Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям с передачей движения посредством криволинейных поверхностей. Техническим результатом является повышение надежности при уменьшении механических потерь. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр с криволинейными пазами на его цилиндрической поверхности, поршень со штоком и передаточный механизм. Согласно изобретению, поршень соединен шарнирно со штоком, расположенным на оси, на обоих концах которой по разные стороны штока установлены по два подшипника качения. При этом внутренние по отношению к штоку подшипники опираются на криволинейный профиль шайбы, установленной в корпусе двигателя, а наружные по отношению к штоку подшипники опираются на поверхность криволинейного паза цилиндра. Кроме того, свободный конец штока через шлицевую втулку с конической шестерней соединен с конической шестерней кулачкового вала механизма газораспределения. 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве источника механической энергии в машиностроении и механизмах наземного, водного и воздушного транспорта, а также в мобильных и стационарных энергетических установках различного назначения.

Известны следующие конструкции бескривошипных и бесшатунных двигателей внутреннего сгорания.

Бескривошипный двигатель внутреннего сгорания согласно патенту РФ №2156871, МПК 7 F 02 В 75/26, опубл. 27.09.2000 г. содержит цилиндр, гильзу и поршень, связанный с цилиндром при помощи тел вращения, входящих в сочетание с криволинейным бесконечным пазом, выполненным на наружной поверхности поршня. На выходном валу установлена пружина, имеющая предварительное сжатие. Один конец пружины опирается на буртик выходного вала, а другой - на нижний торец юбки поршня.

Основными недостатками такого двигателя являются следующие:

- установленная в двигателе пружина лишь частично снижает значения контактных напряжений;

- на режимах частичных нагрузок ввиду установки пружины, отрегулированной под номинальный режим, происходит сбой в работе двигателя. Это объясняется тем, что для каждого режима нагрузки требуется установка пружины соответствующей жесткости.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями по патенту РФ №2117172, МПК 6 F 02 В 75/32, 75/26, 75/28, F 01 В 9/06 содержит цилиндр с криволинейными бесконечными пазами на его внутренней поверхности, поршень, связанный с цилиндром при помощи сферических тел и взаимодействующий через шестерни с выходным валом, камеру сгорания, топливную систему, механизм газораспределения, передаточный механизм. Согласно изобретению на боковой поверхности поршня выполнен бесконечный криволинейный паз, соответствующий по форме и амплитуде упомянутому пазу цилиндра, кроме того, двигатель снабжен, по крайней мере, одной дополнительной парой сферических тел, при этом все сферические тела расположены попарно диаметрально противоположно.

Недостатком данного двигателя является ограниченная надежность в связи с восприятием двигателем высоких динамических нагрузок.

Наиболее близкой к предлагаемому двигателю является конструкция бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, который содержит цилиндр с пазами на его цилиндрической поверхности, передаточный механизм, камеру сгорания, форсунку, механизм газораспределения, патент РФ №2057948, МПК 6 F 01 В 9/06, F 02 В 75/32. Согласно изобретению передаточный механизм выполнен в виде установленных в поршне роликов, взаимодействующих с пазами цилиндра, выполненными криволинейными и бесконечными неперекрещивающимися, а поршень связан со штоком, несущим шестерню, причем шток имеет возможность продольного перемещения относительно упомянутой шестерни, предназначенной для взаимодействия с шестерней выходного вала.

Изобретение решает задачу повышения надежности работы при высоких динамических нагрузках, повышения возможности форсировки (увеличения мощности) за счет увеличения рабочего хода, уменьшения механических потерь за счет снижения трения в паре поршень - цилиндр.

Основными недостатками такого двигателя являются следующие:

- значительные контактные напряжения в работе передаточного механизма снижают ресурс двигателя;

- при нецелесообразности использования двухцилиндровых двигателей в случае применения их на маломощную сельскохозяйственную технику проектирование одноцилиндрового двигателя вынуждает использовать поперечно-щелевое газораспределение, соответствующее петлевой схеме газообмена с присущим ей недостатком - ухудшением качества газообмена, при котором возникают потери свежего заряда при наполнении.

В основу предлагаемого изобретения положено решение технической задачи, заключающееся в уменьшении контактных напряжений за счет увеличения линии контакта в передающем механизме.

Решение технической задачи достигается тем, что в бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр с криволинейными пазами на его цилиндрической поверхности, передаточный механизм, камеру сгорания, механизм газораспределения, поршень со штоком, согласно изобретению поршень соединен шарнирно со штоком, расположенным на оси, на обоих концах которой по разные стороны штока установлены по два подшипника качения, при этом внутренние по отношению к штоку подшипники опираются на криволинейный профиль шайбы, закрепленной в корпусе двигателя, а наружные по отношению к штоку подшипники опираются на поверхность криволинейного паза цилиндра, кроме того, свободный конец штока через шлицевую втулку с конической шестерней соединен с конической шестерней кулачкового вала механизма газораспределения.

Особенность двигателя состоит в том, что выполнение шайбы, имеющей криволинейный профиль, позволяет увеличить линию контакта в работе передаточного механизма, тем самым значительно уменьшить значение контактных напряжений.

Конструктивная схема также обеспечивает техническое преимущество, заключающееся в том, что на концах оси можно устанавливать подшипники качения различной конструкции, способные воспринимать ударные радиальные нагрузки, как следствие, уменьшая при этом значения контактных напряжений.

Новая конструктивная схема позволяет реализовать четырехтактный цикл при изменении передаточного отношения в конической передаче и введением дополнительного кулачка в механизм газораспределения.

В предлагаемой конструкции свободный конец штока через шлицевую втулку с конической шестерней соединен с конической шестерней кулачкового вала механизма газораспределения, при котором обеспечивается щелевое газораспределение, соответствующее прямоточной клапанно-щелевой схеме, имеющей в преимуществе высокое качество газообмена.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 дан продольный разрез бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, на фиг.2 - развертка криволинейного профиля торца шайбы.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1 с криволинейными пазами, гильзу 2, поршень 3, шарнирно соединенный со штоком 4, который расположен на оси 5. На противоположных концах оси, запрессованной в штоке, установлены по два подшипника качения, причем внутренние по отношению к штоку подшипники 6 опираются на криволинейный профиль шайбы 7, установленной в корпусе 8 двигателя, а наружные по отношению к штоку подшипники 9 опираются на поверхность криволинейного паза цилиндра. В совокупности подшипники качения и криволинейный профиль шайбы представляет собой передаточный механизм. Поршень при положении в верхней мертвой точке в совокупности с цилиндром и головкой 10 с установленной свечой зажигания 11 образуют камеру сгорания 12. Свободный конец штока через шлицевую втулку 13 с конической шестерней соединен с конической шестерней 14 кулачкового вала 15 механизма газораспределения, который содержит следующие основные детали: толкатель 16, штангу 17, рычаг-коромысло 18, контргайку 19, регулировочный винт 20, втулку 21, ось коромысла 22 и клапан 23.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания работает по двухтактному циклу с прямоточной клапанно-щелевой схемой газообмена.

Принцип действия бесшатунного двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем. В процессе сгорания и расширения газы (рабочее тело), находящиеся в цилиндре, побуждают поршень к перемещению из верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. При этом нагрузка воспринимается передаточным механизмом, включающим криволинейный профиль шайбы и подшипник качения. За счет увеличения линии контакта происходит уменьшение контактных напряжений и установка второго подшипника, контактирующего с кривошипным пазом, выполненным в цилиндре, обеспечивает распределение нагрузки. Выходной вал в продольном направлении остается неподвижным, а поршень с сочлененным штоком, нижний конец которого находится в шлицевом соединении с выходным валом, имеет возможность движения вдоль вала. Таким образом, возвратно-поступательное движение поршня непосредственно преобразуется во вращательное, причем оба движения взаимно обусловлены и осуществляются одновременно. Далее вращательное движение шлицевой втулки передается на кулачковый вал механизма газораспределения посредством конической передачи. Толкатель передает штанге осевое усилие от кулачка распределительного вала. При этом толкатель боковой поверхностью воспринимает возникающие боковые усилия. Далее штанга передает усилие от толкателя на клапан через двуплечий рычаг коромысла. Перемещение поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точки обеспечивается за счет энергии, накопленной маховыми массами.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания может быть использован в качестве ДВС для транспортных машин и других мобильных и стационарных потребителей, а также насоса или компрессора для создания избыточного давления рабочего тела и транспортировки (перекачки) газов, жидкостей, взвесей, смесей, суспензий и других агентов в различных отраслях промышленности и хозяйства.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с криволинейными пазами на его цилиндрической поверхности, передаточный механизм, камеру сгорания, механизм газораспределения, поршень со штоком, отличающийся тем, что поршень соединен шарнирно со штоком, расположенным на оси, на обоих концах которой по разные стороны штока установлены по два подшипника качения, при этом внутренние по отношению к штоку подшипники опираются на криволинейный профиль шайбы, установленной в корпусе двигателя, а наружные по отношению к штоку подшипники опираются на поверхность криволинейного паза цилиндра, кроме того, свободный конец штока через шлицевую втулку с конической шестерней соединен с конической шестерней кулачкового вала механизма газораспределения.