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

Изобретение относится к поршневым машинам, в частности к двигателям внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное рабочего вала, преимущественно с двухрядным расположением цилиндров.

Известен двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования движения и двухрядным наклонным расположением цилиндров, содержащий корпус, два кривошипа, штоки, соединенные с поршнями и коленчатым валом, соединительный вал, синхронизирующий вращение кривошипов.

Недостатком этого двигателя являются повышенные габариты из-за наклонного и смещенного вдоль продольной оси корпуса расположения пар соосных цилиндров и неудовлетворительная экономичность, свойственная рабочему процессу с принудительным зажиганием рабочей смеси. Достоинством его являются высокий механический КПД и в 1,5 раза меньшие габариты по сравнению с аналогичными двигателями с кривошипно-шатунным механизмом.

Известен также двухрядный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, наклонно расположенные цилиндры, привод двух групп поршней со сдвигом по фазе с помощью коленчатых валов двух кривошипно-шатунных механизмов, общую для пары цилиндров камеру сгорания и принудительное зажигание рабочей смеси.

Недостатком этого двигателя являются неудовлетворительные габариты и низкий механический КПД, достоинством - хорошая топливная экономичность (на уровне дизелей с камерой сгорания в поршне) и развиваемая высокая литровая мощность.

Цель изобретения - уменьшение габаритов и повышение экономичности двигателя внутреннего сгорания.

Указанная цель достигается тем, что в двигателе, содержащем корпус, по меньшей мере два цилиндра с размещенными в них с образованием надпоршневых камер поршнями, механизм преобразования движения, выполненный в виде двух параллельно расположенных валов с цапфами, коленами и щеками, синхронизированных между собой при помощи шестерен, причем каждый из валов связан с одним из поршней, надпоршневые камеры сообщены между собой перепускным каналом, поршни смещены по ходу их движения один относительно другого, а в одной из камер установлено средство воспламенения заряда, согласно изобретению механизм преобразования движения выполнен бесшатунным в виде установленных в корпусе опорных шеек со щеками, в которых эксцентрично оси шейки выполнены отверстия, в последних свободно установлены цапфы валов, а каждый вал снабжен балансиром, установленным на его колене с возможностью возвратно-поступательного движения в направляющих корпуса, расположенных в плоскости осей валов и выполненных в виде цилиндра. Величина хода поршней, величина смещения поршней и величина смещения центра тяжести каждого балансира от оси колена вала, на котором установлен балансир, выбраны с учетом имеющихся ограничений в размещении балансиров и в получении устойчивого и эффективного процесса сгорания топлива.

Эффект уменьшения габаритов и улучшения экономичности достигается за счет применения компактного механизма преобразования движения и обеспечения эффективного сгорания топлива.

На фиг. 1 схематично изображен поперечный разрез четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания предлагаемой конструкции; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Двигатель содержит две пары цилиндров, расположенных вертикально двумя параллельными рядами 1 и 2 вдоль продольной оси корпуса. Два цилиндра, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса, имеют общую камеру сгорания в виде двух цилиндров большого и минимального объемов, соединенных тангенциально направленным каналом 3.

Камера сгорания большого объема содержит свечу 4 зажигания с форсункой (не показана). При необходимости форсунка может быть установлена и в камере сгорания минимального объема.

Параллельно продольной оси корпуса располагается бесшатунный механизм преобразования движения, содержащий четыре поршня 5, четыре штока 6 с подшипниковыми головками 7, два вала 8 с цапфами, коленами и щеками, два балансира 9, четыре опорные шейки 10 и 11 со щеками и шестерни 12, 13, 14 и 15 для синхронизации вращения опорных шеек с помощью одного соединительного вала 16.

На каждой опорной шейке смонтированы противовесы 17. Два балансира 9 совершают возвратно-поступательное движение в плоскости расположения осей валов в направляющих 18, выполненных в виде цилиндра.

Поршни цилиндров ряда 2 смещены по ходу их движения относительно поршней ряда 1 на определенную величину для осуществления перетекания в необходимом количестве воздуха во время процесса сгорания в камеру сгорания большого объема. Изменением величины и эффективность процесса сгорания топлива.

Двигатель работает следующим образом.

Рабочий процесс осуществляется в двух парах цилиндров по четырехтактному циклу. Воспламенение топлива в соседних парах цилиндров чередуется через 360^о поворота опорных шеек. Впрыск топлива форсункой в камеру сгорания большого объема осуществляется из расчета для двух цилиндров в начале сжатия воздуха. Зажигание топлива осуществляется свечой 4 до прихода поршня ряда 1 в верхнюю мертвую точку. После прохождения поршнем мертвой точки начинается перетекание воздуха по каналу 3 из цилиндра ряда 2, который интенсивно турбулизирует переобогащенную горящую смесь в камере сгорания большого объема, обеспечивая ее быстрое и полное сгорание. Процесс сгорания топлива заканчивается, когда поршень цилиндра ряда 2 придет в верхнюю мертвую точку.

Образующиеся при сгорании газы создают давление на поршни двух рядов цилиндров и через штоки 6 и их подшипниковые головки 7 передают усилие на шейки колен двух валов 8 и далее на опорные шейки 10 и 11 со щеками, заставляя их вращаться. Отбор мощности осуществляется с одной из опорных шеек.

В механизме преобразования движения каждый балансир 9 имеет массу, равную массе двух поршней 5 и штоков 6, а массы противовесов 17 двух опорных шеек со щеками уравновешивают массы двух поршней со штоками, одного балансира и одного вала, своими цапфами свободно установленного в отверстиях опорных шеек валов. Благодаря этому в двигателе полностью уравновешены действующие силы инерции и моменты.

Величина хода каждого поршня в двигателе выбирается из соотношения S = (0,6. . . 2,5) A, где A - расстояние между осями цилиндров, имеющих общую камеру сгорания. При S<0,6А процесс сгорания топлива становится неустойчивым, а при S > 2,5A - балансиры не размещаются в направляющих корпуса.

Для размещения двух балансиров также необходимо сместить от оси колена вала, на котором установлен балансир, их центр тяжести на расстояние a = (0,3. . . 0,4)L в сторону от продольной оси двигателя, где L - длина балансира.

Для получения наиболее экономичной работы двигателя необходимо, чтобы величина смещения Δ S поршней была равна (0,05. . . 0,09)S.

При применении в двигателе внутреннего сгорания компактного механизма преобразования движения и при обеспечении эффективного процесса сгорания топлива уменьшаются габариты в 1,3. . . 1,5 раза и повышается экономичность на 6. . . 12% . (56) Кушуль В. М. Новый тип двигателя внутpеннего сгорания. Л. : Машиностроение, 1965, с. 169, рис. 44.

Использование: поршневые машины, в частности двигатели внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное рабочего вала, преимущественно с двухрядным расположением цилиндров. Сущность изобретения: в двигателе, содержащем корпус, по меньшей мере два цилиндра, поршни, надпоршневые камеры, сообщенные перепускным каналом, и средство воспламенения заряда, установленное в одной из камер, механизм возвратно-поступательного движения поршней выполнен бесшатунным в виде установленных в корпусе опорных шеек со щеками, в которых эксцентрично оси шейки выполнены отверстия, в последних свободно установлены цапфы валов, а каждый вал снабжен балансиром, установленным на его колене с возможностью возвратно-поступательного движения в направляющих корпуса, расположенных в плоскости осей валов, причем величина хода S каждого поршня составляет (0,6 . . . 2,5) A, где A - расстояние между осями цилиндров, величина смещения ΔS S поршней равна (0,05 . . . 0,09) S, а балансиры установлены с возможностью движения в противофазе. Направляющие корпуса выполнены в виде цилиндра. Центр тяжести каждого балансира смещен от оси колена вала, на котором установлен балансир, на расстояние a, равное (0,3 . . . 0,4) L, в сторону от продольной оси двигателя, где L - длина балансира. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус, по меньшей мере два цилиндра с размещенными в них с образованием подпоршневых камер поршнями, механизм преобразования движения, выполненный в виде двух параллельно расположенных валов с цапфами, коленами и щеками, синхронизированных между собой при помощи шестерен, причем каждый из валов связан с одним из поршней, надпоршневые камеры сообщены между собой перепускным каналом, поршни смещены по ходу их движения один относительно другого, а в одной из камер установлено средство воспламенения заряда, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и улучшения экономичности двигателя, механизм преобразования движения выполнен бесшатунным в виде установленных в корпусе опорных шеек со щеками, в которых эксцентрично оси шейки выполнены отверстия, в последних свободно установлены цапфы валов, а каждый вал снабжен балансиром, установленным на его колене с возможностью возвратно-поступательного движения в направляющих корпуса, расположенных в плоскости осей валов, причем величина S каждого поршня составляет (0,6 - 2,5) A, где A - расстояние между осями цилиндров, величина смещения ΔSS поршней равна (0,05 - 0,09) S, а балансиры установлены с возможностью движения в противофазе. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что направляющие корпуса выполнены в виде цилиндра. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что центр тяжести каждого балансира смещен от оси колена вала, на котором установлен балансир, на расстоянии a, равное (0,3 - 0,4) L, в сторону от продольной оси двигателя, где L - длина балансира.