ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B75/26 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к транспортным двигателям, и может быть использовано на транспорте и в спортивном моделизме.

Известен двигатель "Фокс 36 РХ" (Калина Иржи Двигатели для спортивного моделизма. М. : ДОСААФ СССР, 1988, с. 131).

Недостатком этого двигателя является наличие кривошипа и шатуна, вследствие чего вал расположен под углом 90^о к цилиндру, что создает громоздкость конструкции, повышенную вибрацию при работе, неудобство компановки, повышенное лобовое сопротивление.

Известна поршневая машина (заявка ФРГ 2446609, кл. F 01 B 9/06, опуб. 1976), выбранная автором в качестве прототипа, содержащая корпус, впускной канал, цилиндр с двумя прямолинейными направляющими пазами и выпускным окном, поршень с двумя поршневыми пальцами, установленный соосно с цилиндром выходной вал, на боковой поверхности которого выполнена вогнуто-выпуклая криволинейная направляющая, контактирующая с поршневыми пальцами, причем поршень установлен в цилиндре с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей переменного объема, а направляющие пазы выполнены с возможностью периодического сообщения надпоршневой и подпоршневой полостей.

Недостатком этой конструкции является то, что отсутствует активное прямое охлаждение поршня изнутри свежей рабочей смесью или воздухом, непосредственно направленными на внутреннюю часть днища поршня. В результате того, что на боковой поверхности выходного вала выполнена вогнуто-выпуклая криволинейная направляющая, ход поршня намного меньше диаметра цилиндра. Увеличение угла ската направляющей для увеличения хода поршня с целью обеспечения достаточной степени сжатия и полного сгорания топлива приводит к резкому уменьшению крутящего момента на валу машины и невозможности ее работы как двигателя внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение эффективности путем уменьшения трения, габаритов и массы двигающихся двигателей, улучшения охлаждения поршневой группы, обеспечение возможности изготовления многоцилиндровых, модульных, сверхмощных ДВС с автономно работающими двигателями-цилиндрами и использования двигателя как одноцилиндрового везде, где требуется малое лобовое сопротивление, на легких аппаратах на воздушной подушке, спортивных самолетах и дельтапланах, мотолодках, аэросанях, для спортивного моделизма.

Указанная цель достигается тем, что выходной вал выполнен с осевым каналом, впускным и выпускными радиальными отверстиями, сообщенными с осевым каналом, причем впускное отверстие выполнено с возможностью периодического сообщения с впускным патрубком, выполненным в корпусе, а выпускные отверстия и осевой канал выполнены с возможностью сообщения с подпоршневой полостью. Поршневой палец дополнительно снабжен роликом, контактирующим с направляющим пазом цилиндра, и роликом, контактирующим с криволинейной направляющей выходного вала.

При использовании поршневого ДВС как автономно работающего двигателя-цилиндра в многоцилиндровых модульных ДВС каждый двигатель установлен носком в картер, выполненный в виде герметизированных модульных секций, каждая из которых снабжена устройством для передачи крутящего момента от выходного валов двигателей-цилиндров на цилиндрические валы в модульных секциях картера, установленные с возможностью зацепления между собой.

На фиг. 1 изображен поршневой двигатель внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг. 2 - выходной вал двигателя; на фиг. 3 - поршень; на фиг. 4 - поршневой палец; на фиг. 5 - цилиндр; на фиг. 6 - сечение А-А на фиг. 5; на фиг. 7 - торец цилиндра со стороны выхода паза; на фиг. 8 - кольцо; на фиг. 9 - пути движения рабочей смеси; на фиг. 10 - бобышка на юбке поршня, продольный разрез; на фиг. 11 - разрез бобышки, вид сверху; на фиг. 12 - вариант компановки поршневых ДВС звездой в секциях картера, разрез поперек секции картера; на фиг. 13 - вариант компановки поршневых ДВС перпендикулярно основному рабочему валу, звездой в 32-цилиндровом двигателе и картере из четырех модульных секций; на фиг. 14 - вариант компановки поршневых ДВС параллельно основному рабочему валу при четырехцилиндровом варианте двигателя, вид сбоку; на фиг. 15 - вариант компановки поршневых ДВС параллельно основному рабочему валу при 4- и 8-цилиндровом исполнении двигателя.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, снабженный носком 2 с впускным патрубком 3 и крышкой цилиндра 4, цилиндр 5 с прямолинейным направляющим пазом 6, перепускными каналами 7 и выпускным окном 8, поршень 9 с перепускными окнами 10 и бобышкой 11, в которой размещен поршневой палец 12, установленный в носке 2 соосно с цилиндром 5 выходной вал 13, на боковой поверхности которого выполнена криволинейная направляющая 14, контактирующая с роликом 15 на поршневом пальце 12, поршень 9 установлен в цилиндре 5 с образованием надпоршневой 16 и подпоршневой 17 полостей переменного объема, а направляющий паз 6 выполнен с возможностью периодического сообщения надпоршневой 16 и подпоршневой 17 полостей через себя и перепускные каналы 7 цилиндра 5. Выходной вал 13 выполнен с осевым каналом 18, впускным 19 и выпускными радиальными отверстиями 20, сообщенными с осевым каналом 18, причем впускное отверстие 19 выполнено с возможностью периодического сообщения с впускным патрубком 3, выполненным в носке 2 корпуса 1, а выпускные отверстия 20 и осевой канал 18 выполнены с возможностью сообщения с подпоршневой полостью 17.

Поршневой палец 12 дополнительно снабжен роликом 21, размещенным в окне 22 бобышки 11, контактирующим с направляющим пазом 6 цилиндра 5.

Крышка цилиндра 4 выполнена со сферической камерой сгорания. Со стороны выхода направляющего паза в цилиндре 5 выполнена расточка 23, в которую вставлено кольцо 24 для предупреждения деформации и вибрации нижнего кольца цилиндра 5 при работе двигателя. При использовании поршневого ДВС как автономно работающего двигателя-цилиндра в многоцилиндровых модульных ДВС каждый двигатель-цилиндр устанавливается носком 2 в отверстие 25 модульных секций 26 картера, каждая из которых снабжена устройством 27 для передачи крутящего момента от выходных валов двигателей-цилиндров на цилиндрические валы 28 в модульных секциях 26 картера, установленных соосно с возможностью зацепления между собой.

При перемещении поршня 9 в верхнее крайнее положение к крышке цилиндра 4 ролик 21, свободно размещенный в окне 22 бобышки 11, вращаясь на поршневом пальце 12, одним концом, размещенным в бобышке 11, обкатывается по направляющему пазу 6, предотвращая проворачивание поршня 9 вокруг своей оси. Конец поршневого пальца 12, снабженный роликом 15, обкатывающимся по криволинейной направляющей 14 выходного вала 13, заставляет поршень 9 перемещаться. В подпоршневой полости 17 создается разряжение. Создава- емая разность давлений способствует поступлению рабочей смеси в подпоршневую полость 17 через впускной патрубок 3, впускное отверстие 19, в это время открытое, осевой канал 18. выпускные радиальные отверстия 20 в выходном валу 13. Струя рабочей смеси с большой скоростью, проходя по осевому каналу 18, обдувает внутреннюю часть днища поршня 9. Отражаясь от днища поршня 9, рабочая смесь обдувает стенки поршня изнутри, ролик 15 на поршневом пальце 12, криволинейную направляющую 14 выходного вала 13 и через перепускные окна 10 поршня 9 - подпоршневую полость 17 цилиндра 5. Часть рабочей смеси устремляется через выпускные радиальные отверстия 20 выходного вала 13, охлаждая внутренний подшипник выходного вала, направляющий паз 6, перепускные каналы 7 цилиндра 5, бобышку 11. При движении поршня 9 к носку 2 продолжается вращение выходного вала 13, так как поршень 9, через поршневой палец 12 снабженный роликом 15, обкатывающимся по криволинейной направляющей 14, продолжает давить на нее.

При перекрытии впускного отверстия 19 поступление рабочей смеси в подпоршневую полость 17 прекращается, она сжимается двигающимся к носку 2 поршнем 9 и по перепускным каналам 7 и направляющему пазу 6 при их открытии поршнем 9 проходит в надпоршневую полость 16, охлаждая камеру сгорания в крышке, стенки цилиндра 5 и днище поршня 9 с наружной стороны, где испытывает дальнейшее сжатие движущимся к крышке цилиндра 4 поршнем 9. Сжатая рабочая смесь воспламеняется свечой, сгоревшие газы, расширяясь, с силой давят на поршень 9 и заставляют его двигаться после прохождения ВМТ к носку 2. Давление через ролик 15 на поршневом пальце 12 передается на криволинейную направляющую 14 выходного вала 13. Ролик 15, обкатываясь по криволинейной направляющей 14, заставляет выходной вал 13 вращаться. Во время движения поршня 9 от крышки цилиндра 4 к носку 2 сначала открывается выпускное окно 8, а затем перепускные каналы 7 и направляющий паз 6 цилиндра 5.

Отработавшие газы выходят через выпускное окно 8, а через перепускные каналы 7 и направляющий паз 6 сжатая в подпоршневой полости 17 рабочая смесь устремляется в надпоршневую полость 16 и помогает выходу отработавших газов. Бобышка 11 на юбке поршня 9 свободно размещена в направляющем пазу 6 цилиндра 5. Ролик 21, свободно размещенный в окне 22 бобышки 11, вращаясь на поршневом пальце 12, од- ним концом, размещенным в бобышке 11, обкатывается по направляющему пазу 6, предотвращая проворачивание поршня 9 вокруг своей оси и трение бобышки 11 о стенки направляющего паза 6 при работе двигателя.

При использовании поршневого ДВС как автономно работающего двигателя-цилиндра в многоцилиндровых модульных ДВС вращательное движение выходных валов 13 двигателей-цилиндров передается устройствами 27 для передачи крутящего момента на цилиндрические валы 28 герметизированных модульных секций 26. Возможно изготовление многоцилиндровых двигателей с автономно работающими двигателями-цилиндрами, установленными перпендикулярно или параллельно основному цилиндрическому рабочему валу.

Двухтактный двигатель с воздушным охлаждением, с калильным зажиганием, впуск через рабочий вал, продувка Шнюрле с дополнительным каналом, рабочий объем 5,6 см³, диаметр цилиндра 20,5 мм, ход поршня 17,9 мм, длина 160 мм, диаметр головки цилиндра 45 мм, высота 52 мм, масса двигателя со стальным поршнем и чугунным цилиндром 410 г, изготовлен с помощью токарного станка и фрезерного станка.

Настоящий образец может быть использован для спортивного моделизма везде, где требуется малое лобовое сопротивление. Двигатель легко запускается, работает ровно (см. фиг. 1).

Как двигатель-цилиндр для многоцилиндровых сверхмощных, модульных, главных двигателей - на морском и речном транспорте (см. фиг. 12-15).

При отказе любого двигателя-цилиндра он автоматом перегрузки выводится из зацепления с основным рабочим валом 28, а все остальные продолжают работать. При остановке судна на ремонт двигатели-цилиндры вынимаются из картера, ставятся новые или заранее отремонтированные и судно уходит в рейс, а снятые двигатели-цилиндры ремонтируются на заводе. Результат - снижение сроков простоев на ремонте, повышение рентабельности флота. (56) Заявка ФРГ 2446609, кл. F 01 B 9/06, опубл. 1976.

Использование: в машиностроении. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус 1 с впускным патрубком 3, цилиндр 5 с направляющим пазом 6 и выпускным окном 8, выходной вал 13, установленный соосно с цилиндром 5. Вал 13 выполнен с осевым каналом 18 и впускным отверстием 19. Выпускные радиальные отверстия 20 сообщены с осевым каналом 18. Впускное отверстие 19 выполено с возможностью периодического сообщения с впускным патрубком 3. Выпускные радиальные отверстия 20 и осевой канал 18 выполнены с возможностью сообщения с подпоршневой полостью 17. На боковой поверхности выходного вала 13 выполнена криволинейная направляющая 14, контактирующая с роликом 15. Ролик 15 расположен на поршневом пальце 12. От проворачивания поршень 9 удерживается роликом 21, размещенным в бобышке 11 на поршневом пальце 12. Поршень 9 установлен в цилиндре с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей переменного объема. Конструкция позволяет использовать двигатель в многоцилиндровых модульных ДВС. 1 з. п. ф-лы, 15 ил.

1. ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус, впускной канал, цилиндр с прямолинейным направляющим пазом и выпускным окном, поршень с перепускными окнами и бобышкой, в которой размещен поршневой палец, установленный соосно с цилиндром выходной вал, на боковой поверхности которого выполнена криволинейная направляющая, контактирующая с поршневым пальцем, причем поршень установлен в цилиндре с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей переменного объема, а направляющий паз выполнен с возможностью периодического сообщения надпоршневой и подпоршневой полостей через перепускные окна поршня, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, выходной вал выполнен с осевым каналом, впускным и выпускным радиальными отверстиями, сообщенными с осевым каналом, причем впускное отверстие выполнено с возможностью периодического сообщения с впускным патрубком, выполненным в корпусе, а выпускные отверстия и осевой канал выполнены с возможностью сообщения с подпоршневой полостью. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что поршневой палец дополнительно снабжен роликом, контактирующим с направляющим пазом цилиндра, и роликом, контактирующим с криволинейной направляющей выходного вала.