Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Технический результат заключается в возможности снижения потерь на трение при передаче крутящего момента с соосных шестерен механизма преобразования движения каждого цилиндра на рабочий вал двигателя. Двигатель содержит рабочий вал и цилиндры с камерами сгорания. Каждый цилиндр снабжен размещенным в нем поршнем, имеющим поперечный палец, и механизмом преобразования движения, выполненным с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала. Механизм преобразования движения каждого цилиндра включает два шатуна и две соосные и одну боковую конические шестерни. При этом соосных шестерни установлены с возможностью их взаимодействия с боковой шестерней, соединенной соосно с рабочим валом или выполненной за одно целое с последним. Каждая соосная шестерня снабжена пальцем, закрепленным эксцентрично относительно ее оси и шарнирно соединенным с концом одного из шатунов, второй конец каждого из которых шарнирно соединен с пальцем поршня. Ось соосных шестерен и оси их пальцев направлены параллельно оси пальца поршня. Пальцы соосных шестерен расположены на равном расстоянии от оси последних. Кроме того, боковые шестерни механизмов преобразования движения всех цилиндров установлены соосно и соединены общей осью. А в каждых двух смежных цилиндрах шатуны и пальцы соосных шестерен механизма преобразования движения одного из цилиндров расположены относительно шатунов и пальцев соосных шестерен механизма преобразования движения второго цилиндра таким образом, что обеспечивается возможность противофазного движения поршней указанных цилиндров. При этом в момент расположения поршня одного из цилиндров в верхней мертвой точке поршень второго цилиндра расположен в нижней мертвой точке. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий вал и, по меньшей мере, один цилиндр с размещенным в нем поршнем с двумя поперечными пальцами, снабженный механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, включающим два крестообразно расположенных шатуна равной длины и два коленвала, каждый из которых снабжен эксцентрично расположенным пальцем и цилиндрической шестерней, при этом шестерни коленвалов имеют равный диаметр и выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом с их вращением в противоположных направлениях, а палец каждого коленвала шарнирно соединен одним из шатунов с одним из поршневых пальцев (см. заявку РСТ (WO) N 9722785 с приоритетом 27.11.96, кл. F 02 В 75/32, опубл. 26.06.97; бюл. “Изобретения стран мира”, вып.65, N 23, 1998 г.).

Такая симметричная конструкция двигателя исключает боковое прижатие поршня к стенкам цилиндра, благодаря чему снижается износ деталей цилиндропоршневой группы двигателя и снижаются потери на трение, за счет чего повышается КПД двигателя и снижается расход топлива при его работе. Вместе с тем, известный двигатель имеет сложный и тяжелый механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, что усложняет конструкцию двигателя, увеличивает его вес и повышает стоимость изготовления и ремонта двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому двигателю по существенным признакам является принятый за прототип двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий вал и, по меньшей мере, один цилиндр с камерой сгорания, снабженный размещенным в нем поршнем, имеющим поперечный палец, и механизмом преобразования движения, выполненным с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала и включающим два шатуна и две соосные и одну боковую конические шестерни, при этом каждая из указанных шестерен снабжена осью, соосные шестерни установлены по разные стороны относительно оси цилиндра с возможностью их взаимодействия с боковой шестерней с вращением рабочего вала и каждая из них снабжена пальцем, закрепленным эксцентрично относительно оси шестерни на ее торцевой стороне, обращенной к оси цилиндра, и шарнирно соединенным с концом одного из шатунов, второй конец каждого из которых шарнирно соединен с пальцем поршня, ось соосных шестерен и оси их пальцев направлены параллельно оси пальца поршня, а пальцы соосных шестерен расположены на равном расстоянии от оси последних (см. патент США N 2099481, НКИ 74-50, заявл. 26.03.1936 г., опубл. 16.11.1937 г.).

Известный из прототипа двигатель так же, как и указанный выше аналог, выполнен с разгрузкой боковых сил на поршне, что является его достоинством. Вместе с тем, в варианте известного двигателя с одним рабочим валом 10 или 11 (см. фиг.1 и 2 в графических иллюстрациях к указанному патенту) последний выполнен за одно целое с осью одной из соосных шестерен (12 или 13), а крутящий момент со второй соосной шестерни передается на рабочий вал через боковую шестерню 14 и первую соосную шестерню (см. описание к указанному патенту США, стр.1 - строки 54 и 55 и стр.2 - строки 1-4). При наличии в таком одновальном двигателе нескольких рабочих цилиндров одна из соосных шестерен механизма преобразования движения одного из смежных цилиндров соединяется с такой же шестерней такого же механизма второго из смежных цилиндров. Соответственно, крутящий момент в такой конструкции двигателя передается на рабочий вал через несколько соосных и несколько боковых шестерен, что создает большие потери на трение, снижающие выходную мощность и КПД двигателя.

Технической задачей изобретения является снижение потерь на трение при передаче крутящего момента с соосных шестерен механизма преобразования движения каждого цилиндра на рабочий вал двигателя.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении выходной мощности и КПД двигателя за счет снижения потерь на трение при передаче крутящего момента с соосных шестерен на рабочий вал двигателя.

Технический результат изобретения достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем рабочий вал и, по меньшей мере, один цилиндр с камерой сгорания, снабженный размещенным в нем поршнем, имеющим поперечный палец, и механизмом преобразования движения, выполненным с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала и включающим два шатуна и две соосные и одну боковую конические шестерни, при этом каждая из указанных шестерен снабжена осью, соосные шестерни установлены по разные стороны относительно оси цилиндра с возможностью их взаимодействия с боковой шестерней с вращением рабочего вала и каждая из них снабжена пальцем, закрепленным эксцентрично относительно оси шестерни на ее торцевой стороне, обращенной к оси цилиндра, и шарнирно соединенным с концом одного из шатунов, второй конец каждого из которых шарнирно соединен с пальцем поршня, ось соосных шестерен и оси их пальцев направлены параллельно оси пальца поршня, а пальцы соосных шестерен расположены на равном расстоянии от оси последних, ось боковой шестерни механизма преобразования движения соединена соосно с рабочим валом или выполнена за одно целое с последним.

Кроме того, технический результат изобретения достигается также тем, что при числе цилиндров в двигателе, большем одного, боковые шестерни механизмов преобразования движения всех цилиндров установлены соосно и снабжены общей осью, соединенной соосно с рабочим валом или выполненной за одно целое с последним, и в каждых двух смежных цилиндрах такого двигателя шатуны и пальцы соосных шестерен механизма преобразоавания движения одного из цилиндров расположены соответственно относительно шатунов и пальцев соосных шестерен механизма преобразования движения второго цилиндра с обеспечением возможности противофазного движения поршней указанных цилиндров с расположением поршня одного из цилиндров в верхней мертвой точке в момент расположения поршня второго цилиндра в нижней мертвой точке.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображены:

- на фиг.1 - общий вид двигателя;

- на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1;

- на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.1.

Двигатель содержит рабочий вал 1 (фиг.1) и, по меньшей мере, один цилиндр 2 с камерой сгорания 3, поршнем 4, имеющим поперечный палец 5, и механизмом преобразования движения, выполненным с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня 4 во вращательное движение рабочего вала 1 и включающим два шатуна 6 равной длины и две соосные 7 и одну боковую 8 конические шестерни. При этом соосные шестерни 7 имеют равный диаметр, установлены по разные стороны относительно оси I-I цилиндра 2 (фиг.2) с возможностью их взаимодействия с боковой шестерней 8 (фиг.3) и каждая из них снабжена осью 9 и пальцем 10, установленным эксцентрично относительно оси шестерни 7 на ее торцевой стороне, обращенной к оси I-I цилиндра. Общая ось соосных шестерен 7 и оси их пальцев 10 направлены параллельно оси поршневого пальца 5 (фиг.2), а пальцы 10 расположены на равном расстоянии от оси шестерен 7 и каждый из них шарнирно соединен посредством одного из шатунов 6 с поршневым пальцем 5.

В одноцилиндровом варианте двигателя ось 11 боковой шестерни 8 механизма преобразования движения может быть выполнена за одно целое с рабочим валом 1, а в многоцилиндровом варианте двигателя боковые шестерни 8 механизмов преобразования движения всех цилиндров 2 установлены соосно на общей оси 11, которая может быть выполнена за одно целое с рабочим валом 1. Вместе с тем, в любом из указанных вариантов двигателя ось 11 может быть соединена с рабочим валом 1 соосно посредством резьбового, шпоночного, муфтового или иного типа соединения. На рабочий вал 1 или на ось 11 может быть установлен маховик, роль которого могут выполнять также боковые 8 и соосные 7 шестерни, если выполнить их достаточно тяжелыми. При необходимости двигатель может быть выполнен с двумя рабочими валами 1, каждый из которых соединен или выполнен за одно целое с одним из концов оси 11, а цилиндры 2 могут быть расположены в один или несколько рядов. В то же время, предлагаемый двигатель может иметь одну или несколько пар оппозиционно расположенных цилиндров 2 аналогично варианту двигателя по прототипу, представленному на фиг.3 графических материалов вышеуказанного патента США. В таком варианте двигателя механизмы преобразования движения каждой пары оппозиционно расположенных цилиндров 2 могут иметь одну общую пару соосных шестерен 7 и одну общую боковую шестерню 8, при этом палец 10 каждой шестерни указанной общей пары шестерен 7 шарнирно соединен как с шатуном 6 механизма преобразования движения одного из спаренных цилиндров, так и с шатуном 6 механизма преобразования движения второго из спаренных оппозиционных цилиндров.

В целях снижения нагрузки на ось 11 и рабочий вал 1 и обеспечения равномерного вращения последнего в механизмах преобразования движения каждых двух смежных цилиндров 2 многоцилиндрового варианта предлагаемого двигателя шатуны 6 и пальцы 10 соосных шестерен 7 механизма преобразования движения одного из цилиндров расположены соответственно относительно шатунов 6 и пальцев 10 соосных шестерен 7 механизма преобразования движения второго цилиндра с обеспечением возможности противофазного движения поршней 4 указанных цилиндров, при котором во время рабочего хода одного из поршней 4 (например, правого поршня на фиг.1) к нижней мертвой точке второй из них совершает обратный ход к верхней мертвой точке (направление движения поршней на фиг.1 обозначено стрелками). При этом обеспечивается расположение одного из этих поршней в верхней мертвой точке в момент прихода второго из них в нижнюю мертвую точку.

Двигатель работает следующим образом.

После каждого цикла сгорания топливной смеси в камере 3 каждого из цилиндров 2 поршень 4 последнего совершает рабочий ход от верхней к нижней мертвой точке, приводя во вращение посредством шатунов 6 соосные шестерни 7 в разных направлениях. От шестерен 7 вращение передается через боковую шестерню 8 на ось 11 и соединенный с ней рабочий вал 1. При этом от оси 11 вращение передается также на соосные шестерни 7 механизма преобразования движения смежного цилиндра, в результате чего его поршень 4 совершает обратный ход от нижней к верхней мертвой точке, выполняя сжатие топливной смеси в камере 3 смежного цилиндра. Обратный ход поршня 4 как в одноцилиндровом, так и в многоцилиндровом двигателе может осуществляться также за счет сил инерции маховика и/или боковых 8 и соосных 7 шестерен. После достижения поршнем 4 смежного цилиндра верхней мертвой точки в камере 3 последнего следует цикл сгорания, сопровождающийся рабочим ходом поршня 4 указанного цилиндра 2 и обратным ходом поршня 4 первого цилиндра 2. В дальнейшем рабочий цикл двигателя повторяется в описанной последовательности с вращением рабочего вала 1 от поршней 4 поочередно каждого из цилиндров 2.

В отличие от прототипа конструкция предлагаемого двигателя позволяет передавать крутящий момент с соосных шестерен 7 на рабочий вал 1 практически напрямую. Единственным передаточным звеном при этом служит боковая шестерня 8. Благодаря этому снижаются потери на трение при передаче крутящего момента, за счет чего повышается выходная мощность и КПД двигателя. При этом выигрыш в мощности и КПД в процентном отношении возрастает с увеличением числа рабочих цилиндров 2 двигателя.

Формула изобретения

1.Двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий вал и цилиндры с камерами сгорания, каждый из которых снабжен размещенным в нем поршнем, имеющим поперечный палец, и механизмом преобразования движения, выполненным с возможностью преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, и включающим два шатуна и две соосных и одну боковую конические шестерни, при этом соосные шестерни установлены с возможностью их взаимодействия с боковой шестерней, соединенной соосно с рабочим валом или выполненной за одно целое с последним, и каждая из них снабжена пальцем, закрепленным эксцентрично относительно оси шестерни на ее торцевой стороне, обращенной к оси цилиндра, и шарнирно соединенным с концом одного из шатунов, второй конец каждого из которых шарнирно соединен с пальцем поршня, ось соосных шестерен и оси их пальцев направлены параллельно оси пальца поршня, а пальцы соосных шестерен расположены на равном расстоянии от оси последних, отличающийся тем, что боковые шестерни механизмов преобразования движения всех цилиндров установлены соосно и соединены общей осью.

2.Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в каждых двух смежных цилиндрах шатуны и пальцы соосных шестерен механизма преобразования движения одного из цилиндров расположены, соответственно, относительно шатунов и пальцев соосных шестерен механизма преобразования движения второго цилиндра с обеспечением возможности противофазного движения поршней указанных цилиндров с расположением поршня одного из цилиндров в верхней мертвой точке в момент расположения поршня второго цилиндра в нижней мертвой точке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3