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

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания.

Известный двигатели внутреннего сгорания, имеющие цилиндр, поршень, шатун и простой коленчатый вал, содержащие в одном цилиндре два поршня, либо использующие сложные коленчатые валы, гипоциклоидные кривошипно-шатунные механизмы, позволяют незначительно увеличить удельную мощность т. к. относительно большой период холостого хода, неравномерность передачи энергии на вал, что не позволяет облегчить конструкцию.

Наиболее близким к изобретению является двигатель, содержащий корпус, цилиндр, два поршня, расположенные оппозитно и снабженные шатунами; каждый шатун соединен с циклоидным планетарным механизмом, расположенным на оси цилиндра, причем второй механизм расположен противофазно, каждый циклоидный механизм содержит неподвижное зубчатое колесо, расположенное на оси цилиндра и подвижное зубчатое колесо, расположенное с возможностью качения по неподвижному колесу, шатуны кривошипно связаны с осями подвижных колес посредством соответствующих шатунов с поршнями, окна впрыска расположены в зонах наибольшего сближения поршней, а окна выпуска продуктов сгорания выполнены с возможностью удаления продуктов сгорания в момент наибольшего расхождения поршней.

Циклоидный механизм выполнен в виде зубчатых колес внутреннего зацепления.

Данный двигатель не может полностью использовать объем цилиндра, т. к. моменты времени максимального выдвижения поршней не совпадают. Условия совпадения максимального выдвижения поршней, а значит и наиболее рационального использования их движения, невозможно при использовании циклоидного механизма внутреннего зацепления.

Данное обстоятельство снижает цилиндров мощность и ухудшает теплоотвод, а также шестерни внутреннего зацепления трудны в изготовлении.

Целью настоящего изобретения является увеличение цилиндровой мощности. Это позволит сократить расход металла и затраты труда при изготовлении двигателя.

Основной отличительной особенностью предложенного двигателя является использование циклоидного механизма с шестернями внешнего зацепления, что позволяет без труда совместить моменты максимального выдвижения поршней и полностью использовать их ход, шестерни внешнего зацепления технологичнее и надежнее.

На фиг. 1 изображен двигатель, общий вид; на фиг. 2 - эпициклоидный планетарный механизм, общий вид; на фиг. 3 показан рабочий цикл двигателя: а) при повороте водила на 0 град, б) - на 45 град, в) - на 90 град, г) - на 135 град, д) - на 180 град; на фиг. 4 - диаграмма "угол поворота водила 8 - взаимное положение поршней, (кривые 1 и 2) и кривая изменения внутрицилиндровой полости.

На диаграмме также показано положение окон и точки расположения моментов продувки и впрыска топлива.

Предлагаемый двигатель состоит из цилиндра 1, в стенках прорезаны окна принудительной продувки 2 и впрыска топлива 3, снабженные распределительными механизмами. Внутри цилиндра расположены опозитные поршни 4, соединенные шатунами с соответствующими эпициклоидными планетарными механизмами.

Эпициклоидный планетарный механизм содержит неподвижное зубчатое колесо 7, закрепленное с помощью вала 8 на корпусе и расположенное по оси цилиндра. Водило 9 соединяет с возможностью качения по зубчатому колесу 7 ось 10 подвижного зубчатого колеса 11. Число зубьев подвижного и неподвижного колес одинаково. Подвижное колесо 11 жестко закреплено на оси 10. Кривошип 12 неподвижно закреплен на оси 10 и движется вместе с колесом 11. К наружному концу кривошипа 12 присоединяется ось 13, скрепляя собой симметричные части механизма и на нее же одето ушко 14 шатуна 5.

Эпициклоидные планетарные механизмы расположены противофазно, что обеспечивается связью соответствующих коренных валов через редуктор, передающий их движение на единый вал.

Работа двигателя снимается с шестерни-втулки, составляющей единое целое с водилом 9 и передается на соответствующий коренной вал верхних 3 (нижних) поршней блока цилиндров.

Движение поршней при работе двигателя рассматривается с мертвой точки, показанной на фиг. 3а, правый поршень максимально выдвинут из цилиндра, левый вдвинут. Через левое окно 3 впрыскивается топливо, происходит сгорание и под действием избыточного давления продуктов сгорания левый поршень начинает выдвигаться из цилиндра (см. фиг. 3б). Правый поршень также некоторое время выдвигается.

При повороте водила на 90 град (см. фиг. 3в) расстояние между поршнями максимально, процесс расширения закончен, открываются окна продувки 2 слева и справа, через одно из них подается воздух от воздушного насоса, удаляя продукты сгорания, причем безразлично какой из клапанов используется для впуска, а какой для выпуска. Клапаны закрываются, водило 9 поворачивается на 135 град. Правый поршень ускоренно выдвигается в цилиндр, левый медленно движется ему навстречу, внутрицилиндровая полость уменьшается, воздух сжимается и при повороте водила на 180 град, когда внутрицилиндровая полость минимальна (см. фиг. 3д) впрыскивается топливо через правое окно (рабочий цикл закончен).

Диаграмма "Угол поворота - взаимное положение поршней" приведена на фиг. 4. Кривые 1,2,3 показывают изменения объема внутри цилиндровой полости. Характер кривой 3 определяется длиной кривошипа 12, при данной длине 0 движение вырождается в обычный для простого кривошипно-шатунного механизма.

При увеличении до бесконечности кривошипа 12 произойдет то же явление.

Указанная схема пригодна как для дизельных, так и для карбюраторных двигателей, с принудительной продувкой цилиндров и без таковой.

В карбюраторном варианте окна 3 впрыска топлива заменяются свечами, утопленными в стенках цилиндра, окна выпуска продуктов сгорания и продувки 2 подается топливная смесь из карбюратора. Других конструкционных изменений не требуется.

При реализации схемы без принудительной продувки цилиндров окна продувки не прорезаются. Одно из окон впрыска 2 используется для выпуска продуктов сгорания и воздухозабора, другое используется по своему назначению. Описанный ранее цикл движения поршней в этом случае осуществляется дважды. При первом ходе поршней осуществляется расширение продуктов сгорания и вытеснение их в окно, используемое для выпуска. При втором ходе (обратном) осуществляется воздухозбор, сжатие и впрыск топлив. Таким образом, весь процесс осуществляется в два этапа.

Применение данных двигателей как в дизельном, так и в карбюраторном варианте позволит значительно увеличить цилиндровую мощность двигателя и КПД. (56) Патент США N 2199625, кл. F 02 B 75/22, опубл. 1940.

Изобретение относится к дизельным и карбюраторным двигателям внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндр 1, в стенках которого прорезаны окна принудительной продувки 2, впрыска топлива 3, снабженные распределительными механизмами. Внутри цилиндра расположены оппозитные поршни 4, соединенные шатунами с соответствующими эпициклоидными планетарными механизмами. Эпициклоидный механизм содержит неподвижное зубчатое колесо 7, расположенное по оси цилиндра, и подвижное зубчатое колесо 11, установленное с возможностью качения по неподвижному колесу 7. Число зубьев колес одинаково, причем на оси каждого подвижного колеса закреплен рычаг, соединенный с шатуном. 4 ил.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус, по меньшей мере один цилиндр, размещенные в нем встречнодвижущиеся поршни с образованием общей камеры сгорания, механизм газораспределения, связанные с поршнями механизмы преобразования движения, каждый из которых выполнен в виде центральной шестерни, закрепленной на корпусе, водила, установленного соосно с центральной шестерней, обкатывающего зубчатого колеса, зацепленного с последней, закрепленного на оси, свободно установленной на водиле, шатуна, связанного с поршнем, эксцентрикового механизма, закрепленного на оси обкатывающего зубчатого колеса и связанного с шатуном, и выходного вала, связанного с водилом, причем механизм газораспределения выполнен в виде впускных и выпускных окон, расположенных на противоположных концах цилиндра в районе крайних мертвых точек, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, зубчатое колесо и центральная шестерня выполнены в виде внешнего зацепления, эксцентриковый механизм выполнен в виде кривошипа, а на водиле соосно с центральной шестерней закреплена шестерня отбора мощности, связанная с выходным валом, причем зубчатое колесо и центральная шестерня выполнены с одинаковым числом зубьев.