Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить эффективность работы двигателя путем увеличения хода поршня. При положении поршня 2 в верхней мертвой точке шатун 8 находится на одной линии с кривошипом вала 11, образуя с вертикальной осью вала 11 некоторый угол α . При этом положение шатуна 9 и кривошипа вала 13 будет вертикальным. При дальнейшем вращении вала 11 по часовой стрелке, а вала 13 против часовой стрелки поршень будет перемещаться вниз и, когда валы повернутся на угол больше 180^o , радиусы кривошипов будут расположены горизонтально и направлены в стороны от цилиндра 1, а шатуны 8 и 9 - вдоль радиусов в обратную сторону. Поршень при этом занимает среднее положение. При дальнейшем вращении валов поршень опустится в нижнюю мертвую точку, а шатуны 8 и 9 снова займут положение по одной линии с кривошипом и станут их продолжением. 5 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение эффективности в работе двигателя внутреннего сгорания путем увеличения хода поршня. На фиг.1 изображен двигатель при нахождении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), поперечный разрез; на фиг.2 двигатель с промежуточным положением поршня; на фиг.3 двигатель с поршнем в нижней мертвой точке (НМТ); на фиг.4 двигатель, продольный разре; на фиг.5 схема движения поршня от ВМТ до НМТ и обратно по углу поворота коленчатого вала. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, в котором размещен поршень 2, через палец 3 соединенный с поршневым штоком 4, выполненным в виде Т-образной вилки. Концы ее перекладины 5 через пальцы 6 и 7 сочленены с соответствующими шатунами 8 и 9. Шатун 8 через роликовый подшипник 10 соединен с кривошипом коленчатого вала 11, а шатун 9 через роликовый подшипник 12 с кривошипом коленчатого вала 13. Коленчатые валы 11 и 13 расположены симметрично по обе стороны цилиндра 1. Коленчатый вал 11 размещен в подшипниках 14, 15 и 16, а коленчатый вал 13 в подшипниках 17, 18 и 19. На концах валов выполнены шестерни 20 и 21 с диаметром делительной окружности, равным 1/5 расстояния между осями валов 11 и 13. Для синхронизации вращения валы объединены между собой парой зубчатых колес 22 и 23 с диаметрами делительных окружностей в два раза большими, чем у шестерен 20 и 21. Зубчатое колесо 23 выполнено за одно целое с валом 24 отбора мощности, размещенным в подшипниках 25, 26 и манжете 27. Зубчатое колесо 22 выполнено также за одно целое с валом 28, размещенным в подшипниках 29 и 30. Корпус 31 имеет разъем по плоскости валов. Технологические отверстия в корпусе закрыты заглушками 32, 33 и 34. Для удобства монтажа и упрощения конструкции диаметры роликов подшипников 10 и 12, шейки кривошипа и валов 11 и 13, а также наружный диаметр шестерен 20 и 21 выбраны так, что нижние головки шатунов 8 и 9 можно беспрепятственно монтировать на подшипники 10 и 12. Длина L каждого шатуна 8 и 9 равна сумме величины смещения А вала относительно плоскости перемещения оси пальца верхней головки шатуна, т.е. смещения вала 11 относительно плоскости перемещения пальца 6 или вала 13 относительно плоскости перемещения пальца 7, и величины радиуса кривошипа R. Двигатель работает следующим образом. Когда поршень 2 находится в верхней мертвой точке (фиг.1), то шатун 8 находится на одной линии с кривошипом 11, образуя с вертикальной осью вала 11 некоторый угол α (фиг.5). Положение шатуна 9 и кривошипа вала 13 будет вертикальным. При увеличении данного угла, т.е. при вращении вала 11 по часовой стрелке, а вала 13 против часовой стрелки, поршень 2 переместится вниз, валы 11 и 13 повернутся каждый на угол больше 180 ^o и радиусы кривошипов будут расположены горизонтально и направлены в стороны от цилиндра 1, а шатуны 8 и 9 вдоль радиусов в обратную сторону, тогда поршень 2 займет среднее положение (фиг.2). При дальнейшем вращении валов 11 и 13 поршень 2 опускается вниз в нижнюю мертвую точку (фиг.3), а шатуны 8 и 9 снова занимают положение на одной линии с кривошипами и становятся их продолжением. Таким образом, за рабочий ход поршня поворачивается на угол a₁ а больше одного оборота на угол α₂ между положениями кривошипа в мертвых точках поршня (фиг.5). При движении поршня в верхнюю мертвую точку кривошип поворачивается на угол α₃ а меньше оборота на угол α₂ Таким образом, при перемещении поршня из верхней в нижнюю и из нижней в верхнюю мертвые точки валы поворачиваются на 2 оборота, а так как зубчатые колеса 22 и 23 имеют диаметр делительной окружности в 2 раза больше диаметра делительной окружности шестерен 20 и 21, то вал 24 совершает один оборот, как в обыкновенном двигателе с кривошипно-шатунным механизмом. Эффективность предложенного двигателя заключается в том, что увеличение длины цилиндра в 2 раза при одинаковых радиусах кривошипа и длинах шатунов позволило ускорить ход поршня также в 2 раза или уменьшить длину шатуна и радиус кривошипа при равных ходах поршня, тем самым уменьшить вес и габариты двигателя. Ход поршня прототипа определяется из выражения а у предложенного S 4 где S ход поршня; L длина шатуна; R радиус кривошипа (фиг.5). При условии S ₁ S₂ и L₁ L ₂ где индекс 1 относится к прототипу, а 2 к предложенному двигателю. Также при S₁ S₂ и R₁ R₂ L₂
При R₁ R₂ L₁ L₂ и
где D₁ и D₂ диаметры цилиндра,
a то

где V₁ и V₂ рабочие объемы цилиндра. Таким образом, при равенстве ходов поршня и длин шатунов радиус кривошипа в 4 раза меньше радиуса кривошипа прототипа или при равенстве ходов поршня и радиусов кривошипа длина шатуна в 4 раза меньше длины шатуна прототипа, а при равных радиусах кривошипа, длинах шатуна и отношении хода поршня к диаметру цилиндра, рабочий объем цилиндра в 8 раз больше объема прототипа. Небольшой радиус кривошипа позволяет сделать неразъемными и легкими, при этом имеется возможность роликоподшипники ставить на шатунную шейку. Соединение коленчатых валов посредством зубчатых колес через два промежуточных с передаточным числом, равным 2, позволяет уменьшить габариты и вес картера, т. е. в 1,67 раза в ширину и в 2,5 раза в высоту в сравнении с базовым объектом, выбранным за прототип. Четыре вала двигателя, из них два вала, вращающихся в противоположном направлении с частотой, синхронной перемещению поршня, и два вала, также вращающихся в противоположном направлении с двойной частотой, позволяют уравновесить силы инерции как первого порядка, так и второго порядка. В базовом двигателе, выбранном за прототип, рабочий ход поршня происходит за 2/3 оборота, а в предложенном в 2 раза больше, т.е. за 4/3 оборота, что обеспечивает большую равномерность вращения коленчатого вала.

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с поршнем, поршневой шток, два параллельно расположенных коленчатых вала, связанных между собой с возможностью синхронного вращения в противоположные стороны, два шатуна, шарнирно связанных с поршневым штоком и с соответствующим коленчатым валом, причем длина каждого шатуна равна сумме величины смещения оси коленчатого вала относительно плоскости прямолинейного движения оси поршневой головки шатуна и радиуса кривошипа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности в работе путем увеличения хода поршня, коленчатые валы связаны промежуточной зубчатой передачей с передаточным числом 2, а шток шарнирно соединен с поршнем и выполнен в виде Т-образной вилки, концы ее перекладины сочленены с соответствующим шатуном, причем длина цилиндра выбрана равной ходу поршня и составляет четыре корня квадратных из произведения радиуса кривошипа на длину шатуна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5