Двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндропоршневую группу, шатун, вал, кривошип с двумя опорными роликами, вращающимися в круговой дорожке. Двигатель имеет дополнительный механизм с приводом от вала, позволяющий переводить шатунную ось перед началом рабочего такта с одного диаметра на другой в течение всего рабочего такта. На шатунной оси, жестко закрепленной на шатуне, установлены кулачки, позволяющие увеличивать рабочий ход под действием тангенциальной силы, прикладываемой к кривошипу, по сравнению с ходом шатунной оси. Шатун выполнен ломающимся с использованием дополнительного качающегося звена, имеющего возможность передавать действие боковых сил на блок двигателя. 5 ил.
Имеется двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатуна, продольного вала, по меньшей мере, кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качания, или шестерня планетарной передачи имеют возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, отличающийся тем, что диаметр окружности вращения оси шатунной шейки, шатунной оси прямой или коленчатой, не вращающейся или вращающейся относительно кривошипа в круговой дорожке, меньше диаметра окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке и на конце продольного вала двигателя установлен механизм увеличения крутящего момента, состоящий из ведущего кривошипа, установленного на продольном валу двигателя, и ведомого кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с ведомого кривошипа муфтой, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления пары сил. (см. "Двигатель внутреннего сгорания" Патент № 2203431, 7 F 02 B 75/32, от 03.11.2000 г.)
Имеется двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатуна, продольного вала, по меньшей мере, кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа в круговой дорожке муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качания, или шестерня планетарной передачи имеют возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, причем диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа больше диаметра окружности вращения оси шатунной шейки, а шатунная ось коленчатая и ломающаяся, с изменяемой величиной радиуса колена, состоящая из неповоротной части, отличающаяся тем, что поворотная часть шатунной коленчатой оси выполнена заодно с кулачком и при возможном повороте во время рабочего такта имеет возможность совершать дополнительное движение навстречу поршню. (см. "Двигатель внутреннего сгорания" Свидетельство на полезную модель № 32535, 7 F 02 B 57/00, от 16.04.2000 г.)
Недостаток обоих аналогов: на отдельных углах вращения во время рабочего такта не вся длина кривошипа в круговой дорожке участвует в создании полезного крутящего момента и большая составляющая сила давления газов не принимает участие в создании полезного крутящего момента.
Целью предлагаемой конструкции является создание полезного крутящего момента плечом, равным максимальной длине кривошипа, в течение большего периода рабочего такта, более эффективное использование силы давления газов и частичная разгрузка поршня от действия боковых сил.
Названная цель достигается конструкцией двигателя, у которой сохраняется цилиндропоршневая группа, головка двигателя с камерой сгорания, механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатун, продольный вал, по меньшей мере, кривошип, имеющий возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качения, или шестерня планетарной передачи имеют возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, причем диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа больше диаметра окружности вращения оси шатунной шейки, а шатунная ось имеет возможность перебрасываться с диаметра окружности вращения оси шатунной шейки на диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа, или на иной диаметр, и обратно. На шатунной оси установлены кулачки, позволяющие шатунной оси во время рабочего такта иметь возможность совершать дополнительное движение навстречу поршню и соответственно увеличивать ход прикладываемой к кривошипу тангенциальной силы по сравнению с ходом самой шатунной оси.
Новым является то, что:
а) Двигатель имеет дополнительный механизм с приводом от продольного вала, позволяющий в начале рабочего такта принудительно перебрасывать шатунную ось с диаметра окружности вращения оси шатунной шейки на диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа.
б) Шатунная ось с кулачками жестко закреплена на шатуне и связана с кривошипом в круговой дорожке, по меньшей мере, двумя щеками, не вращающейся относительно кривошипа и вращающейся, с помощью которых осуществляется возможность переброса оси с одной окружности на другую. Опорная поверхность, на которую опирается кулачок, имеет возможность окатываться вокруг кулачка при повороте кривошипа в круговой дорожке относительно шатуна.
в) С целью разгрузки поршня от действия боковых сил, шатун выполнен ломающимся с использованием дополнительного качающегося звена, передающего действие боковых сил на блок двигателя.
На фиг.1. показан поперечный разрез двигателя во время тактов выпуска, наполнения и сжатия.
На фиг.2. показан поперечный разрез двигателя в конце такта сжатия и в начале рабочего такта с моментом перехода шатунной оси с диаметра окружности вращения оси шатунной шейки на диаметр окружности вращения осей опорных роликов.
На фиг.3. показан поперечный разрез двигателя в конце рабочего такта.
На фиг.4. показан продольный разрез двигателя.
На фиг.5. показана силовая схема двигателя.
Конструкция состоит из цилиндра 1, головки двигателя с камерой сгорания, поршня 2. Шатун ломающийся состоит из поршневой 3 и кривошипной 4 частей, соединенных шарниром 5, который одновременно является шарниром качающегося звена 6, закрепленного вторым шарниром 7 на блоке двигателя. Такая конструкция имеет возможность частично разгрузить поршень от действия боковых сил со стороны шатунной оси 20 с возможностью передачи боковых сил через шарнир 5, звено 6 и шарнир 7 на блок двигателя вместо поршня. Изогнутое качающееся звено 6 позволит ограничить увеличение высоты двигателя. Имеются: механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения. Вращающийся кривошип 9 опирается на круговую дорожку 8 двумя опорными роликами 10, установленными в осях 11 кривошипа на опорах качения (фиг.1). Ось круговой дорожки 8 перпендикулярна оси цилиндра 1 и смещена относительно ее на величину эксцентриситета е2. Эксцентриситет е2 может позволить эффективнее использовать ход поршня при большой разнице диаметра окружности вращения осей опорных роликов 11 и диаметра окружности вращения оси 20, но не является обязательным. На один цилиндр приходится две соосные между собой круговые дорожки 8, два вращающихся в них кривошипа 9 (фиг.4). Причем оси 11 опорных роликов 10 обоих кривошипов должны быть соосны между собой. Ось х-х кривошипа 9 смещена относительно оси круговой дорожки 8 на величину эксцентриситета е1, что необходимо для обеспечения работоспособности системы и создания силы N приемлемой величины (фиг.1, 5).
Два кривошипа связаны между собой шатунной осью 20. Каждый из кривошипов связан с шатунной осью с помощью двух щек: не вращающейся относительно кривошипа щекой 12 и вращающейся относительно кривошипа щекой 16 (фиг.1, 2, 3, 4).
Невращающаяся щека 12 жестко закреплена на оси опорного ролика 11, которая жестко закреплена на кривошипе 9. На щеке 12 жестко закреплены: упор 13, ось 14 и направляющая с упором 15, на оси 14 установлена вращающаяся щека 16 с пазом 17, обеспечивающим вращение и линейное перемещение щеки 16 относительно оси 14. Вращающаяся щека 16 выполнена в виде Г-образного коромысла, на одном конце которого установлен подшипник 33 под шатунную ось 20, на другом конце установлен ролик 19, имеющий возможность контактировать с коромыслом 23. На щеке 16 жестко закреплена ось 18, которая может скользить вдоль направляющей с упором 15 невращающейся щеки 12. Шатунная ось 20 жестко закреплена на нижнем конце кривошипной части шатуна 4 и опирается на подшипники 33 вращающихся щек 16. По краям шатунной оси 20 установлены и жестко закреплены относительно ее два кулачка 21 (фиг.1, 2, 3, 4), которые при определенном положении вращающейся щеки 16 могут опираться и контактировать с упором 13 невращающейся щеки 12.
На шатунной оси 20 также установлены два вращающихся ролика 22, которые могут контактировать с кулачками 30, жестко установленными на блоке двигателя. На фиг.4 показана установка на один цилиндр двух кулачков 30.
Коромысло 23 закреплено с помощью шарнира 24 на блоке двигателя и приводится в движение с помощью кулачка 25. Кулачок 25 установлен на продольном кулачковом валу 26 двигателя и кинематически связан с продольным валом двигателя 29. Пружина 27 постоянно прижимает коромысло 23 к кулачку 25.
Во время тактов выпуска отработанных газов, наполнения цилиндра новой смесью и на начальном этапе такта сжатия, когда кривошип в круговой дорожке 9 приводит в движение поршень, коромысло 23 находится в положении, при котором отсутствует его пересечение с траекторией ролика 19 вращающейся щеки 16. При этом вращающаяся щека 16 осью 18 стоит на упоре направляющей 15 невращающейся щеки 12 (фиг.1, 2, 3), а шатунная ось 20 находится на траектории окружности диаметром Dш. Положение коромысла 23 обеспечивается соответствующим профилем кулачка 25 и правильным выбором передаточного отношения между продольным валом 29 двигателя и кулачковым валом 26. Для четырехтактного двигателя обороты кулачкового вала 26 должны быть в два раза меньше оборотов продольного вала 29, для двухтактного двигателя обороты валов должны быть одинаковыми.
В конце такта сжатия, при подходе поршня к верхней мертвой точке, коромысло 23 имеет возможность перейти в положение, пересекающееся с траекторией ролика 19. Ролик 19 набегает на коромысло и возможен поворот вращающейся щеки 16 вместе с шатунной осью 20 и кривошипной частью шатуна 4 (фиг.2). Поворот не должен влиять на ход поршня и должен произойти до начала рабочего такта. Поворот вращающейся щеки 16 может происходить вокруг оси 14, при этом ось 18 может отходить от упора направляющей 15. В конце поворота шатунная ось может встать на заложенную конструкцией траекторию, по фиг.1, 2, 3 это диаметр окружности Dкр. При этом кулачки 21 шатунной оси 20 могут вплотную подойти к опорной поверхности пор 13 невращающейся щеки 12. На фиг.2 положение вращающейся щеки 16 с осью 20 и кривошипной части шатунной 4 до поворота показано штрихпунктирной линией, после поворота - сплошной. В начале рабочего такта, до пересечения оси 14 с кривошипной частью шатуна 4, положение шатунной оси 20 на расчетной траектории может поддерживаться с помощью коромысла 23.
Тангенциальная сила Р при этом может передаваться с шатунной оси 20 через вращающуюся щеку 16 на невращающуюся щеку 12 как через ось 14, так и через кулачок 21. Кривошипная часть шатуна 4 во время рабочего такта мало меняет угол своего положения относительно оси цилиндра, а кривошип в круговой дорожке 9 имеет определенный угол поворота. Поэтому кулачок 21 спрофилирован и расположен относительно опорной поверхности упора 13 так, что при повороте кривошипа в круговой дорожке 9 во время рабочего такта опорная поверхность упора 13 имеет возможность окатываться вокруг подъема кулачка 21 (фиг.2, 3), ось 14 начинает перемещаться вдоль паза 17 и передача тангенциальной силы Р становится возможным только через кулачок 21 на упор 13. В результате ход опорной поверхности упора 13 вместе с невращающейся щекой 12 и осью опорного ролика 11 увеличивается по сравнению с ходом шатунной оси 20 на величину подъема кулачка 21. Таким образом во время рабочего такта увеличивается ход прикладываемой к кривошипу в круговой дорожке 9 тангенциальной силы Р по сравнению с ходом шатунной оси 20 и, соответственно, увеличивается угол поворота кривошипа в круговой дорожке на угол, имеющий хорду, равную подъему кулачка 21 (фиг.5). По окончании рабочего такта, после прекращения действия тангенциальной силы Р со стороны поршня, кривошип имеет возможность приводить в действие поршень. При этом ролик 22 имеет возможность набегать на кулачки 30 и поворачивать вращающуюся щеку 16 вместе с шатунной осью 20 и кривошипной частью шатуна 4. Ось 18 имеет возможность скользить по направляющей 15 и устанавливаться на упор данной направляющей. Шатунная ось 20 имеет возможность фиксироваться на траектории окружности диаметром Dш. Перед началом такта выпуска отработанных газов кулачок 25 имеет возможность повернуться так, что коромысло 23 уходит с траектории ролика 19. Такты выпуска отработанных газов, наполнения свежей рабочей смесью и начало такта сжатия происходят при нахождении шатунной оси на траектории окружности диаметром Dш.
С кривошипа 9 крутящий момент может сниматься муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления (фиг.5). Приложение к кривошипу со стороны муфты или планетарной передачи других силовых факторов, кроме момента сопротивления, не допускается. Причем у планетарной передачи должно быть не менее трех сателлитов. Ведущая полумуфта 31 муфты (фиг.4) или центральное колесо планетарной передачи должны иметь соединение с кривошипом 9, ограничивающее их взаимное не вращение друг относительно друга и допускающее как поперечные, так и угловые взаимные перемещения в пределах, обеспечивающих выполнение требований, предъявляемых к системе съема момента. На выходном валу ведомой полумуфты, вращающейся в подшипниковой опоре картера двигателя, установлена шестерня 32, имеющая возможность входить в зацепление с шестерней 28 продольного вала 29.
Преимуществом предлагаемой конструкции является возможность в течение длительного периода рабочего такта создавать крутящий момент максимальным, конструктивно заложенным, плечом и более полного использования силы давления газов в создании крутящего момента. Кулачки, установленные на шатунной оси, имеющие возможность увеличивать ход под действием тангенциальной силы, прикладываемой к кривошипу в круговой дорожке, по сравнению с ходом шатунной оси и соответственно увеличивающие угол поворота кривошипа под действием данной силы, более эффективны и имеют гарантированное срабатывание. Ломающийся шатун с дополнительным качающимся звеном имеет возможность разгружать поршень от действия боковых сил.
Все предлагаемые новые конструктивные системы представляют возможность увеличивать выходные крутящий момент и мощность двигателя.
Двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатуна, продольного вала, по меньшей мере, кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качения, или шестерня планетарной передачи имеют возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, причем диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке больше диаметра окружности вращения оси шатунной шейки, а шатунная ось имеет возможность перебрасываться с диаметра окружности вращения оси шатунной шейки на диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа или на иной заложенный конструкцией диаметр окружности и обратно, отличающийся тем, что двигатель имеет дополнительный механизм с приводом от продольного вала двигателя с возможностью обеспечивать принудительную переброску шатунной оси перед началом рабочего такта с диаметра окружности вращения оси шатунной шейки на диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа или на иной диаметр окружности с возможностью создавать двигателем полезный крутящий момент максимальной длиной плеча, заложенной конструктивно, в течение всего рабочего такта, кулачки, установленные на шатунной оси, которая жестко закреплена на шатуне, при повороте кривошипа в круговой дорожке относительно шатуна имеют возможность увеличивать рабочий ход тангенциальной силы, прикладываемой к кривошипу, по сравнению с ходом шатунной оси и, соответственно, увеличивать угол поворота кривошипа под действием тангенциальной силы, шатун выполнен ломающимся с использованием дополнительного качающегося звена, имеющего возможность передавать действие боковых сил на блок двигателя.
