздуха через цилиндр. Такой двухтактный двигатель выдает
два импульса за один оборот коленчатого вала, а работа сжатия в одном цилиндре, совершаемая во время
активного хода в другом цилиндре, передается через коромысла, но не через коленчатый вал. 45
Четырехтактный двигатель этого типа выдает два импульса за два оборота коленчатого вала, причем эти два
импульса выдаются во время одного полного оборота коленчатого вала, при этом обороты с «импульсом» и
без импульса происходят попеременно.
Настоящее изобретение относится к двигателям, один «узел» которых включает два цилиндра и четыре
поршня, расположенных, как описано выше. 55 Изобретение заключается, прежде всего, в новом
расположении приводного механизма между коленчатым валом и коромыслами, к которым соединены
поршни, а также в конструкции и расположении рамы 60, описанной ниже, благодаря чему на главные
подшипники между коленчатым валом и рамой не оказывается давления жидкости в цилиндрах, а главные
напряжения на раме 65 распределены по прямым линиям, параллельным цилиндрам, и воспринимаются ее
стойками и тягами. Таким образом, габаритные размеры двигателя значительно меньше, чем у двигателя той
же мощности любого из существовавших до сих пор типов, и его вес также меньше.
Изобретение также заключается в расположении кривошипов вала или валов и их шатунов, описанных ниже,
таким образом, чтобы подвижные части находились в практически идеальном равновесии, а изгибающие
моменты на коленчатом валу были сведены к минимуму.
Изобретение также состоит в двигателе 80, включающем множество узлов, коленчатые валы которых
установлены под такими углами, которые обеспечат наиболее равномерный крутящий момент на коленчатом
валу или валах, 85 2 253,244 Другие особенности изобретения описаны ниже.
Согласно изобретению5, предпочтительное расположение, например, для судового двигателя, приводящего в
движение гребной винт, или для моторного судна, заключается в том, что цилиндры расположены
горизонтально в одной вертикальной плоскости, а один центральный коленчатый вал находится ниже
цилиндров.
При такой конструкции приводной механизм включает в себя пару двухрычажных «приводных коромысел»,
установленных на раме и соединенных с вышеупомянутыми коромыслами (которые далее называются
«поршневыми коромыслами») посредством тяг или аналогичных средств. Коленчатый вал имеет два
противоположно расположенных кривошипа, то есть находящихся под углом 180 градусов друг к другу, а
шатунные шейки соединены шатунами с концами приводных коромысел, удаленных от коромысел поршня. В
другом варианте коленчатый вал расположен между двумя цилиндрами, а приводные механизмы
расположены иначе. Четыре поршня соединены с четырьмя отдельными коромыслами, другие концы которых
приводят в движение четыре шатуна. Коленчатый вал имеет два противоположно расположенных кривошипа,
и каждый из двух шатунных пальцев принимает на себя большие концы двух шатунов. Один из этих больших
концов может быть раздвоен, так что центры масс двух шатунов, соединенных с одним и тем же шатуном,
перемещаются в одной плоскости. Четырехтактный двигатель, изготовленный в соответствии с изобретением
для обеспечения двух импульсов за один оборот коленчатого вала, требует четырех цилиндров, каждый с
двумя поршнями.
Подобный четырехтактный двигатель может быть изготовлен путем копирования деталей двухтактного
двигателя.
Но поскольку пары поршней на одном конце цилиндров будут двигаться синхронно, каждая пара может быть
соединена с одним коромыслом. Таким образом, четырехтактный двигатель, обеспечивающий два импульса
за оборот, состоит из четырех цилиндров и восьми поршней.
В двигателе, состоящем из одного узла, кривошипы и шатуны, движущиеся в двух разных плоскостях, привели
бы к возникновению несбалансированного момента инерции. Чтобы избежать этого, один кривошип и шатун
дублируются с каждой стороны другого кривошипа и шатуна. Могут быть использованы средства для
обеспечения равенства сил, передаваемых дублирующими шатунами в любой момент времени, независимо
от неравномерного износа подшипников или подобных причин.
Плоскости кривошипа различных смежных узлов установлены под углом 360° друг к другу, предпочтительно
(180-180°), чтобы свести к минимуму изгибающие напряжения на коленчатом валу, возникающие из-за
различных моментов инерции, а также получить наиболее равномерный крутящий момент.
Дублирование одного кривошипа и шатуна каждого узла не требуется, поскольку результирующая моментов
инерции от различных узлов равна нулю. Аналогично, если n является любым кратным нечетному числу 70,
результирующая пара равна нулю, если плоскости кривошипа установлены так, как указано выше.
В двигателе, состоящем из 2, 4, 8 и т. д. агрегатов с двумя противоположно расположенными кривошипами на
каждый агрегат и плоскостями кривошипа, установленными, как указано выше, возникает результирующая
инерционная пара от различных агрегатов, которая может быть компенсирована компенсатором, включающим
пару фиктивных кривошипов на коленчатом валу, приводящих в движение шатуны и коромысла (которые не
передают никакого приводного усилия).
Чем больше узлов, из которых состоит двигатель, тем дальше друг от друга можно расположить
компенсирующие кривошипы и тем меньше масса требуется для компенсатора 85, что будет понятно
специалистам по балансировке двигателей.
В стационарных и судовых двигателях коленчатые валы различных узлов, разумеется, соединены между
собой в линию, либо полностью интегрированно, либо разборно, образуя единый вал. Локомотив может быть
изготовлен с двигателями, приводящими в движение две или более соединенных ведущих колесных осей.
Рассматривая локомотив как единый многосекционный двигатель 95-й серии, регулировка плоскостей
коленчатого вала различных секций для достижения наиболее равномерного тягового усилия и наилучшей
возможной балансировки выполняется, как описано выше. 100 В каждом двигателе присутствуют
инерционные силы второго порядка, обусловленные главным образом криволинейной траекторией движения
малых концов главных шатунов.
Однако эти силы значительно меньше, чем те, которые присутствуют в четырехцилиндровом двигателе
автомобильного типа с той же суммарной массой движущихся частей, и в двигателях, работающих на
умеренных скоростях, могут быть практически незначительными. В двигателях с высокой скоростью вращения
(110 об/мин) при желании может быть предусмотрена балансировка относительно небольшим грузом,
совершающим возвратно-поступательное движение в плоскости цилиндров, параллельной их осям, и
приводимым в движение кривошипом и шатуном от вспомогательного вала, вращающегося со скоростью,
вдвое превышающей скорость главного вала. При этом регулировка должна производиться таким образом,
чтобы компенсирующий кривошип находился в горизонтальном положении, когда основные кривошипы также
находятся в горизонтальном положении. В двигателе, состоящем из 120 нечетного числа узлов и имеющем
коленчатые валы, установленные, как указано выше, силы инерции второго порядка от различных узлов
образуют результирующий момент, который может быть уравновешен парой из 125 грузов, приводимых в
движение вспомогательным валом, как указано выше. В двигателях с 2, 4, 8 и т. д. этими силами инерции
можно компенсировать с помощью единственного груза, приводимого в движение от вспомогательного вала.
Необходимая в каждом случае компоновка (130 253 244) будет понятна специалистам по балансировке
двигателей.
В двухтактном двигателе радиальные каналы через стенки цилиндра сообщаются с кольцевыми каналами
или «лентами» для воздуха и выхлопных газов соответственно, причем каждая лента сообщается с парой
цапфообразных отверстий, расположенных диаметрально противоположно друг другу. Таким образом,
воздушные и выхлопные каналы к каждому цилиндру и от него дублируются, и, следовательно,
сопротивление потоку воздуха и выхлопных газов может быть сведено к минимуму. В предпочтительной
конструктивной форме каждый цилиндр включает в себя ребристый центральный ствол, усиливающую
оболочку, натянутую на ствол таким образом, чтобы закрывать пространство для водяной рубашки, и
кольцевые отливки, образующие вышеупомянутые ремни и цапфообразные отверстия снаружи оболочки.
Одно или оба кольцевых отливки могут скользить по корпусу, так что при зажиме кольцевых отливок к
элементам рамы ствол может свободно расширяться в продольном направлении при изменении
температуры. Для обеспечения герметичности соединений между корпусом и кольцевыми отливками могут
использоваться уплотнительные кольца из меди или аналогичного ковкого металла или сплава.
В четырехтактном двигателе впускные и выпускные клапаны и каналы каждого цилиндра, разумеется,
расположены примерно посередине, причем каналы сообщаются с пространством сжатия, заключенным
между соседними концами двух поршней, когда они находятся ближе всего друг к другу.
Внешние каналы могут быть выведены из клапанных камер к ремням и цапфам на цилиндре, расположенным
аналогично тем, которые описаны для двухтактного двигателя. Или же, в качестве альтернативы, в качестве
основных выпускных каналов могут использоваться два комплекта радиальных портов, ремней и цапфовых
отверстий, через которые первый поток отработавших газов под относительно высоким давлением выводится
в конце рабочего хода, а остаточные отработавшие газы под относительно низким давлением, вытесняемые
поршнями, выводятся через вышеупомянутый выпускной клапан.
Учитывая структуру и расположение рамы, а также нагрузки на нее, разумеется, между цилиндрами и рамой
нет напряжений, и в трехкривошипном механизме на главные подшипники коленчатого вала не оказывается
давления из-за давления жидкости в цилиндрах. При расположении коленчатого вала между цилиндрами
напряжение в раме между осями коромысел всегда является растягивающим, а при расположении
коленчатого вала под цилиндрами напряжение между осями нижних или ведущих коромысел попеременно
является растягивающим и осевым. Эти напряжения воспринимаются непосредственно элементами рамы и
длинными тягами, параллельными цилиндрам, которые соединяют оси коромысел.
Таким образом, каркас, за исключением указанных элементов стойки и тяг, свободен от первичных
напряжений и должен лишь выдерживать вес конструкции и противостоять вторичным напряжениям,
например, тем, которые возникают из-за наклона шатунов и изгибающих моментов на коленчатом валу.
Поскольку двигатель компактен, а главные напряжения распределены вдоль прямых линий, двигатель,
изготовленный в соответствии с настоящим изобретением, может иметь значительно меньший вес и
габариты, чем двигатель равной мощности любого из типов, изготовленных до настоящего времени.
Благодаря практически идеальной балансировке движущихся частей, мощные двигатели могут работать на
более высоких оборотах, чем это было возможно до сих пор, и могут применяться в железнодорожных
локомотивах, высокоскоростных военных кораблях, больших самолетах и тому подобном.
Два цилиндра узла закреплены между двумя элементами рамы, параллельными плоскости цилиндров. Таким
образом, одноцилиндровый двухтактный двигатель имеет две рамы, по одной с каждой стороны от двух
цилиндров. В двигателе, состоящем из двух или более узлов, цилиндры узла чередуются с элементами рамы.
Двухтактный трехцилиндровый двигатель мощностью 95 л.с. будет иметь два внешних и два внутренних
элемента рамы, причем последний будет симметричен относительно вертикальной плоскости. Указанные
элементы рамы включают вертикальные каналы, обеспечивающие 100% сообщение между каждой парой
цапф цилиндров, расположенных вертикально друг над другом, для подачи воздуха или отвода выхлопных
газов, в зависимости от ситуации. В локомотиве части рамы, содержащие указанные выхлопные каналы,
могут быть продолжены вверх, образуя дымовые трубы для отвода отработавших газов в атмосферу. В
стационарных и судовых двигателях указанные вертикальные воздухо- и выхлопные каналы 110 соединены с
воздухо- и выхлопными магистралями под прямым углом к вертикальной плоскости цилиндров.
В четырехтактном двигателе с системой впрыска масла в топливо не требуется главный воздухозаборник для
соединения 1-15 цилиндров различных агрегатов.
Возможны различные конструктивные решения каркаса, а также воздухо- и вытяжных магистралей. Удобная
конструкция рамы включает в себя двутавровую пластину, практически вертикальные колонны, в которых
расположены указанные выше вертикальные каналы, горизонтальные распорки, параллельные цилиндрам,
между каждой парой колонн, и горизонтальные кронштейны для поддержки осей качающегося механизма
12,5. Указанные распорки и кронштейны могут быть отдельными элементами или неотъемлемой частью
колонн. Пара колонн с распорками и кронштейнами скреплены между собой вышеупомянутыми стяжными
стержнями, образуя раму 130 :1 i -! % ]t член, как указано выше. Главные подшипники коленчатого вала могут
крепиться к указанным опорам или опираться на опорную плиту. Вертикальные каналы в элементах рамы
могут быть соединены короткими трубами с фланцами, образуя части воздухо- и вытяжных магистралей. В
качестве альтернативы, каждый магистральный трубопровод может представлять собой сплошную трубу с
фланцевыми ответвлениями, которые соединяются с вертикальными каналами элементов каркаса.
В двигателях, где первостепенное значение имеет легкость, колонны различных элементов рамы могут
скрепляться между собой поперечными тягами или аналогичными элементами, расположенными
параллельно коленчатому валу. Возможны различные варианты крепления цилиндров между элементами
рамы. Когда между элементами рамы вставляются короткие фланцевые трубы для образования
воздуховодов и выхлопных труб, как указано выше, цилиндры и элементы рамы могут быть скреплены между
собой, при этом между наружными элементами рамы и гайками на концах стяжных тяг устанавливаются
пружинные шайбы для обеспечения бокового расширения цилиндров.
Один из способов размещения цилиндров относительно элементов рамы заключается в следующем: цапфы
цилиндров имеют плоские поверхности, которые прилегают к плоским поверхностям аналогичных цапф или
выступов, выступающих из элементов рамы, и образуют с ними газонепроницаемые соединения.
Один из этих штуцеров, скажем, на цилиндре, имеет наружную резьбу, и на него навинчивается кольцо, длина
которого такова, что кольцо можно навинтить обратно так, чтобы оно не выступало за конец штуцера.
Цилиндр с четырьмя закрепленными винтами штифтовыми кольцами можно установить между элементами
рамы, предварительно ослабив натяжение поперечных тяг. Затем каждое штифтовое кольцо привинчивается
наружу, охватывая внешнюю поверхность соответствующего штифта элемента рамы, и таким образом
фиксирует цилиндр относительно рамы.
Когда все цилиндры установлены на место, гайки на концах поперечных тяг завинчиваются. Затем
соединительные кольца можно дополнительно выкрутить наружу, чтобы зафиксировать их на элементах
рамы. Опорные ножки колонн одного из внутренних элементов рамы могут быть прикреплены к опорной плите
с помощью установленных болтов или подобных приспособлений, а опорные ножки других колонн могут быть
прикреплены таким образом, чтобы обеспечить небольшое боковое расширение относительно опорной
плиты.
В одном из вариантов описанной выше конструкции верхние концы колонн скреплены поперечными и
диагональными элементами, а между соприкасающимися плоскими поверхностями цилиндров и элементов
каркаса оставлены небольшие зазоры для обеспечения бокового расширения цилиндров.
Благодаря такой конструкции любой баллон можно извлечь, не затрагивая остальные. После снятия
коромысел и поршня на одном конце цилиндра, опорные кольца навинчиваются обратно на цапфы, чтобы
освободить место для штифтов рамы, и после этого цилиндр можно извлечь вдоль его оси.
В локомотивах определённое количество собственного веса необходимо для обеспечения требуемого
сцепления между ведущими колёсами и рельсами, тогда как в стационарных двигателях и судовых
двигателях жёсткость конструкции важнее простой лёгкости. В таких двигателях два вертикальных канала в
каждом элементе рамы для воздуха и выхлопных газов могут быть выполнены в полом отливке между двумя
колоннами элемента рамы. Затем колонны смежных элементов рамы соединяются и располагаются на
некотором расстоянии друг от друга вдоль направления коленчатого вала с помощью фланцевых полых
элементов, либо отдельных от элементов рамы, либо являющихся ее неотъемлемой частью и выступающих
вбок, образуя таким образом части воздуховодов и выхлопных труб.
Датировано 24 марта 1925 года.
AR CTD. S9HARP, дипломированный патентный поверенный.
231. Стрэнд, Лондон, W.C. 2, представитель заявителя.
1
It 0 ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
№ 12274, 1925 г. н.э.
Усовершенствования в области двигателей внутреннего сгорания и связанные с ними разработки.
— Я, ДхАвД АЛЛАНИ Лоу, почетный профессор инженерного факультета Восточно-Лондонского колледжа
Лондонского университета, по адресу: Йорк-роуд, 6, Илфорд.
Эссекс, подданный Великобритании, настоящим заявляет, что характер данного изобретения (105)
заключается в следующем: данное изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания типа,
указанного в моем предыдущем предварительном описании № 253,244.
7951 1925 года и является родственным изобретению, природа которого описана в указанной спецификации.
Настоящее изобретение относится, в частности, к средствам передачи от поршней к шатунным шейкам, для
которых возможно и практично множество вариантов расположения.
В общих чертах, мое изобретение представляет собой двигатель внутреннего сгорания, включающий два
открытых параллельных цилиндра, два противоположно движущихся поршня в каждом цилиндре, коленчатый
вал с двумя противоположно расположенными кривошипами, ось которого перпендикулярна плоскости
цилиндров, четыре качающихся рычага, шатуны от качающихся рычагов к шатунным шейкам и
соединительные тяги от поршней к качающимся рычагам.
В предпочтительном расположении цилиндров и коленчатого вала двигателя, приводящего в движение
пропеллер, или локомотива, описанном в моей предыдущей спецификации, тяги могут быть опущены, а
каждый поршень нижнего цилиндра соединен с верхним концом нижнего коромысла и с нижним концом
верхнего коромысла.
Это позволяет добиться более симметричного расположения осей коромысел: верхние оси могут
располагаться вертикально над нижними осями. Для получения симметричного расположения один
коромысло и соединительный шток поршня могут быть выполнены в двух экземплярах, при этом другое
коромысло и соединительный шток поршня расположены по центру.
В другом варианте механизма передачи для указанного расположения цилиндров и коленчатого вала два
нижних коромысла имеют двойное плечо, как уже было описано, а два верхних коромысла имеют одинарное
плечо и соединены с двумя поршнями верхнего цилиндра обычным способом. Два длинных соединительных
стержня соединяют четыре коромысла по диагонали или поперек. Соединения на концах указанных длинных
соединительных тяг могут быть соосными с соединениями между коромыслами и соединительными тягами
поршня, или же концы длинных соединительных тяг могут быть соединены либо с соединительными тягами
поршня, либо с коромыслами. При таком расположении наиболее удобным вариантом является установка
осей верхних однорычажных коромысел на раме над верхним цилиндром, при этом смежные рычаги как
верхних, так и нижних коромысел продолжаются навстречу друг другу за шарниры соединительных штоков
поршней, так что шарниры длинных соединительных штоков находятся на большем расстоянии от осей.
Таким образом, уменьшается наклон длинных соединительных стержней к горизонтали, и их среднее
направление может быть практически горизонтальным.
Основное напряжение в длинных соединительных стержнях всегда возникает в виде растяжения.
Длинные соединительные тяги могут быть выполнены в двух экземплярах, по одной с каждой стороны
плоскости цилиндров, что обеспечивает симметричное расположение.
Датировано 11 мая 1925 года.
АРКЛИД. ШАРП, дипломированный патентный поверенный, Стрэнд, 231, Лондон, W.C. 2, представитель
заявителя.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования, касающиеся двигателей внутреннего сгорания.
Я, Дэвид Аллан Лоу, почетный профессор инженерного факультета Восточно-Лондонского колледжа
Лондонского университета, проживающий по адресу: Йорк-роуд, 6, Илфорд, Эссекс, являющийся подданным
Великобритании, настоящим заявляю о характере данного изобретения и о способе его осуществления,
которые будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания известного типа, имеющим два
параллельных открытых цилиндра, каждый с двумя противоположно расположенными поршнями,
работающими внутри, с общим рабочим пространством между ними. Целью изобретения является создание
двигателей большой мощности, но с уменьшенным весом и габаритами на единицу развиваемой мощности по
сравнению с крупными двигателями с высоким тепловым КПД 95, которые производились до настоящего
времени. Двигатели внутреннего сгорания большой мощности, работающие на нефтяном топливе,
значительно тяжелее и занимают гораздо больший объем в расчете на единицу развиваемой мощности, чем
двигатели, использующие бензин в качестве топлива. 100) Настоящее изобретение относится, в частности, к
таким крупным двигателям, работающим на дизельном топливе.
Было предложено создать двигатели внутреннего сгорания, работающие либо по двухтактному, либо по
четырехтактному циклу, 105 имеющие два открытых параллельных цилиндра, каждый с двумя
противоположно расположенными поршнями, причем каждая пара поршней на одном конце цилиндров
соединена шатунами с двухрычажным рычагом или коромыслом, а движение двух коромысел передается на
коленчатый вал, имеющий два 253,244 противоположно расположенных кривошипа, или на пару коленчатых
валов. В двухтактном двигателе такого типа каждый цилиндр обычно снабжен двумя комплектами радиальных
каналов: одним для выпуска воздуха, другим для впуска. Оба комплекта каналов открываются, когда поршни
находятся на максимальном расстоянии друг от друга, обеспечивая таким образом поток продувочного
воздуха через цилиндр. Такой двухтактный двигатель выдает два импульса за один оборот коленчатого вала,
а работа сжатия в одном цилиндре, совершаемая во время активного такта в другом цилиндре, передается
через коромысла, но не через коленчатый вал.
Четырехтактный двигатель этого типа выдает два импульса за два оборота коленчатого вала, причем
указанные два импульса 23 выдаются во время одного полного оборота коленчатого вала, а обороты с
«импульсом» и без импульса происходят попеременно. Настоящее изобретение относится к двигателям, один
из которых, «блок» 2.5, включает в себя два параллельных открытых цилиндра, каждый с двумя
противоположно расположенными поршнями, работающими внутри, два противоположно расположенных
кривошипа и соединительный механизм между поршнями и кривошипами.
Изобретение заключается в описанной ниже конструкции и расположении цилиндров и рамы, благодаря чему
на главные подшипники между коленчатым валом и рамой практически не оказывается давления из-за
давления жидкости в цилиндрах, а главные напряжения на раме возникают по прямым линиям, параллельным
цилиндрам, и непосредственно воспринимаются ее стойками и тягами. При этом габаритные размеры
двигателя значительно меньше, чем у двигателя той же мощности любого из ранее использовавшихся типов,
а его вес также меньше.
Изобретение также заключается в расположении кривошипов вала или валов, шатунов и коромысел,
описанных ниже, благодаря чему подвижные части находятся практически в идеальном равновесии, а
изгибающие моменты на кривошипном валу сведены к минимуму.
Изобретение также заключается в двигателе, включающем множество «блоков», кривошипы которых
установлены под такими углами, которые обеспечат наиболее равномерный крутящий момент на коленчатом
валу или валах.
Другие особенности изобретения описаны далее в формулировке формулы изобретения.
Прилагаю чертежи, схематически иллюстрирующие воплощение моего изобретения в нескольких вариантах.
На рисунках 1-8 показана одна из конфигураций 6,5 агрегата для стационарного или судового двигателя, в
которой цилиндры расположены горизонтально, а коленчатый вал находится под цилиндрами.
Рисунок 1 — проекция в поперечном направлении к коленчатому валу, Рисунок 2 — торцевая проекция
параллельно коленчатому валу, Рисунок 3 — V-образное сечение в точке AA на Рисунке 1, Рисунок 4 —
сечение в точке BB на Рисунке 1, Рисунок 5 — план, часть которого представляет собой полусечение через
ось одного из цилиндров, Рисунок 6 — сечение в точке CO на Рисунке 2, Рисунок 7 — вертикальное сечение в
точке DD на Рисунке 6, и Рисунок 8 — горизонтальное сечение в точке EE на Рисунке 7.
На рисунке 9 схематически показана еще одна компоновка механизма передачи 8(, в которой два верхних
коромысла имеют однорычажную конструкцию, а верхнее и нижнее коромысла соединены по диагонали или
крест-накрест двумя комплектами длинных соединительных тяг. 8.
Рисунок 10: схематически показана еще одна конфигурация механизма передачи.
На рисунках 11–13 показана компоновка блочного двигателя, в котором коленчатый вал расположен по центру
между цилиндрами, при этом рисунок 11 представляет собой вид сбоку, частично поперечно коленчатому
валу, рисунок 12 — вид сбоку, а рисунок 13 — сечение в точке АА на рисунке 11. 9' На рисунке 14 показана
схема модифицированного коленчатого вала одного из узлов, причем один из двух противоположных
кривошипов и его шатун выполнены в двух экземплярах, что обеспечивает симметричное расположение. 10
(Рисунки 15–17 относятся к «уравнителю», который может использоваться с дубликатами шатунов,
показанными на рисунке 14.)
На рисунках 18–20 показано одно из моих изобретений в применении к локомотиву, причем на рисунке 18
представлен разрез в точке CCC рисунка 20, перпендикулярный осям или коленчатым валам ведущих колес,
на рисунке 19 — разрез в точке AA рисунка 18, а на рисунке 20 — разрез в точке BB рисунка 18.
На рисунках 21 и 22 показан трехцилиндровый двухтактный двигатель, пригодный для использования в
авиации. Рисунок 21 представляет собой вид сбоку, частично в разрезе, параллельном коленчатому валу, а
рисунок 22 — вид сбоку, частично в разрезе, поперечном коленчатому валу.
На рисунке 23 показана модификация конструкции, изображенной на рисунках 21 и 22, адаптированная для
стационарных и судовых двигателей. 12. Согласно изобретению, предпочтительное расположение, например,
для судового двигателя, приводящего в движение винт, или для локомотива, заключается в том, что
цилиндры 1 и 2 расположены горизонтально в одной и той же вертикальной плоскости, а коленчатый вал 3
находится ниже цилиндров. На рисунках 1-8 показано такое расположение цилиндров и коленчатого вала.
Приводной механизм включает в себя пару двухрычажных «приводных коромысел» 4 1 3 ( 253,244 ),
установленных на раме и соединенных тягами 5 или эквивалентными средствами с коромыслами 41, которые
соединены с поршнями. Коленчатый вал имеет два противоположно расположенных кривошипа, то есть
находящихся под углом 180 градусов друг к другу, а два шатунных пальца 6 и 7 соединены шатунами 8 с
нижними концами приводных коромысел.
10. Конструкция трансмиссионного механизма, показанная на рисунках 21-22, отличается от конструкции на
рисунках 1-8 отсутствием тяг, при этом каждый поршень P нижнего цилиндра 2 соединен с верхним концом
нижнего коромысла 4 и с нижним концом верхнего коромысла 41. Это позволяет обеспечить более
симметричное расположение осей коромысел, при этом верхние оси 9 могут располагаться вертикально над
нижними осями 10. Для получения симметричного расположения предпочтительно, чтобы один коромысло 4 и
соединительный шток поршня 11 были выполнены в двух экземплярах, а другое коромысло 41 и
соединительный шток поршня 12 располагались по центру.
В другом варианте механизма передачи для указанного расположения цилиндров и коленчатого вала два
нижних коромысла 4 имеют двойные рычаги, как уже было описано, а два верхних коромысла 41 имеют
одинарные рычаги и соединены с двумя поршнями верхнего цилиндра обычным способом. Два комплекта
длинных соединительных стержней 14 и 15 соединяют по диагонали 36 или крест-накрест четыре коромысла.
Соединения 17 на концах указанных длинных соединительных стержней могут быть соосны с соединениями
16 между коромыслами и соединительными стержнями поршня, как показано на рисунке 9, или же концы
длинных соединительных стержней могут быть соединены либо с соединительными стержнями поршня, либо
с коромыслами. При таком расположении наиболее удобной формой является та, что показана на рисунке 10.
В данном случае оси 9 из 4a верхних однорычажных коромысел установлены на раме над верхним
цилиндром, а соприкасающиеся рычаги как верхних, так и нижних коромысел продолжаются навстречу друг
другу за шарниры соединительных штоков поршней, так что шарниры длинных соединительных штоков
находятся на большем расстоянии от осей.
Таким образом, уменьшается наклон длинных соединительных стержней к горизонтали, и их среднее
направление может быть практически горизонтальным. Основное напряжение на длинных соединительных
тягах всегда является растяжением. — Длинные соединительные тяги предпочтительно изготавливаются в
двух экземплярах, по одному с каждой стороны плоскости цилиндров, для обеспечения симметричного
расположения.
В схеме, показанной на рисунках 11-3, коленчатый вал расположен по центру между двумя цилиндрами.
Четыре поршня 6b P соединены с четырьмя отдельными двухрычажными коромыслами 4, 41, другие концы
которых приводят в движение четыре шатуна 8 и 81. На двух противоположных шатунных пальцах 6 и 7
расположены большие концы двух шатунов 8 и 81. Большой конец 70 одного из этих шатунов
предпочтительно имеет раздвоенную форму, так что центры масс двух шатунов, соединенных с одним и тем
же шатуном, перемещаются в одной плоскости.
Четырехтактный двигатель, изготовленный по моему изобретению (75), чтобы обеспечить два импульса за
один оборот коленчатого вала, требует четырех цилиндров, каждый с двумя поршнями. Четырехтактный
двигатель может быть изготовлен путем копирования 80 деталей двухтактного двигателя. Таким образом,
четырехтактный двигатель, обеспечивающий два импульса за оборот, состоит из четырех цилиндров и
восьми поршней. Но поскольку пары поршней на одном конце 85-х цилиндров будут двигаться синхронно,
каждая пара может быть соединена с одним коромыслом.
В двигателе, состоящем всего из одного узла, кривошипы и шатуны, движущиеся в двух разных плоскостях,
создадут неуравновешенную пару инерции. Чтобы этого избежать, один коленчатый вал и шатун могут быть
выполнены в двух экземплярах с каждой стороны другого коленчатого вала и шатуна; такой коленчатый вал
показан на рисунке 14. 95 Для обеспечения равенства сил, передаваемых дублирующими шатунами в любой
момент времени, независимо от неравномерного износа подшипников или подобных причин, могут быть
использованы средства выравнивания. 100 Один из вариантов такого «выравнивателя» показан на рисунках
15-17, причем рисунок 15 представляет собой план, частично расположенный в разрезе параллельно
плоскости дублирующих стержней, рисунок 16 — вид с торца, частично расположенный в разрезе 105, а
рисунок 17 — вид в разрезе в точке АА рисунка 15. Дублирующие шатуны 81 соединены в точке 18 с
уравнительным рычагом 20 таким образом, что последний качается вместе с шатунами. Рычаг
уравнительного механизма соединен по оси 19, параллельной осям 18, с блоком 21, который, в свою очередь,
установлен на штифте в нижней части приводного коромысла.
Для большей ясности коромысло 115 и указанный штифт не показаны на рисунках 15-17, но следует
понимать, что нижняя часть коромысла имеет раздвоенную форму, ее концы выступают в промежутки 22
уравнительного рычага, а указанный выше штифт 120 прикреплен к концам коромысла. Следует также
понимать, что обычно между рычагом уравнителя и дублирующими шатунами отсутствует относительное
движение. 125 В двигателе, состоящем из двух или более узлов, плоскости коленчатого вала различных
смежных узлов расположены под углом 360/1n градусов друг к другу (где n — количество узлов в двигателе),
или предпочтительно (180-1801/n) градусов, чтобы свести к минимуму изгибающие напряжения на коленчатом
валу, возникающие из-за различных моментов инерции, а также для получения наиболее равномерного
крутящего момента.
Когда число n нечетное, дублирование одного кривошипа и шатуна каждого узла, как описано со ссылкой на
рисунки 14-17, не требуется, поскольку результирующая моментов инерции от различных узлов равна нулю.
Аналогично, если n является любым кратным нечетному числу, результирующая пара равна нулю, если
плоскости кривошипа установлены так, как указано выше.
В двигателе, состоящем из 2, 4, 8 и т. д. агрегатов с двумя противоположно расположенными кривошипами на
каждый агрегат и плоскостями вращения кривошипа, как указано выше, возникает результирующая
инерционная пара от различных агрегатов, которая может быть компенсирована компенсатором, включающим
пару противоположно расположенных кривошипов или эксцентриков на коленчатом валу, приводящих в
движение возвратно-поступательные массы, которые не должны передавать какое-либо приводное усилие.
Чем больше узлов, из которых состоит двигатель, тем дальше друг от друга можно расположить
компенсирующие кривошипы или эксцентрики, и тем меньше масса, необходимая для компенсатора, что
легко поймут специалисты по балансировке двигателей.
Компенсатор, вместо того чтобы быть просто фиктивным устройством, может быть полезно использован,
например, в качестве воздушного компрессора для подачи в резервуар воздуха высокого давления для
запуска двигателя.
В каждом двигателе-установке присутствуют инерционные силы второго порядка, обусловленные главным
образом криволинейной траекторией движения малых концов главных шатунов. Однако эти силы значительно
меньше тех, которые действуют в четырехцилиндровом двигателе автомобиля с той же суммарной массой
движущихся частей, и в двигателях, работающих на умеренных оборотах, они могут быть практически
незначительными. В одноцилиндровом высокоскоростном двигателе при желании их можно уравновесить
относительно небольшим грузом, совершающим возвратно-поступательное движение в плоскости цилиндров
параллельно их оси и приводимым в движение кривошипом или эксцентриком от вспомогательного вала,
вращающегося со скоростью, вдвое превышающей скорость главного вала, при этом компенсационный
кривошип или эксцентрик должен находиться в горизонтальном положении, когда главные кривошипы также
находятся в горизонтальном положении. В двигателе, состоящем из нечетного числа узлов и имеющем
коленчатые валы, расположенные, как указано выше, силы инерции второго порядка от различных узлов
образуют результирующий момент, который может быть уравновешен парой грузов, приводимых в движение
вспомогательным валом, как указано выше.
В двигателях с 2, 4, 8 и т. д. эти инерционные силы второго порядка могут быть уравновешены одним грузом,
приводимым в движение от вспомогательного вала. Необходимые в каждом конкретном случае решения
будут понятны специалистам по балансировке двигателей. 7 В стационарных и судовых двигателях
коленчатые валы различных узлов, разумеется, соединены между собой в линию, либо целиком, либо по
отдельности, образуя единый вал. Локомотив может быть изготовлен с использованием локомотивов серии
7a, приводящих в движение две или более соединенных ведущих колесных осей. Рассматривая локомотив как
единый многосекционный двигатель, регулировка плоскостей коленчатого вала различных узлов для
достижения наиболее равномерного крутящего момента и наилучшей возможной балансировки выполняется,
как описано выше. У локомотива с двумя секциями и двумя соединенными ведущими колесными осями
компенсаторы могут располагаться внутри боковых рам F1. 85 Благодаря такой сбалансированной
конструкции локомотива, раскачивание не возникает. Однако на каждой оси ведущего колеса имеется
колебательный момент, который может вызывать «дребезжание» или возвратно-поступательное движение
малой амплитуды основных подшипников в опорных пластинах, что допускается зазором между этими
деталями.
Отдельные колебательные моменты полностью устраняются, если каждая ось 9a индивидуально
балансируется одним из описанных выше методов. Таким образом, локомотивы, изготовленные в
соответствии с моим изобретением, могут развивать более высокие скорости, чем те, которые до сих пор
достигались локомотивами с поршневыми паровыми двигателями.
В двухтактном двигателе радиальные каналы R' и Re, проходящие через стенки цилиндра, сообщаются с
кольцевыми каналами или «лентами» 238 и 28e для воздуха и отработавших газов соответственно, причем
каждая лента сообщается с парой цапфообразных отверстий 25' или 25e, расположенных диаметрально друг
напротив друга (рис.
3
-5). Таким образом, воздушные каналы 11C и выпускные каналы к каждому цилиндру и от него дублируются,
и, следовательно, сопротивление потоку воздуха и выхлопных газов может быть сведено к минимуму. В
предпочтительной конструктивной форме каждый цилиндр 115 включает в себя ребристый центральный
ствол 27, усиливающую оболочку 28, натянутую на ствол таким образом, чтобы закрывать пространство 29
для водяной рубашки, и кольцевые отливки 80 и 80e, образующие вышеупомянутые ремни и цапфообразные
отверстия 120 снаружи оболочки 28.
Ребра ствола имеют выемки по периферии в точке 271, а стенки метара между радиальными выпускными
отверстиями R' просверлены в точке 272, чтобы обеспечить поток охлаждающей воды от одного конца до
Соседние файлы в папке патенты