Двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель состоит из двух оппозитных цилиндров, штока, связанного с двумя поршнями, и вала отбора мощности. На середине штока выполнена проточка с заплечиками, служащими упором подшипника ведущего пальца, который приводит во вращение диск-маховик. На штоке, перпендикулярно ему, посредством разъемного подшипника установлен ведущий палец, соединенный одним концом с диском-маховиком через встроенную в диск качающуюся втулку. Другой конец пальца свободно осуществляет движение вместе со штоком. Диск-маховик крепится в торцевой стенке картера на подшипнике, а его хвостовик может являться валом отбора мощности. Если на валу диска установлена шестерня, то через нее приводится во вращение вал, хвостовики которого одновременно передают основную и вспомогательную мощности. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам двух- и четырехтактных двигателей внутреннего сгорания, и может применяться на ряде различных механизмов (двигатели плавсредств, мотосани, косилки, циркулярные пилы, различные насосы, генераторы, конвейеры различные тележки, дельтопланы и др.)
Известен двигатель внутреннего сгорания (1) с рычажным приводом, имеющий противоположно движущие рабочие органы и позволяющий снизить механические потери в цилиндропоршневой паре и инерционные нагрузки в механизме двигателя.
Однако такой двигатель имеет достаточно сложную кинематическую схему.
Задачей настоящего изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания без использования кривошипно-шатунного механизма, используемого в качестве быстромонтируемого малогабаритного и многоцелевого механического привода.
Поставленная задача решается созданием двух- или четырехтактного двухцилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания, состоящего из двух цилиндров, штока с двумя поршнями, приводного пальца, подшипников, вала отбора мощности, хвостовика, диска-маховика, картера, отличающегося тем, что цилиндры расположены оппозитно, а поршни связаны одним штоком, на середине которого выполнена проточка с заплечиками, служащими упором подшипника ведущего пальца, приводящего во вращение диск-маховик.
При этом перпендикулярно к штоку посредством разъемного подшипника установлен ведущий палец, соединенный одним концом с диском-маховиком через встроенную в диск качающуюся втулку, а другой конец пальца свободно осуществляет движение вместе со штоком.
Кроме того, диск-маховик крепится в торцевой стенке картера на подшипнике, а его хвостовик может являться валом отбора мощности, а если на валу диска установлена шестерня, то через нее приводится во вращение вал, хвостовики которого одновременно передают основную и вспомогательную мощности.
Конструкция двухтактного двухцилиндрового двигателя с рабочим объемом 0,4 л представлена на фиг.1, 2, кинематическая схема двигателя с отбором мощности от ведомого диска-маховика - на фиг.3, кинематическая схема с валом отбора мощности, приводимым во вращение от ведомого диска через пару шестерен с передаточным отношением 2:1 и двумя рабочими хвостовиками, - на фиг.4, кинематическая схема четырехцилиндрового двигателя с приводом вала от дисков-маховиков, расположенных по одну сторону двигателя - на фиг.5, по обе стороны двигателя - на фиг.6, схема с приводом вала через коническую шестерню от спаренных дисков-маховиков - на фиг.7, кинематическая схема восьмицилиндрового двигателя с приводом вала отбора мощности через две шестерни двух спаренных дисков с отношением 2:1 - на фиг.8, где
1 - крышка цилиндра, 2 - поршень, 3 - шток, 4 - рубашка цилиндра, 5 -подшипник, 6 - втулка, 7 - диск-маховик, 8 - ведущий палец, 9 - подшипник пальца, 10 - упоры штока, 11 - подшипник штока, 12 - крепление подшипника, 13 -крепление втулки, 14 - вал отбора мощности, 15 - корпус картера, 16 - шестерня ведущая, 17 - шестерня ведомая, 18 - вал рабочий, 19 - хвостовик, 20 - шестерня ведущая, 21 - шестерня ведомая, 22 - подшипник вала спаренных дисков маховиков, 23 - вал спаренных дисков-маховиков.
Шток 3 (фиг.2) запрессовывается в поршень 2 либо отливается вместе с двумя поршнями заодно из одного сплава. Таким образом, конструктивно шток 3 выполнен круглым и может быть полым, разгружен от изгибающих моментов двумя опорами в виде двух узких подшипников скольжения и испытывает, в основном, нагрузки только от сжатия. На середине штока 3 делается проточка с заплечиками для посадки разъемного подшипника 9 ведущего пальца 8.
Ведущий палец 8 имеет круглое сечение по всей длине и выполнен полым внутри для улучшения теплоотдачи. К штоку 3 ведущий палец 8 крепится при помощи подшипника 9, что позволяет осуществлять колебание пальца 8 относительно оси штока 3 и передавать усилие штока 3 диску 7.
Передача этого усилия осуществляется через упоры-заплечики 10, которые через торцевые стенки подшипника 9 через палец 8 передают усилие вращающего момента к диску-маховику 7.
Второй конец пальца 8, входящий в качающуюся втулку 6, с посадкой скольжения обрабатывается под соответствующий класс точности и чистоты.
Втулка 6 конструктивно представляет собой шар из стали или оловянистой бронзы с отверстием под палец 8. В диске-маховике 7 и в прижимной детали протачивается кольцевая канавка радиусом, равным радиусу шара втулки 6. Втулка 6 имеет возможность совершать колебательные движения на угол не меньше 30° от нейтрали во все стороны и одновременно передавать усилия вращающего момента от пальца 8 диску 7. Прижимная деталь крепится к диску 7 болтами (фиг.1, 2, поз.6, 7, 8, 9, 13).
Так как закрепленное основание пальца 8 одновременно совершает возвратно-поступательное и колебательное движения, а второй конец пальца 8, совершающий вращательное движение, не защемлен, то вращающий момент, прилагаемый к ведомому диску 7, меняясь по величине, не меняется по направлению и не вызывает дополнительных побочных усилий.
На фиг.3 представлен вариант расположения деталей, когда основная мощность снимается непосредственно с хвостовика 14 вала диска-маховика 7. Такая компоновка имеет значение в случае минимального веса механизма, например в мотодельтапланах.
На фиг.4 представлен вариант компоновки деталей двигателя, когда вал отбора мощности 18 приводится во вращение через шестерню 16, установленную на валу 14 диска 7.
Вал 18 проходит через картер 15 и имеет хвостовики 19 с обеих сторон двигателя. С одного снимается основная мощность, а с другого - мощность для привода навесных механизмов.
Такие кинематические схемы двухцилиндровых двигателей позволяют при их минимальном весе снимать мощность до 50 л.с. и более.
Для исполнительных механизмов, требующих более мощного двигателя, используется схема четырех- или двухтактного четырехцилиндрового исполнения (фиг.6). При этом ко второй паре поршней 2 добавляется второй ведомый диск с шестерней, который с первым соединяется одним валом 18.
В зависимости от условий эксплуатации и требований к охлаждению расположить приводные диски можно либо, как показано на фиг.6, либо на одной торцевой стенке картера 15 (фиг.5).
Картер 15 прост по отливке, не имеет поддона, а его разборка происходит через верхнюю или нижнюю крышки, на одной из которых установлены приливы-фундаменты крепления подшипников, разгружающих шток 3.
Вариант компоновки (фиг.7) позволяет значительно уменьшить размеры картера 15, что достигается путем установки спаренных дисков-маховиков 7 на одном валу 23. Вал отбора мощностей 14 приводится во вращение конической шестерней 20, установленной на валу дисков 23.
Кинематическая схема (фиг.8) с двумя спаренными на двух валах 23 дисками-маховиками 7 оптимально вписывается при компоновке восьмицилиндрового двигателя. В результате получается два блока из четырех цилиндров, каждый из которых работает на свой спаренный диск.
На валах дисков 7 установлены по одной цилиндрической шестерне 20, которые являются ведущими и приводят во вращение вал отбора мощности через ведомую шестерню 21 вала 18 с передаточным отношением 2:1. Вал 18 выходит в обе стороны и служит приводом как основного механизма, так и вспомогательных. Описанная компоновка достаточно компактна и имеет габаритные размеры 400×460×380 мм.
Мощность двухтактного двухцилиндрового МПГ варьируется в достаточно широком диапазоне от 4 до 50 л.с., не выходя за предъявленные требования к весу и габаритам. Высокий КПД у МПГ складывается из высокого механического КПД, из более эффективной и равномерной передачи сил, создающих вращательный момент, и из современных разработок в области ДВС по улучшению подготовки и сгорания топлива.
Все детали, ввиду новой кинематической схемы, несут ограниченное воздействие сил.
Цилиндропоршневая группа и ведомый диск-маховик работают в более льготном режиме, а значит, меньше подвержены износу по сравнению с традиционными деталями ДВС.
Компактность, малый вес и достаточная мощность позволяют использовать МПГ в самом широком диапазоне механизмов не только в сельском хозяйстве, но и как привод воздушных винтов мотодельтапланов, как быстросменные приводы мопедов, мотороллеров и мотоциклов, подвесных моторов лодок и др. Привлекательным является то, что достаточно мощный подвесной мотор трудно отнести одному и поставить на лодку, а по отдельности отнести стойку с валом, редуктором и винтом, приводом не составит труда.
Применение разработки позволило упростить обслуживание механизмов, повысить их надежность и ремонтопригодность.
Литература
1. Патент РФ №2019722, 1994 г.
1. Двигатель внутреннего сгорания, состоящий из двух цилиндров, штока с двумя поршнями, приводного пальца, подшипников, вала отбора мощности, хвостовика, диска-маховика, картера, при этом цилиндры расположены оппозитно, а поршни связаны одним штоком, на середине которого выполнена проточка с заплечиками, служащими упором подшипника ведущего пальца, установленного перпендикулярно штоку, при этом основание пальца крепится к штоку с возможностью осуществления колебания пальца относительно оси штока, а конец пальца входит с возможностью скольжения в отверстие выполненной в виде шара качающейся втулки, встроенной в диск-маховик с возможностью передачи ему вращения, отличающийся тем, что крепление пальца к штоку выполнено посредством разъемного подшипника.
2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что диск-маховик крепится в торцевой стенке картера на подшипнике, а его хвостовик является валом отбора мощности.
3. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что на валу диска установлена шестерня, через которую приводится во вращение вал, а хвостовики вала одновременно передают основную и вспомогательную мощности.
