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

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции бесшатунных двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства: на транспорте, тракторах и сельскохозяйственных машинах, в качестве поршневых компрессоров и насосов, мотогазогенераторов.

Известны бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания (С. С. Баландин, М. : Машиностроение, 1968 г. , с. 25 рис. 23, с. 39 рис. 40, с. 47 рис. 48) с крестообразным, Х-образным, Y-образным расположением цилиндров, содержащие картер, цилиндры, поршни со штоками, ползуны или заменяющие их шестерни коленчатые валы и др. Наличие ползунов уменьшает габариты двигателей, но усложняет конструкцию.

Известен двигатель внутреннего сгорания (авт. св. N 1134749, кл. F 02 B 75/32), содержащий параллельно установленные цилиндры с поршнями, кинематически связанны со штоками, которые взаимодействуют с шатунными шейками коленчатых валов через штоковые подшипники. Соединительные тяги кинематически связаны через роликовые подшипники с дополнительным кривошипным валом, который располагается в опорных подшипниках корпуса. На валы жестко установлены три шестерни устройства разгрузки поршней от боковых давлений на стенки цилиндров и др. Наличие коленчатого вала, дополнительного кривошипного вала увеличивает габариты двигателя и усложняет конструкцию.

Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (авт. св. N 1262074, кл. F 02 B 75/24), содержащий два поршня, жестко связанных между собой штоком и размещенных в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения, и два механизма газораспределения, каждый из которых выполнен в виде клапанов с кулачковым валом, впускного и выпускного каналов, расположенных в корпусе, двух коленчатых валов, двух тяг, соединяющих коленчатые валы, четырех упоров, в которые входят концы коленчатых валов, переднего, заднего и среднего кривошипов, шестерен и т. д.

Двигатель сложен в изготовлении, наличие коленчатых валов увеличивает его габариты по длине. Сложна также и система газораспределения.

Известен также двигатель внутреннего сгорания (авт. св. N 1281700, кл. F 02 B 75/32), содержащий картер с установленным в нем цилиндром с системой газораспределения, поршень, соединенный штоком с кулисой, снабженной направляющими, два коленчатых вала с добавочными противовесами, размещенных в картере параллельно один другому и кинематически связанных между собой с помощью шестерен для синхронного вращения в противоположные стороны, два ползуна, установленных на кривошипных шейках валов и перемещающихся по направлению кулисы в плоскостях вращения валов, кулиса выполнена в виде цилиндрического стержня, а ползуны снабжены цилиндрическими отверстиями в которых размещен стержень. Наличие двух коленчатых валов усложняет конструкцию двигателя.

Известен авиационный, двухвинтовой двигатель внутреннего сгорания, например, 16-цилиндровый (см. патент Великобритании N 400430, кл. F 02 B 75/22, опублик. 1933 г. ), содержащий корпус с боковыми крышками, выходной вал с закрепленными на нем шестернями, цилиндры, установленные в них поршни с двумя шатунами каждый, кинематически связанные с кривошипными шестернями при помощи эксцентрично установленных на них пальцев. Опоры шестерен выполнены в боковых крышках корпуса, а шестерни связаны с шестерней выходного вала. Двигатель содержит коленчатые валы, солнечную шестерню, дифференциал и т. д. Наличие двух шатунов, кинематически связанных с одним поршнем, усложняет конструкцию и увеличивает габариты двигателя.

Как известно, шатунно-поршневые, бесшатунные двигатели несмотря на постоянное совершенство конструкции по-прежнему остаются металлоемкими, кроме того, конструктивно они не имеют резервных устройств для соединения поршней с валом, смонтированных непосредственно на двигателе, для увеличения срока их службы. Сложно изготовление коленчатых валов. Двигатели имеют большую трудоемкость работ при текущих и капитальных ремонтах.

Целью изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритов бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, разработка такого соединения поршня с валом, которое дало бы возможность кроме основного устройства, иметь и резервное, смонтированного на двигателе.

Эта цель достигается тем, что поршни выполнены со штоками, взаимодействующими с дополнительными кулисами, расположенными перпендикулярно оси соответствующих цилиндров и шарнирно связанными посредством пальцев с двумя кривошипными шестернями, причем в месте крепления к шестерне кулисы связаны между собой, а в боковых крышках корпуса с двух сторон выполнены опоры кривошипных шестерен.

Двигатель дополнительно снабжен кривошипными шестернями, установленными на опорах боковой крышки корпуса с наружной стороны. Боковые крышки выполнены взаимозаменяемыми, опоры шестерен также взаимозаменяемые и съемные. На выходном валу двигателя закреплены по крайней мере две шестерни. Кулисы выполнены с одной стороны с цилиндрическими выступами, ось которых перпендикулярна оси кулисы, с другой стороны - с осевыми отверстиями, причем все кулисы соединены между собой при помощи выступов и отверстий.

На фиг. 1 изображен предлагаемый бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с крестообразным расположением цилиндров, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - продольный разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечения В-В на фиг. 1 (повернуто на 45^о); на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1 (повернуто на 45^о); на фиг. 6 - кулисы в сборе; на фиг. 7 - сечение Д-Д на фиг. 6.

Четырехтактный бесшатунный двигатель внутреннего сгорания 1 содержит корпус 2, поршни 3, выполненные со штоками 4. Дополнительные кулисы 5 расположены перпендикулярно осям цилиндров 6. Кулисы 5 шарнирно связаны посредством пальцев 7 с кривошипными шестернями 8. В местах крепления к шестерням 8 кулисы 5 связаны между собой. Кривошипные шестерни 8 закрываются боковыми крышками, передней 9 и задней 10. Передняя боковая крышка 9 на внутpенней стороне 11 содержит не съемные (выполненные заодно с крышкой) опоры 12, а на наружной стороне 13 - съемные опоры 14.

Аналогично задняя боковая крышка 10 содержит на внутренней стороне 15 несъемные опоры 16, а на наружной стороне 17 - съемные опоры 18 кривошипных шестерен 8. Опоры обеих крышек 9 и 10 равны числу цилиндров 6 двигателя 1 и расположены на одинаковых расстояниях друг от друга под равными углами. Двигатель 1 содержит дополнительные кривошипные шестерни 19, которые установлены на опорах 14 и 18 боковых крышек 9 и 10, например, с наружной стороны, 13. Боковые крышки 9 и 10 выполнены взаимозаменяемыми. Опоры 14 и 18 съемные и также взаимозаменяемые. Двигатель 1 содержит выходной вал 20, на котором закреплены рабочая шестерня 21, находящаяся в постоянном зацеплении с кривошипными шестернями 8, и резервная дополнительная шестерня 22. Кулисы 5 содержат с одной стороны цилиндрические выступы 23, ось которых перпендикулярна оси кулисы 5, а с другой стороны - осевые отверстия 24. Все кулисы 5 соединены между собой при помощи выступов 23 и отверстий 24. Кулисы 5 соединяются с поршнями 3 при помощи поршневых штоков 4 через штоковые отверстия 25 с возможностью свободного вращения вокруг горизонтальных осей кривошипных шестерен 8 и перемещения в отверстиях 25 штоков 4 при возвратно-поступательном движении поршней 3 и вращательном движении выходного вала 20. К корпусу 2 крепятся направляющие 26 поршневых штоков 4.

Дополнительные кривошипные шестерни 19 содержат дополнительные кулисы 27. Опоры 14 передней боковой крышки 9 и опоры 18 задней боковой крышки 10 закрываются кожухами 28. Боковые крышки 9 и 10 крепятся к корпусу 2 болтами 29. Двигатель 1 содержит систему газораспределения, состоящую из впускных окон 30 и выпускных (продувочных) окон 31, а также впускные трубопроводы 32 и выпускные трубопроводы 33, отлитые заодно с корпусом 2 двигателя 1 и расположенные в рубашке жидкостного охлаждения 34. Впускные трубопроводы 32 содержат патрубки 35 для крепления впускной трубы и карбюратора (на чертеже не показаны). Выпускные трубопроводы 33 содержат патрубки 36 для крепления трубы глушителя (на чертеже не показана). Цилиндры 6 закрываются головками 37 и содержат свечи 38. Двигатель может соединяться с вторым модулем 39 при помощи болтов 40 и шлицов 41 выходного вала 20 первого модуля 1 и выходного вала 42 второго модуля 39. Валы 20 и 42 опираются на подшипники 43, смонтированные в крышках 9 и 10.

Четырехтактный бесшатунный двигатель внутреннего сгорания 1 работает следующим образом.

При совершении термодинамического процесса в цилиндрах 6 усилие расширяющихся газов передаются на поршни 3, поршневые штоки 4, кулисы 5. Кулисы 5 передают усилия на пальцы 7, пальцы 2 на кривошипные шестерни 8. Шестерни 8 начинают вращаться против часовой стрелки. Усилия от шестерен 8 через зубья передаются на шестерню 21 выходного вала 20. Шестерня 21 совместно с валом 20 вращается по часовой стрелке. Двигатель работает. Порядок работы 1-3-4-2. Ход поршней 3 от ВМТ до НМТ при повороте кривошипных шестерен 8 на 180^о равен диаметру окружности шестерен 8, проходящей через центры пальцев 7.

В случае выхода из строя шестерен 8, кулис 5, пальцев 17 или шестерни 21 неисправные детали демонтируются. Передняя крышка 9 разворачивается на 180^о и устанавливается на место задней крышки 10, а задняя крышка 10 - на место передней 9 крышки.

Вместо вышедших из строя деталей к поршням 1 подсоединяются дополнительные исправные детали: шестерни 19 и кулисы 28. При необходимости меняются съемные опоры 14 и 18.

Замена шатунных шеек коленчатого вала опорами и передача крутящего момента при помощи шестерен значительно упрощает конструкцию двигателя, уменьшает его габариты, металлоемкость, трудоемкость при работе. Наличие дополнительных деталей непосредственно на двигателе создает благоприятные условия для увеличения ходимости двигателей. Конструкция позволяет строить модули двигателей и соединять их между собой для увеличения мощности. Металлоемкость двух спаренных модулей предлагаемой конструкции примерно в 2 раза меньше металлоемкости, например, двигателей ЗИЛ-130, ЗИЛ-375 при тех же параметрах. (56) Патент Великобритании N 400340, кл. F 02 B 75/22, опублик. 1933.

Использование: в машиностроении, позволяет уменьшить габариты и металлоемкость двигателя. Сущность изобретения: опоры шестерен расположены на внутренних и наружных сторонах крышек двигателя. Одни опоры съемные и взаимозаменяемые, а на другие свободно посажены рабочие шестерни, находящиеся в постоянном зацеплении с шестерней вала. К рабочим шестерням посредством пальцев эксцентрично прикреплены кулисы, собранные между собой при помощи выступов и отверстий. Кулисы взаимодействуют со штоками поршней. На опорах, расположенных на наружной стороне крышки дополнительно смонтированы шестерни с кулисами. Вал содержит резервную шестерню. 4 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. БЕСШАТУННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с боковыми крышками, выходной вал с закрепленной на нем по крайней мере одной шестерней, цилиндры, установленные в них поршни, кинематически связанные с кривошипными шестернями при помощи эксцентрично установленных на них пальцев, причем опоры шестерен выполнены в боковых крышках корпуса, а шестерни связаны с шестерней выходного вала, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и уменьшения габаритов, поршни выполнены со штоками, взаимодействующими с дополнительными кулисами, расположенными перпендикулярно оси соответствующих цилиндров и шарнирно связанными посредством пальцев с двумя кривошипными шестернями, причем в месте крепления к шестерне кулисы связаны между собой, а в боковых крышках корпуса с двух сторон выполнены опоры кривошипных шестерен. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен кривошипными шестернями, установленными на опорах боковой крышки корпуса с наружной стороны. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что боковые крышки корпуса выполнены взаимозаменяемыми, а опоры шестерен - съемными и взаимозаменяемыми. 4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на выходном валу закреплены по крайней мере две шестерни. 5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что кулисы выполнены с одной стороны с цилиндрическими выступами, ось которых перпендикулярна оси кулисы, с другой стороны - с осевыми отверстиями, причем все кулисы соединены между собой при помощи выступов и отверстий.