Двигатель барабанного типа с гильзовым газораспределением и регулируемыми фазами

 

Использование: двигателестроение, а именно транспортные двигатели барабанного типа. Сущность изобретения: двигатель содержит неподвижный корпус 1, цилиндры 2, установленные на нем параллельно коленчатому валу 3, подвижные гильзы 5, совершающие движение в цилиндрах 2 по участку винтовой линии, приводной механизм с качающейся шайбой 9, механизм привода гильз. Последний состоит из шестерни 16 на коленчатом валу 3, сцепленной с одной из шестерен 17 промежуточного валика 18, вторая шестерня 19 которого сцеплена с первым венцом 23 двухвенечного зубчатого колеса 24, установленного в корпусе двигателя соосно коленчатому 3. Второй (конический) венец 25 двухвенечного колеса 24 сцеплен со всеми коническими колесами 26, укрепленными на кривошипах 14 привода гильз 5, кинематически связанных с подвижными гильзами 5 и установленных в корпусе 1 двигателя. Промежуточные валики 18 подвижно установлены на водиле 20, соосно коленчатому валу 3, подвижные гильзы 5, совершающие движение в цилиндрах 2 по участку винтовой линии, приводной механизм с качающейся шайбой 9, механизм привода гильз. Последний состоит из шестерни 16 на коленчатом валу 3, сцепленной с одной из шестерен 17 промежуточного валика 18, вторая шестерня 19 которого сцеплена с первым венцом 23 двухвенчатого зубчатого колеса 24, установленного в корпусе двигателя соосно коленчатому валу 3. Второй (конический) венец 25 двухвенечного колеса 24 сцеплен со всеми коническими колесами 26, укрепленными на кривошипах 14 привода гильз 5, кинематически связанных с подвижными гильзами 5 и установленных в корпусе 1 двигателя. Промежуточные валики 18 подвижно установлены на водиле 20, соосном коленчатому валу 3 и приводимому во вращение вокруг оси вала посредством устройства, включающего, например, укрепленное на водиле червячное колесо 21 и установленный на корпусе двигателя червяк 22, вращение которого осуществляется от внешнего источника 29. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к транспортным двигателям с барабанным расположением цилиндров.

Известны двигатели барабанного типа, отличающиеся улучшенными массо-габаритными параметрами, уравновешенностью и возможностью реализации ряда полезных для практики мероприятий (например, регулирование на ходу степени сжатия, величины хода поршня и пр. ).

Известны двигатели с гильзовым газораспределением и, отличающиеся улучшением условий газообмена (при упрощении конструкции головок цилиндров), что ведет к повышению эффективности рабочего процесса.

Недостатком конструкций двигателей с гильзовым газораспределением является усложнение конструкции в связи с необходимостью включения в состав последней механизма привода гильз. Данный недостаток отчасти снижается при реализации гильзового газораспределения в двигателе барабанного типа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является двигатель барабанного типа с гильзовым газораспределением в качестве прототипа.

Двигатель-прототип содержит неподвижный корпус, цилиндры, установленные на корпусе параллельно оси вращения коленчатого вала и вокруг него. В корпусе в коренных подшипниках установлен коленчатый вал с наклонным кривошипом. С наклонным кривошипом вала подвижно связана качающаяся шайба, сочлененная с корпусом посредством карданного подвеса. Карданный подвес состоит из крестовины и двух пар цапф. Каждая пара цапф имеет общую продольную ось, а эти оси пересекаются в одной точке с осью вращения коленчатого вала и его наклонного кривошипа. Посредством одной пары цапф качающаяся шайба подвижно связывается с крестовиной, а посредством другой пары цапф крестовина кинематически связана с корпусом двигателя.

На периферии качающейся шайбы размещены опоры шатунов. Шатуны подвижно сочленены с качающейся шайбой и поршнями. Эти подвижные сочленения шайбы с шатунами и шатунов с поршнями могут быть реализованы посредством, например, сферических шарниров.

В цилиндрах двигателя подвижно установлены гильзы с окнами. Поршни движутся относительно подвижных гильз. Движение гильз осуществляется по участкам винтовой линии в каждом цилиндре вокруг его оси и одновременно вдоль нее. Это движение гильзы управляется при помощи механизма привода гильз. Механизм привода гильз состоит из цилиндрического зубчатого колеса, неподвижно соединенного с валом и вращающегося вместе с ним. С этим колесом сцеплена шестерня, насаженная на один из концов промежуточного валика, подвижно установленного в корпусе двигателя параллельно оси вращения коленчатого вала. На другом конце промежуточного валика насажена вторая шестерня, зацепленная с одним венцом двухвенечного зубчатого колеса. Последнее подвижно установлено в корпусе двигателя соосно оси вращения коленчатого вала. Второй венец двухвенечного зубчатого колеса выполнен коническим и зацеплен с коническими шестернями, насаженными на валики управления гильзами. Валики управления подвижно установлены в корпусе двигателя и имеют на концах кривошипы, заканчивающиеся сферическими шарнирами. Посредством сферических шарниров кривошипы валиков управления сочленены со сферическими подпятниками, установленными на гильзах.

При движении гильз имеющиеся в них окна периодически сообщают внутрицилиндровый объем со впускным и выпускным коллекторами двигателя. Профиль окон в гильзах и цилиндрах обеспечивают резкие начало и окончание газообмена.

Недостатком конструкции прототипа является ухудшение эффективности рабочего процесса на частичных скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя. Это объясняется тем, что на всех скоростных и нагрузочных режимах работы моменты начала открытия окон и их закрытия остаются постоянными по отношению с моментам нахождения поршней в верхних мертвых точках. Следовательно, на всех режимах будет обеспечиваться одна и та же диаграмма времени-сечения органов газообмена. При этом в цилиндры двигателя на частичных скоростных и нагрузочных режимах его работы будет попадать такое же количество воздуха, как и на номинальных режимах. Это количество воздуха больше, чем требуемое для полного сгорания топлива. При этом растет коэффициент избытка воздуха, что приводит к уменьшению мощности, увеличению расхода топлива и ухудшению экологических показателей двигателя.

Целью настоящего изобретения является улучшение эффективности работы двигателя барабанного типа с гильзовым газораспределением на частичных режимах работы.

Указанная цель достигается за счет того, что в состав механизма привода гильз введено водило, установленное подвижно в корпусе двигателя концентрично валу и кинематически связанное с промежуточными валиками, имеющее на периферии соосный валу венец червячного колеса, сцепленный с установленным в корпусе двигателя червяком, связанным с устройством его принудительного вращения.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается от прототипа наличием водила, установленного концентрично по отношению к валу и имеющего на периферии также концентричный валу венец червячного колеса, сцепленного с червяком, установленным в корпусе двигателя, а также кинематической связью водила с промежуточными валиками привода гильз и связью червяка с устройством его принудительного вращения. Это позволяет считать предлагаемое техническое решение соответствующим критерию "новизна", Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с другими техническими решениями в этой области показывают, что известны двигатели барабанного типа с гильзовым газораспределением, а также планетарные зубчатые механизмы. Однако, их включение в конструкцию в указанной взаимосвязи позволяет добиться положительного эффекта - повышения эффективности работы двигателя. Кроме того, в известных решениях отсутствуют червячное колесо, червяк и устройство его принудительного вращения. Это свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже показана кинематическая схема двигателя барабанного типа с гильзовым газораспределением и регулируемыми фазами. В конкретном случае исполнения двигатель содержит неподвижный корпус 1, на котором жестко установлены цилиндры 2, расположенные вокруг коленчатого вала 3 и параллельно ему. Коленчатый вал 3 имеет наклонный кривошип 4 и установлен в корпусе 1 в коренных подшипниках. В цилиндрах 2 подвижно установлены гильзы 5, имеющие окна 6. Окна 6 гильз 5 при их движении могут сообщаться через окна в боковых стенках цилиндров с выпускным 7 и впускным 8 трубопроводами.

С наклонным кривошипом 4 коленчатого вала кинематически связана качающаяся шайба 9. Помимо вала шайба 9 кинематически связана с корпусом двигателя посредством, например, карданного подвеса. Карданный подвес реализуется в виде крестовины 10 с двумя парами цапф 11 и 12. Каждая пара цапф имеет общую продольную ось, а эти оси взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке с осью вращения коленчатого вала и его наклонного кривошипа. Посредством цапф 11 качающаяся шайба 9 подвижно соединяется с крестовиной 10, а посредством цапф 12 крестовина также подвижно соединяется с корпусом двигателя 1.

На нижних оконечностях гильз 5 неподвижно по отношению к ним установлены сферические подпятники 13, кинематически связанные с шарнирами, неподвижно установленными на кривошипах 14, вращающихся в опорах 15 корпуса 1 двигателя.

С коленчатым валом 3 неподвижно связано зубчатое колесо 16, сцепленное с шестерней 17, укрепленной на оси 18 промежуточного валика. На противоположном конце оси промежуточного валика 18 укреплена другая цилиндрическая шестерня 19. Ось 18 промежуточного валика кинематически связана с водилом 20, установленным подвижно в корпусе 1 двигателя соосно коленчатому валу 3. На периферии водила 20 также соосно оси вращения вала установлено червячное зубчатое колесо 21, сцепленное с червяком 22. Последний подвижно установлен в корпусе 1 двигателя.

Шестерня 19 промежуточного валика сцеплена с цилиндрическим венцом 23 двухвенечного зубчатого колеса 24, подвижно установленного в корпусе соосно коленчатому валу 3. Колесо 24 имеет также конический зубчатый венец 25, также соосный оси вращения вала 3.

Конический венец 25 сцеплен с коническими шестернями 26, неподвижно насаженными на кривошипах 14 привода подвижных гильз.

В подвижных гильзах движутся поршни 27, подвижно посредством шатунов 28 сочлененные с качающейся шайбой 9.

Червяк 22 связан с устройством 29, приводящим его во вращение.

Двигатель работает следующим образом. При неизменном режиме работы червяк 22 остается неподвижным относительно корпуса 1 двигателя. Благодаря этому водило 20 остается также неподвижным относительно корпуса. При этом расширяющиеся во внутреннем пространстве гильз 5 продукты сгорания топлива приводят в движении поршни 27. Усилия от поршней 27 через шатун 28 передаются на качающуюся шайбу 9 и суммируются ею. Качающаяся шайба 9 совершает сферическое движение вокруг точки пересечения осей вала, наклонного кривошипа и цапф. Сферическое движение качающейся шайбы складывается из двух конечных вращений - вокруг оси цапф 11 относительно крестовины 10 и вместе с ней вокруг оси цапф 12 относительно корпуса 1. При сферическом движении качающейся шайбы ее точка, сочленяемая с наклонным кривошипом вала, движется по окружности и приводит во вращение вал. Благодаря зацеплению колеса 16 на коленчатом валу с шестерней 17 приводится во вращение ось промежуточного валика 18 вместе с шестерней 19 и вследствие зацепления последней с венцом 23 двухвенечного зубчатого колеса 24 - само двухвенечное зубчатое колесо 24. При вращении зубчатого колеса 24 приводятся во вращение сцепленные с его коническим венцом 25 конические шестерни 26 привода гильз.

Благодаря вращению шестерен 26 вращаются кривошипы 14 привода гильз, приводящие через подпятники 13 гильзы 5. Гильзы 5 совершают движение относительно цилиндров 2 по участку винтовой линии. При этом движении гильз их окна 6 периодически сообщаются с впускными 7 и выпускными 8 трубопроводами.

При переходе на частичные скоростные или нагрузочные режимы работы двигателя при помощи устройства 29 приводится во вращение червяк 22, сцепленный с червячным венцом на периферии водила 20. Благодаря этому водило вращается относительно корпуса двигателя. По окончании вращения червяка 22 водило 20 останавливается в новом положении относительно корпуса и дальнейшая работа двигателя протекает аналогично изложенному выше. Эффект достигается за счет того, что открытие и закрытие окон гильзы наступают в другие моменты времени по отношению к нахождению поршней в мертвых точках. На частичных режимах работы окно гильзы 6 совмещается со впускным трубопроводом 7, однако, в течение некоторого промежутка времени оно закрыто поршнем 27 и зарядки цилиндра не происходит. Диаграмма "время - сечение" газообмена уменьшается, что приводит к улучшению экономичности работы на частичных режимах. (56) Патент ФРГ N 3405893, кл. F 02 B 75/26, опубл. 1985.

Формула изобретения

ДВИГАТЕЛЬ БАРАБАННОГО ТИПА С ГИЛЬЗОВЫМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ И РЕГУЛИРУЕМЫМИ ФАЗАМИ, содержащий корпус с цилиндрами, коленчатый вал, качающуюся шайбу, связанную с коленчатым валом, гильзы с окнами, установленные в цилиндрах с возможностью перемещения относительно последних, поршни, размещенные в гильзах и связанные при помощи шатунов с качающейся шайбой, механизм газораспределения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы на частичных режимах, механизм газораспределения двигателя выполнен в виде кинематически связанных с подвижными гильзами кривошипов, на валах которых жестко закреплены конические шестерни, связанные с двухвенечным зубчатым колесом, установленным подвижно в корпусе соосно с коленчатым валом, причем другой зубчатый венец двухвенечного колеса выполнен цилиндрическим и зацеплен с одной из шестерен промежуточного валика, другая шестерня которого сцеплена с зубчатым колесом, жестко связанным с коленчатым валом, при этом промежуточный вал шарнирно закреплен на водиле, установленном соосно с коленчатым валом и выполненном с зубчатым венцом, находящимся в зацеплении с червяком, установленным в корпусе двигателя и кинематически связанным с устройством управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1