Двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к дизельным двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с двумя камерами сгорания, снабженными крышками с ребрами жесткости. В центре корпуса установлен пустотелый вал, закрепленный на подшипниках, размещенных по центрам крышек и в стенке картера. На пустотелом валу жестко оппозитно закреплены два поршня прямоугольной формы. По периметру поршни уплотнены лабиринтом. Камеры сгорания двухсторонние, так как снабжены клапанами впуска, выпуска и форсунками, расположенными между клапанами с обеих сторон. В полостях между крышками, корпусом и камерами сгорания размещены газораспределительные валики, получающие вращение от шестерни, сидящей на коленчатом валу. На вал через шлицевое соединение закреплен рычаг с шатуном, связанным с коленчатым валом. Для стыковки модулей внутри полого вала выполнены шлицы. В предлагаемой конструкции две камеры сгорания соответствуют четырехцилиндровому двигателю. Изобретение позволяет резко сократить количество подвижных деталей и их массу, массу и объем двигателя уменьшить в 2,5 раза, уменьшить трение, соответственно уменьшить потери мощности на перемещение подвижных деталей, исключить износ цилиндров, упростить конструкцию. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к дизельным двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания с качающимися поршнями, расположенными на двух валах, поршни идут навстречу друг другу и качаются в противоположных направлениях (заявка ФРГ N 3900375, кл. F 02 B 57/00, опубл. 27.09.89). Однако наличие двух валов значительно осложняет конструкцию.

Известен двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем, содержащий корпус с кольцевой камерой, поршень с валом с системой торцевых и радиальных уплотнений, совершающий колебательные движения в кольцевой камере, и механизм преобразования колебательного движения во вращательное (патент РФ N 2079680, кл. F 02 B 53/00, опубл. БИ N 14, 1997). К недостаткам данного двигателя следует отнести конструктивную сложность механизма преобразования колебательного движения во вращательное, что приводит к большой вероятности неисправностей и поломок, а наличие только одного поршня уменьшает мощность двигателя.

Наиболее близким по количеству существенных признаков и достигаемому результату к заявляемому изобретению является двухтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем, содержащий корпус с кольцевой камерой сгорания, поршень с валом с уплотнением, совершающий колебательные движения в камере, рычаг, посаженный на вал и связанный через шатун с коленчатым валом (патент ФРГ N 3811760, кл. F 02 B 53/00, F 01 C 9/00, опубл. 01.06.89).

Недостатком данного изобретения является то, что поршень занимает значительную часть объема камеры сгорания двигателя и не позволяет разместить второй поршень. Кроме того, поршень качается на угол больше 90 градусов, что приводит к значительным потерям при передаче усилий на коленчатый вал за счет разложения сил на составляющие.

Задача решаемая изобретением - упростить конструкцию, уменьшить габариты и массу двигателя и одновременно увеличить его эффективность.

Поставленная задача решается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания с качающимся поршнем, содержащем корпус с кольцевой камерой, поршень с валом с уплотнением, совершающим колебательные движения в кольцевой камере, рычаг, посаженный на вал и связанный через шатун с коленчатым валом, согласно изобретению двигатель дополнительно снабжен вторым поршнем, при этом поршни выполнены в виде двух оппозитно расположенных призм, посаженных на вал, а камеры сгорания снабжены форсунками, впускными и выпускными клапанами с двух сторон.

Уплотнения между поршнями и валом выполнены лабиринтными. Использование лабиринтного уплотнения приводит к отсутствию трения между поршнями и стенками корпуса двигателя. По сравнению с обычными двигателями отпадает необходимость смазывания поршней, масло не будет сгорать в цилиндрах, уменьшится его расход и количество выделяемых токсичных газов. Система смазки существенно упростится и количество масла в картере также уменьшится в несколько раз.

Внутри вала с противоположной стороны от рычага выполнены шлицы. Выполнение шлицов позволяет состыковать два модуля двигателя вместе, при этом второй модуль необходимо взять без картера и рычага.

В двигателе внутреннего сгорания длина шатуна равна двум радиусам рычага. При таком соотношении длин шатуна и радиуса рычага обеспечивается передача силы поршня на коленчатый вал с меньшими потерями.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - разрез двигателя по оси; на фиг. 3 - схема передачи силы от поршня на коленчатый вал в заявляемом двигателе.

Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с камерами сгорания 2, снабженными крышками 3 с ребрами жесткости 4. В центре корпуса 1 установлен пустотелый вал 5, закрепленный на подшипниках 6, размещенных по центрам крышек 3 и в стенке картера 7. На пустотелом валу 5 жестко оппозитно закреплены два поршня 8 прямоугольной формы. По периметру поршни 8 уплотнены лабиринтом 9. Между корпусом 1, крышками 3 и валом 5 расположены две камеры сгорания 2. Камеры сгорания 2, двухсторонние, так как снабжены клапанами впуска 10, выпуска и форсунками, расположенными между клапанами с обеих сторон (клапаны выпуска и форсунки на фиг. не обозначен). В полостях между крышками 3, корпусом 1 и камерами сгорания 2 размещены газораспределительные валики 11, получающие вращение от шестерни 12, сидящей на коленчатом валу 13. На вал 5 через шлицевое соединение 14 закреплен рычаг 15 с шатуном 16, связанным с коленчатым валом 13. Для стыковки модулей внутри полого вала 5 выполнены шлицы 17.

Рабочий процесс в двигателе протекает в следующем порядке.

Поршни 8 с валом 5 совершают колебательные движения на угол 60 градусов от левой мертвой точки до правой и обратно. Вал 5 поворачивается на подшипниках 6, которые установлены по центрам крышек 3 и в стенке картера 7, рычаг 15, посаженный на вал 5 через шлицевое соединение 14, также поворачивается на угол 60 градусов. Движение рычага 15 через шатун 16 передается на коленчатый вал 13. При повороте нижнего поршня 8 вправо в камеру сгорания 2 с левой стороны поступает через клапан впуска 10 воздух, при обратном движении поршня 8 воздух сжимается и в этот момент через форсунку подается распыленное топливо, в левой половине камеры сгорания начинается рабочий ход, соответственно через рычаг 15 и шатун 16 движение передается коленчатому валу 13. В правой половине нижней камеры сгорания 2 в этот момент происходит выпуска воздуха, а в правой половине верхней камеры сгорания 2 будет происходить цикл сжатия. В левую половину верхней камеры сгорания 2 впрыскивают топливо и в ней начинается рабочий ход. Рычаг совершает возвратно-поступательное движение на угол 60 градусов от точки a до точки e. На фиг. 3 показана схема передачи силы от поршня (рычага) к коленчатому валу. При прямом ходе, когда рычаг проходит точку "b" - передача силы будет почти без разложения на составляющие. При обратном ходе подобная картина наблюдается в точке "f". При прямом ходе передача силы будет выгоднее до точки "c", при обратном ходе до точки "q". Точки "c" и "q" совпадают. Это происходит благодаря тому, что поршень и рычаг при движении описывают дугу. Наилучший результат получится при длине шатуна, равной двум радиусам рычага. В точке "c" передача силы будет как у обычного двигателя.

Заявляемый двигатель внутреннего сгорания конструктивно очень прост, имеет два поршня, следовательно, превосходит по мощности прототип.

В предлагаемой конструкции две камеры сгорания соответствуют четырехцилиндровому двигателю. Вместо четырех поршней только два. Вместо четырех шатунов нужен только один. И коленчатый вал всего с одной шатунной шейкой. Благодаря этому резко сокращается количество подвижных деталей и их масса, масса и объем двигателя уменьшается в 2,5 раза. Уменьшается трение. Соответственно уменьшаются потери мощности на перемещение подвижных деталей. Не будет износа цилиндра, так отсутствует трение между поршнями и цининдрами.

Кроме вышеизложенного, предлагаемая конструкция значительно проще по устройству, а значит дешевле в производстве, что упростит процесс эксплуатации и ремонта. На одно изделие металла потребуется в 2,5 - 3 раза меньше, а значит выигрывает и экология.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания с качающимся поршнем, содержащий корпус с кольцевой камерой, поршень с валом с уплотнением, совершающий колебательные движения в кольцевой камере, рычаг, посаженный на вал и связанный через шатун с коленчатым валом, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен вторым поршнем, при этом поршни выполнены в виде двух оппозитно расположенных призм, посаженных на вал, а камеры сгорания снабжены форсунками, впускными и выпускными клапанами с двух сторон.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что уплотнение выполнено лабиринтным.

3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутри вала с противоположной стороны от рычага выполнены шлицы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3