Двигатель внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения: в двигателе внутреннего сгорания, имеющем оппозитно расположенные цилиндры, четырехтактный цикл осуществляется последовательно в рабочих камерах I, II, III, IV. Преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала осуществляется посредством барабана 8.Барабан 8 имеет направляющую 7. Направляющая 7, выполненная в виде периодической замкнутой кривой, имеет последовательно расположенные участки, Переходный участок Ь-с предназначен для плавного ускорения поршня и перевода пальца 6 штока 3 на участок расширения. При этом кривизна переходного участка выбирается из условия предотвращения чрезмерных перегрузок, а его угловая протяженность не должна превышать 15 град, поворота барабана 8. Это обеспечивается согласование закона движения поршня с термодинамическими: процессами в камере сгорания. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 02 В 75/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4908893/06 (22) 02,01,91 (46) 23,01.93. Бюл, N 3 (75) B.Ô.Åñèí, Ф.Ф,Есин и Т,Д,Иконникова (73) В.Ф.Есин (56) Заявка Ф Р Г N 3531862,кл. F 02 B 75/32, опубл, 1987, (54) Д В И ГАТЕЛ Ь В НУТРЕ Н Н Е ГО С ГО РАНИЯ (57) Сущность изобретения; в двигателе внутреннего сгорания, имеющем оппозитно расположенные цилиндры, четырехтактный цикл осуществляется последовательно в рабочих камерах I, II, III, И. Преобразование возвратно-поступательного движения порИзобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкции двигателей внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере два цилиндра двойного действия, расположенных оппозитно, с размещенными в них поршнями, Поршни жестко связаны между собой посредством штока, Механизм преобразова ния возвратно-поступ ател ьного движения во вращательное выполнен в виде зубчатой пары "зубчатая рейка — зубчатое колесо" и связывает шток с выходным валом двигателя, Недостатком известного двигателя внутреннего сгорания является недостаточная надежность механизма преобразованияя возвратно-поступательного движения во вращательное. Известно, что в процессе работы двигателя внутреннего сгорания в

„„БЫ„„1790689 А3 шня во вращательное движение вала осуществляется посредством барабана 8, Барабан

8 имеет направляющую 7. Направляющая 7, выполненная в виде периодической замкнутой кривой, имеет последовательно расположенные участки, Переходный участок Ь-с предназначен для плавного ускорения поршня и перевода пальца 6 штока 3 на участок расширения, При этом кривизна переходного участка выбирается из условия предотвращения черезмерных перегрузок, а его угловая протяженность не должна превышать 15 град. поворота барабана 8. Это обеспечивается согласование закона движения поршня с термодинамическими процессами в камере сгорания, 1 з,п. ф-лы, 5 ил. силовой связи поршня с выходным валом возникают знакопеременные нагрузки, а зубчатые передачи недостаточно надежны, 4 при передаче таких нагрузок. Кроме того, стремление к увеличению крутящего мо- Q мента приведет к увеличению диаметра 0, зубчатого колеса, что также отрицательно р скажется на надежности двигателя в целом, Другим недостатком известного двигателя является невозможность гибкого формирования закона движения поршня и 1(ф) согласования перемещения поршня и термодинамическими процессами в камере сгорания двигателя.

Цель изобретения — повышение эффективности двигателя за счет возможности формирования оптимального закона движения поршня, а также повышение его надежности, 1790689

Поставленная цель изобретения достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем, по меньшей мере, два цилиндра двойного действия, расположенных оппозитно, с размещенными в них поршнями жестко связанными между собой пЬсредством штока, и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, связывающий шток с выходным валом двигателя, согласно изобретению, ме> анизм" преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное выполнен в виде барабана с канавкой, выполненной на его боковой поверхности, и взаимодействующего с канавкой пальца, размещенного на штоке, причем канавка выполнена в виде периодической замкнутой кривой, имеющей, по меньшей мере, три последовательно располо>кенных участка, первый из которых соответствует верхней мертвой точке поршня, второй участок выполнен переходным, а третий участок соответствует такту расширения, при этом угловая протя>кенность переходного участка соответствует повороту барабана не более чем на 15 град.

Предпочтительным является выполнение пальца, контактирующего с канавкой конусообразным.

На фиг. 1 показан продольный разрез восьмицилиндрового варианта двигателя внутреннего сгорания; на фиг, 2 — поперечный разрез двигателя; на фиг, 3 — последовательность чередования рабочих ходов в двигателе внутреннего сгорания; на фиг, 4совмещенные диаграммы кривошипно-шатунного механизма и механизма преобразования барабанного типа; на фиг. 5— развертка периодической замкнутой кривой с указанием поло>кения последовательно располо>кенн ых участков. Двигатель содер>кит цилиндры 1 двойного действия, в которых размещены поршни 2, Поршни 2 попарно соединены штоками 3, связанными с салазками 4, которые установлены на стационарных направляющих 5, Каждый из штоков 3 снабжен конусообразным пальцем 6, Палец 6 взаимодействует с замкнутой периодической кривой (направляющей) 7, выполненной на боковой поверхности полого барабана 8, Барабан 8 имеет выходной вал 9, установленный в подшипниках 10. Каждый из цилиндров 1 имеет внешнюю головку цилиндра 11 и внутреннюю головку цилиндра 12, в которой выполнена камера 13 жидкостного охлаждения и уплотнитель— опорный подшипник 14, Механизм преобразования размещен в корпусе 15.

Компоновочное решение, показанное на фиг. 1 обеспечивает жесткую пространственную структуру двигателя, что позволяет использовать различные нетрадиционные

5 конструкционные материалы, например, керамические, стекловолокнистые и т,п. материалы, В полом барабане 8 могут быть расположены различные вспомогательные агрегаты: коробка передач, стартер, генератор, компрессор и т,д. При этом в качестве корпуса вспомогательного агрегата могут использоваться стенки полого барабана 8.

Двигатель работает следующим обра15 зом, Оппозитно расположенные цилиндры 1 работают в противофазе, что исключает вибрацию, Перемещение пальца 6 посредством штока 3 и направляющей 7 преобразуется

20 во вращательное движение полого барабана 8. При этом барабан 8 выполняет функции редуктора и маховика. Рабочие процессы осуществляются последовательно в рабочих камерах I, II, III, IV (см. фиг. 1).

Направляющая 7, выполненная в виде периодической замкнутой кривой имеет последовательно расположенные участки а-b, b-с, с-d, Характеристики этих участков задаются при проектировании двигателя для со30 гласования закона движения поршня с термодинамическими процессами в рабочих камерах (см, фиг. 4, 5).

Протяженность участка а-Ь выбирается из условия полного сгорания топлива при

35 постоянном объеме. При этом барабан вращается, а поршень неподвижен, т.к, участок а-b выполнен практически горизонтальным (перпендикулярным оси вращения барабана).

40 Переходный участок Ь-с предназначен для плавного ускорения поршня и перевода пальца 6 штока 3 на участок с-d расширения, При этом кривизна переходного участка выбирается из условия предотвращения через45 мерных перегрузок, à его угловая протяженность не должна превышать 15 град. поворота барабана 8, Последнее условие следует из результатов моделирования, графическая интерпретация которого пред50 ставлена на фиг. 4, 5, На графике видно, что тангенциальная сила Т, в определенном масштабе показывающая изменение крутящего момента, достигает максимального значения при положении барабана, соответствующем его повороту относительно верхней мертвой точки на 15 град, Участок расширения с-d, расположенный непосредственно за переходным участком может быть выполнен с постоянным углом наклона к оси вращения барабана или

1790689

Ar с изменяющимся углом наклона. В данном примере угол наклона 45, при этом тангенциальная сила по величине равна газовой силе.

При взаимодействии пальца 6 с направляющей 7 все силовые составляющие через салазки 4 воспринимаются стационарными направляющими 5, которые ограничивают все степени свободы пальца 6, кроме продольного перемещения, и совместно с корпусом 15 обеспечивают пространственную жесткость всего двигателя, Мощность потребителю передается посредством вала 9, связанного с барабаном 8.

Формула изобретения

1, Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере два цилиндра двойногО действия, расположенных оппозитно, с размещенными в них поршнями, жестко связанными между собой посредством штока, и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, связывающий шток с выходным валом двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, механизм преобразования возвратнопоступательного движения во вращательное выполнен в виде барабана с канавкой, выполненной на его боковой поПредлагаемая конструкция механизма преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение выхбдного вала

5 двигателя обеспечивает согласование закона движения поршня с термодинамическими процессами в камере сгорания. А реализация четырехтактного процесса последовательно в оппозитно располо10 женных цилиндрах двухстороннего действия позволяет снизить нагрузку на палец и достигнуть динамической уравновешенности двигателя, верхности, и взаимодействующего с канавкой пальца, размещенного на штоке, причем канавка выполнена в виде периодической замкнутой кривой, имеющей по меньшей мере три последовательно расположенных участка, первый из которых соответствует верхней мертвой точке поршня, второй участок выполнен переходным, а третий участок соответствует такту"расширения, при этом угловая протяженность переходного участка соответствует повороту барабана не более чем на 15О.

2. Двигатель по и, 1, о т л и ч а юшийся тем, что палец, контактирующий с канавкой, выполнен конусообразным.

1790689

L.

Составитель В, Есенин

Техред M.Моргентал

Ф,л 5

Короектор А. Козориз

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 371 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5