Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания содержит картер (7), цилиндры (1) с поршнями (2), шатуны (3), коленчатый вал (4), всасывающие и выпускные клапаны (5), размещенные на головке цилиндров (6), силовой вал (8), вторичные шатуны (11) и цепную передачу (13). На силовой вал (8) установлены диски храповых механизмов (9) и коромысла (10). Шатуны (3) шарнирно соединены с поршнями (12) и коленчатым валом (4). Вторичные шатуны (11) шарнирно соединены с коромыслами (10) и крышками (12) нижних головок шатунов. Цепная передача (13) расположена между коленчатым (4) и силовым (8) валами. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия и долговечности двигателям. 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, который состоит из следующих основных частей: цилиндра, в котором перемещается поршень; всасывающего и выпускного клапанов, размещенных на головке цилиндра; картера; коленчатого вала. Мотылевая шейка коленчатого вала шарнирно соединена с нижней головкой шатуна, а поршень посредством поршневого пальца - с верхней головкой. Е.Н.Сапожников "Двигатели внутреннего сгорания." Издание второе, исправленное и дополненное. Издательство "Техника", Киев. 1968, стр.5.

В таких двигателях полезная мощность (крутящий момент) снимается с коленчатого вала - наиболее ответственной и сложной детали, срок службы которой в основном определяет долговечность двигателя. Энергия сгораемого топлива в цилиндре при рабочем ходе поршня действует на него при движении поршня от верхней мертвой точки (в.м.т.) до нижней мертвой точки (н.м.т.) - в секторе от 0° до 180° поворота коленчатого вала. При этом в процессе его вращения плечо (А) крутящего момента меняется по синусоидальному закону: А=RSin(0°-180°), где R - радиус вращения мотылевой шейки коленчатого вала. Фиг.1 кривая (а).

Однако энергия (сила), полученная от сгораемого топлива внутри цилиндра, мало эффективна в начале рабочего хода поршня из-за малой длины плеча действующей силы (малого угла поворота коленчатого вала), значительная часть которой бесполезно расходуется на реакции опор и силы трения, вызывающих износ шеек коленчатого вала, что снижает кпд и долговечность двигателя.

Сущность изобретения как технического решения выражается в улучшении процесса преобразования тепловой энергии в механическую работу и условий работы коленчатого вала. Технический результат - повышение кпд и долговечности двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере картер, четыре цилиндра с поршнями, шатуны, шарнирно соединеные с поршнями и коленчатым валом, всасывающие и выпускные клапаны, размещенные на головке цилиндров, в его картере дополнительно размещены силовой вал с установленными на нем дисками храповых механизмов и коромыслами, вторичные шатуны, шарнирно соединенные с коромыслами и крышками нижних головок шатунов, и цепная передача между коленчатым и силовым валами.

В описании изобретения используются прилагаемые чертежи.

Фиг.1 показывает графики изменения плеча (А) крутящего момента в процессе рабочего хода поршня от в.м.т. до н.м.т.:

кривая (а) - при снятии полезной мощности с коленчатого вала;

кривая (b) - при снятии полезной мощности с силового вала.

Фиг.2 - схема устройства описываемого четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель содержит четыре цилиндра 1 с поршнями 2, шатуны 3, шарнирно соединение с поршнями и коленчатым валом 4, всасывающие и выпускные клапаны 5, размещенные на головке цилиндров 6. В картере 7 размещены силовой вал 8 с установленными на нем дисками храповых механизмов 9 и коромыслами 10, вторичные шатуны 11, шарнирно соединенные с коромыслами и крышками 12 нижних головок шатунов, и цепная передача 13 между коленчатым и силовым валами.

Взаимодействие этих деталей обеспечивает перераспределение движущей силы с коленчатого вала на силовой вал, действующей на него в секторе от 45° до 135° поворота силового вала. При этом в процессе его поворота плечо крутящего момента меняется по закону:

А=LSin(45°-135°), где L - радиус качания коромысла.

,

следовательно,

А=1,41 R Sin(45°-135°), Фиг.1 кривая (b).

Сравнительный анализ изменения плеча крутящего момента (Фиг.1) показывает, что в процессе всего рабочего хода поршня плечо крутящего момента меняется в диапазоне размеров: R÷1,41 R÷R, вместо О÷R÷О, что уменьшает бесполезный расход энергии на реакции опор и силы трения в начале рабочего хода поршня и в результате улучшается процесс преобразования тепловой энергии в механическую работу (кпд), а также долговечность двигателя, так как коленчатый вал разгружен и выполняет функцию промежуточного кинематического звена, что уменьшает износ шеек коленчатого вала и упрощает технические требования к его изготовлению.

Описываемый двигатель работает следующим образом. Полезная мощность (крутящий момент) снимается с силового вала, вращение которого обеспечивается поочередным (по числу цилиндров) воздействием на него (через 90°поворота) храповых механизмов. Диски храповых механизмов жестко закреплены на силовом валу и зацепление их с коромыслами обеспечивается в момент нахождения в в.м.т. того поршня, который начинает рабочий ход.

При этом обороты силового вала в 2 раза меньше оборотов коленчатого вала.

Гарантированное срабатывание храпового механизма в момент нахождения поршня в в.м.т. (начинающего рабочий ход) обеспечивается углом качания коромысла, равным:

где D - диаметр диска храпового механизма.

При этом зазор между опорной поверхностью диска и собачкой храпового механизма равен 1±0,2 мм независимо от диаметра диска.

Надежная синхронная работа кривошипно-шатунного и храпового механизмов обеспечивается цепной передачей (свободной от основной нагрузки в режиме работы двигателя) между коленчатым и силовым валами с передаточным числом i=2, исключающей возможность рассогласования вращения коленчатого и силового валов, при воздействии на силовой вал крутящего момента со стороны нагрузки.

Реализация описанного изобретения может быть осуществлена путем конструктивной доработки любого четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, имеющего не менее четырех цилиндров, согласно схеме устройства, изображенной на чертеже (Фиг.2).

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере картер, четыре цилиндра с поршнями, шатуны, шарнирно соединенные с поршнями и коленчатым валом, всасывающие и выпускные клапаны, размещенные на головке цилиндров, отличающийся тем, что в его картере дополнительно размещены силовой вал, с установленными на нем дисками храповых механизмов и коромыслами, вторичные шатуны, шарнирно соединенные с коромыслами и крышками нижних головок шатунов, и цепная передача между коленчатым и силовым валами.