ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B75/32 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с кулачковой поверхностью, вращающийся блок цилиндров, жестко соединенный с выходным валом, поршни, установленные в цилиндрах и взаимодействующие с кулачковой поверхностью. На кулачковой поверхности выполнены участки поверхности, обеспечивающие остановку поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) и нижней мертвой точке (НМТ), что дает возможность проведения процесса сгорания топлива при постоянном объеме, позволяя произвести более полное сгорание топлива и снижая потери тепла в стенки цилиндра. Остановка поршня в НМТ обеспечивает проведение более качественного наполнения цилиндра. Указанные выше особенности позволяют повысить экономичность двигателя и улучшить его экологические показатели. Однако, наличие вращающего блока цилиндров затрудняет практическую реализацию двигателя в связи с большими конструктивными и технологическими сложностями для обеспечения надежной работы системы газораспределения, подачи топлива и смазки во вращающийся блок цилиндров.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с цилиндpами, поршни с шатунами, установленные в цилиндрах, коромысло с роликом, первый кулачок, установленный на выходном валу и взаимодействующий с роликом коромысла, второй кулачок, кинематически связанный с первым кулачком с возможностью их совместного вращения в одном направлении и с возможностью взаимодействия с коромыслом. На кулачках выполнены участки поверхностей, обеспечивающих остановку в ВМТ.

Указанный двигатель принят за прототип.

Недостатком прототипа является неудачное расположение кулачков по разные стороны от коромысла, что создает значительные нагрузки на срез, деформирующие плечо коромысла, и приводят к снижению надежности работы и долговечности, при этом в прототипе отсутствуют кулачковые поверхности, обеспечивающие остановку поршня в НМТ.

Целью изобретения является повышение надежности работы и повышение экономичности работы путем остановки поршня в НМТ для более качественного наполнения или продувки цилиндров.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с цилиндрами, поршни с шатунами, установленные в цилиндрах, коромысло с роликом, установленное на оси в корпусе, стержень, один конец которого жестко соединен с плечом коромысла, а второй шарнирно связан с шатуном поршня, выходной вал с первым кулачком, второй кулачок, кинематически связанный с первым кулачком с возможностью совместного вращения в одном направлении и с возможностью взаимодействия с коромыслом, причем ролик коромысла установлен с возможностью взаимодействия с первым кулачком, а кулачки выполнены с участками поверхностей, взаимодействующими с коромыслом, с возможностью остановки поршня в районе верхней мертвой точки, а двигатель снабжен дополнительным роликом, коромысло выполнено двуплечим, причем дополнительный ролик установлен на втором плече коромысла с возможностью взаимодействия со вторым кулачком, а первый и второй кулачки выполнены с участками поверхностей, взаимодействующими с коромыслом с возможностью остановки поршня в нижней мертвой точке, а оси вращения кулачков размещены по одну сторону от коромысла.

При этом первый и второй кулачки установлены соосно, плечи коромысла образуют между собой острый угол со стороны оси вращения кулачков, а стержень образует с первым плечом коромысла острый угол.

Кроме того, оси вращения первого и второго кулачков расположены на прямой, перпендикулярной оси цилиндров, причем плечи коромысел образуют угол, не превышающий 180^о, но больший 90^о со стороны осей вращения кулачков, а участки поверхностей кулачков, обеспечивающие остановку поршней, выполнены с возможностью остановки поршня в пределах 20-30^о угла поворота выходного вала.

Анализ известных и предложенного технического решения позволяет сделать вывод о соответствии предложения критериям "новизна", "промышленная применимость" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан пример конкретного выполнения двигателя с соосным расположением кулачков; на фиг. 2 - пример конкретного выполнения двигателя с параллельными осями вращения кулачков.

Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с цилиндрами 1, поршень 2 с шатунами 3. Двуплечее коромысло содержит первое плечо 4 и второе плечо 5. К первому плечу 4 одним концом жестко присоединен стержень 6, вторым концом стержень 6 шарнирно соединен с шатуном 3. На первом плече 4 коромысла установлен ролик 7, а на втором плече 5 - дополнительный ролик 8. На выходном валу 9 установлен первый кулачок 10, взаимодействующий с роликом 7 первого плеча 4 коромысла. Второй кулачок 11 кинематически связан с первым кулачком 10, с возможностью совместного вращения в одном направлении. В одном примере конкретного выполнения (см. фиг. 1) второй кулачок 11 устанавливается соосно первому кулачку 10 на одном валу 9. Причем второй кулачок 11 может быть выполнен в виде двух дисков эксцентрично соединенных с валом, дисками второго кулачка (не показано). Плечи 4 и 5 в этом случае составляют острый угол.

Второй кулачок 11 может быть установлен на дополнительном валу 12, причем ось вращения выходного вала 9 и дополнительного вала 12 параллельны между собой и могут быть расположены на линии, перпендикулярной оси цилиндра (см. фиг. 2), но линия, соединяющая оси вращения указанных валов, может составлять с осью цилиндров угол, отличный от 90^о (не показано). Валы 9 и 12 могут быть связаны любой передачей (шестеренчатой, ременной и т. д. ), обеспечивающей их совместное вращение в одном направлении. На кулачках 11 и 10 выполняются участки поверхностей, обеспечивающих остановку поршня в ВМТ и НМТ в пределах 20-30^о угла поворота выходного вала 9. Причем, указанный интервал остановки поршней может быть реализован и после мертвых точек, и несколько не доходя до последних. Участки поверхностей, обеспечивающие остановку поршня, могут быть сопряжены поверхностями, обеспечивающими наиболее оптимальный закон перемещения поршня в зависимости от особенностей рабочего процесса двигателя. На фиг. 2 показано выполнение коромысла, когда плечи 4 и 5 составляют угол равный 180^о.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Поршни 2, под воздействием продуктов сгорания, передают усилие через шатуны 3, стержень 6 на плечи 4 и 5 коромысла. Плечи 4 и 5 воздействуют через соответствующие ролики 7 и 8 на кулачки 10 и 11, заставляя их поворачиваться совместно с выходным валом 9. При этом, поршни 2 останавливаются в ВМТ и НМТ, что обеспечивает наиболее оптимальное сгорание топлива и наиболее оптимальный процесс наполнения или продувки. Отсутствие дополнительных нагрузок на плечи коромысел повышает надежность работы предложенного двигателя по сравнению с прототипом. Плечи 4 и 5 коромысла предпочтительно могут составлять угол α в зависимости от расположения осей валов 9 и 12 в пределах 90-180^о. (56) Патент США N 3687117, кл. F 02 B 57/00, 1972.

Патент Великобритании N 1115147, кл. F 02 B 75/32, 1968.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус с цилиндрами 1, поршни 2 с шатунами 3. Коромысло установлено на корпусе и содержит первое плечо 4 с роликом 7 и второе плечо 5 с дополнительным роликом 8. Ролики 7 и 8 взаимодействуют соответственно с первым кулачком 10, установленным на выходном валу 9, и вторым кулачком 11, кинематически связанным с первым кулачком 10 с возможностью их совместного вращения в одном направлении. На кулачках выполнены поверхности, обеспечивающие остановку поршней в ВМТ и НМТ в пределах 20 - 30 град. угла поворота выходного вала 9. Оси вращения кулачков 10 и 11 расположены по одну сторону от коромысла. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с цилиндрами, поршни с шатунами, установленные в цилиндрах, коромысло с роликом, установленное на оси в корпусе, стержень, один конец которого жестко соединен с плечом коромысла, а второй шарнирно связан с шатуном поршня, выходной вал с первым кулачком, второй кулачок, кинематически связанный с первым кулачком с возможностью совместного вращения в одном направлении и с возможностью взаимодействия с коромыслом, причем ролик коромысла установлен с возможностью взаимодействия с первым кулачком, а кулачки выполнены с участками поверхностей взаимодействующими, с коромыслом с возможностью остановки поршня в районе верхней мертвой точки, отличающийся тем, что двигатель снабжен дополнительным роликом, коромысло выполнено двуплечим, причем дополнительный ролик установлен на втором плече коромысла с возможностью взаимодействия с вторым кулачком, первый и второй кулачки выполнены с участками поверхностей, взаимодействующими с коромыслом с возможностью остановки поршня в нижней мертвой точке, а оси вращения кулачков размещены по одну сторону от коромысла. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй кулачки установлены соосно, плечи коромысла образуют между собой острый угол со стороны оси вращения кулачков, а стержень образует с первым плечом коромысла острый угол. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что оси вращения первого и второго кулачков расположены на прямой, перпендикулярной к оси цилиндров, причем плечи коромысел образуют угол, не превышающий 180^o, но больший 90^o, со стороны осей вращения кулачков. 4. Двигатель по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что участки поверхностей кулачков, обеспечивающие остановку поршней, выполнены с возможностью остановки поршня в пределах 20 - 30^o угла поворота выходного вала.