ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02B57/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в насосокомпрессоростроении.

Известен двигатель внутреннего сгорания [2], содержащий корпус с внутренней криволинейной поверхностью, блок крестообразно расположенных цилиндров, установленных в корпусе и связанных с выходным валом, размещенные в цилиндрах поршни с установленными в них на осях роликами, контактирующими с криволинейной поверхностью корпуса, и механизм газораспределения.

Известен двигатель внутреннего сгорания [1] , содержащий корпус с внутренней криволинейной поверхностью, блок крестообразно расположенных цилиндров, установленных в корпусе и связанных с выходным валом, размещенные в цилиндрах поршни с установленными в них на осях роликами, контактирующими с криволинейной поверхностью корпуса, шарнирные тяги, связанные последовательно с осями роликов с образованием шарнирного параллелограммного механизма, и золотниковый механизм газораспределения, установленный в блоке соосно с валом.

Общим недостатком данных двигателей является наличие боковых сил, действующих на поршни, т.к. передача крутящего момента на выходной вал осуществляется через взаимодействие поршней со стенками цилиндров, что снижает долговечность двигателей.

Цель изобретения - повышение долговечности двигателя внутреннего сгорания за счет ликвидации боковых сил, действующих на цилиндро-поршневую группу, улучшение экономичности двигателя внутреннего сгорания за счет конвертирования работы по меньшей мере двух противолежащих цилиндров по компрессорному циклу.

Это достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с внутренней криволинейной поверхностью, блок крестообразно расположенных цилиндров, установленных в корпусе и связанных с выходным валом, размещенные в цилиндрах поршни с установленными в них на осях роликами, контактирующими с криволинейной поверхностью корпуса, шарнирные тяги, связанные последовательно с осями роликов с образованием параллелограммного механизма, и золотниковый механизм газораспределения, установленный в блоке соосно с валом, двигатель снабжен двуплечим рычагом, жестко закрепленным на валу и связанным шарнирно с серединами противолежащих тяг, на валу свободно установлена втулка, жестко связанная с блоком цилиндров, по меньшей мере на одном цилиндре жестко закреплены выступы, расположенные симметрично относительно продольной оси цилиндра, а на внутренней поверхности двух, расположенных в районе последнего тяг выполнены профилированные выемки с возможностью постоянного контактирования с выступами цилиндра, причем механизм газораспределения выполнен в виде устройства для конвертирования работы по меньшей мере двух противолежащих цилиндров по компрессорному циклу, при этом механизм газораспределения выполнен в виде впускного и выпускного золотников с радиальными отверстиями, установленных на валу симметрично относительно втулки с возможностью осевого перемещения, а в валу с двух его сторон соответственно выполнены впускной и выпускной каналы.

По сравнению с прототипом заявляемый двигатель внутреннего сгорания имеет следующие отличительные признаки:
введен двуплечий рычаг, жестко закрепленный на выходном валу и связанный шарнирно с серединами противолежащих тяг;
введена свободно установленная на валу втулка, жестко связанная с блоком цилиндров;
введены выступы, жестко закрепленные на одном цилиндре симметрично относительно продольной оси его;
введены профилированные выемки, выполненные на внутренней поверхности двух тяг с возможностью постоянного контактирования с выступами цилиндра;
механизм газораспределения выполнен в виде устройства для конвертирования работы по меньшей мере двух противолежащих цилиндров по компрессорному циклу, при этом механизм газораспределения выполнен в виде впускного и выпускного цилиндрических золотников с радиальными отверстиями, установленных на валу симметрично относительно втулки с возможностью осевого перемещения, а в валу с двух сторон соответственно выполнены впускной и выпускной каналы.

Сведений об использовании отличительных признаков в других известных технических решениях с той же целью не имеется.

На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен предлагаемый двигатель внутреннего сгорания, поперечный разрез; на фиг.2 и фиг.4 - механизм газораспределения разрезы А-А и Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - развертка впускного золотника; на фиг.5 - развертка выпускного золотника.

Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с внутренней криволинейной поверхностью 25, блок крестообразно расположенных цилиндров 5,6,7 и 8, установленных в корпусе 1, размещенные в цилиндрах 5,6,7 и 8 поршни 9,10,11 и 12 с установленными в них на осях роликами 17,18,19 и 20, контактирующими с криволинейной поверхностью 25 корпуса 1, шарнирные тяги 21,22,23 и 24, связанные последовательно с осями роликов 17,18,19 и 20 с образованием шарнирного параллелограммного механизма. Двигатель снабжен двуплечим 26 и 27 рычагом, жестко закрепленным на выходном валу 4 и связанным шарнирно с серединами противолежащих тяг 21 и 23. На валу 4 свободно установлена втулка, состоящая из трех, жестко связанных между собой втулок 28,29,30 и жестко связанная с блоком цилиндров 5,6,7 и 8. На цилиндре 5 жестко закреплены выступы 31 и 32, расположенные симметрично относительно продольной оси цилиндра 5, а на внутренней поверхности двух, расположенных в районе последнего тяг 21 и 24 выполнены профилированные выемки 33 и 34 с возможностью постоянного контактирования с выступами 31 и 32 цилиндра 5. Впускной золотник 35 с радиальными отверстиями установлен на валу 4 симметрично втулке 28 с возможностью осевого перемещения при помощи пальца 37. Выпускной золотник 36 с радиальными отверстиями установлен на валу 4 симметрично втулке 30 с возможностью осевого перемещения при помощи пальца 38.

Таким образом, механизм газораспределения выполнен в виде устройства для конвертирования работы, по меньшей мере, двух противолежащих цилиндров по компрессорному циклу, при этом механизм газораспределения выполнен в виде впускного 35 и выпускного 36 цилиндрических золотников с радиальными отверстиями, установленных на валу 4 симметрично относительно втулки с возможностью осевого перемещения, а в валу 4 с двух его сторон соответственно выполнены впускной и выпускной каналы. Поршни 9,10,11 и 12 снабжены штоками 13,14,15 и 16, а корпус 1 снабжен крышками 2 и 3. Цилиндр 5 имеет две рабочие камеры А и Б, цилиндр 7 имеет также две рабочие камеры В и Г. Через проточку 40, выполненную в крышке 2, и отверстие 41 вала 4 впускной канал вала 4 соединяется с каналом 39, выполненным в крышке 2. Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания имеет четырехтактный рабочий цикл. Для этого камера А цилиндра 5, цилиндр 6, камера В цилиндра 7 и цилиндр 8 через соответствующие впускные отверстия 42,43,44 и 45, сквозные радиальные отверстия 46,47,48 и 49 впускного золотника 35, впускные отверстия 50, 51, 52 и 53 выходного вала 4 соединяются с впускным каналом вала 4 для впуска топливовоздушной смеси. Данные четыре канала выполнены в четырех радиальных плоскостях, при этом сквозные отверстия 46,47,48 и 49 впускного золотника 35 выполнены для оппозитных цилиндров с разницей фаз 180^o. Камера А цилиндра 5, цилиндр 6, камера В цилиндра 7, цилиндр 8 через соответствующие выпускные отверстия 54, 55, 56 и 57, сквозные радиальные отверстия 58,59,60 и 61 выпускного золотника 36, выпускные отверстия 62,63,64,65 выходного вала 4 соединяются с выпускным каналом вала 4 для выхлопа отработавших газов. Данные четыре канала выполнены в четырех радиальных плоскостях, при этом сквозные отверстия 58,59,60 и 61 выпускного золотника 36 отстают на 90^o от соответствующих сквозных отверстий 46,47,48 и 49 впускного золотника 35 (вращение по часовой стрелке). Впускной золотник 35 имеет канал 66 низкого давления, выполненный в стенке золотника 35 и соединяющийся через отверстие 67 с каналом 68 низкого давления, расположенным в крышке 2. Канал 66 низкого давления снабжен четырьмя парами отверстия 69 и 70, 71 и 72, 73 и 74, 75 и 76, выходящими на внешнюю поверхность золотника 35 и выполненными соответственно в четырех радиальных плоскостях, отличных от ранее описанных, при этом парные отверстия расположены с фазой в 180^o между собой, отверстия 69 и 70, 71 и 72 в одной фазе со сквозными отверстиями 46,47,48 и 49 золотника 35, а отверстия 73 и 74, 75 и 76 с фазой 90^o со сквозными отверстиями 46,47,48 и 49 золотника 35. Выпускной золотник 36 имеет канал 77 высокого давления, выполненный в стенке золотника 36 и соединяющийся через отверстие 78 с каналом 79 высокого давления, расположенным в крышке 3. Канал 77 высокого давления снабжен четырьмя парами отверстий 80 и 81, 82 и 83, 84 и 85, 86 и 87, выходящими на внешнюю поверхность золотника 36 и выполненными соответственно в четырех радиальных плоскостях, отличных от ранее описанных, при этом парные отверстия расположены с фазой 180^o между собой, отверстия 80 и 81, 82 и 83 в одной фазе со сквозными отверстиями 58,59,60 и 61 золотника 36, а отверстия 84 и 85, 86 и 87 с фазой 90^o со сквозными отверстиями 58,59,60 и 61 золотника 36. Камера Б цилиндра 5 и камера Г цилиндра 7 являются камерами компрессора и имеют двухтактный рабочий цикл. Для этого камера Б цилиндра 5 и камера Г цилиндра 7 через соответствующие впускные отверстия 88 и 89, отверстия 73 и 74 впускного золотника 35 соединяются с каналом 66 низкого давления золотника 35. Камера Б цилиндра 5 и камера Г цилиндра 7 через соответствующие выпускные отверстия 90 и 91, отверстия 84 и 85 выпускного золотника 36 соединяются с каналом 77 высокого давления золотника 36. Газораспределительный механизм дан без учета перекрытий между отверстиями и разности угловых скоростей между блоком цилиндров и выходным валом 4.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Вращение выходного вала 4 посредством двуплечего 26,27 рычага передается тягам 21 и 23 и соответственно тягам 22 и 24, образующим параллелограммный механизм. Вращение данного параллелограммного механизма за счет криволинейной поверхности корпуса 1 происходит с изменением углов между сопряженными тягами. Поршни 9 и 11, 10 и 12 цилиндров 5 и 7, 6 и 8, расположенных по диагоналям параллелограммного механизма, совершают возвратно-поступательные движения за счет изменения длин диагоналей параллелограммного механизма. Таким образом, создаются объемы для организации рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания. При взаимодействии выступов 31 и 32 цилиндра 5 с профилированными выемками 33 и 34 тяг 21 и 24 устраняются колебания блока цилиндров относительно параллелограммного механизма, т.е. при любом угловом положении выходного вала 4 цилиндры 5,6,7 и 8 находятся на диагоналях параллелограммного механизма. Таким образом, боковые силы, действующие на цилиндро-поршневую группу, ликвидируются, что увеличивает долговечность двигателя внутреннего сгорания. Разность угловых скоростей между валом 4 и тягами 21,22,23 и 24 компенсируется колебаниями вала 4 и двуплечего 26, 27 рычага в блоке цилиндров. Впускной золотник 35 и выпускной золотник 36 при помощи пальцев 37 и 38 могут устанавливаться в двух положениях. В положении I (фиг.3, фиг.5) камера А цилиндра 5, цилиндр 6, камера В цилиндра 7 и цилиндр 8 работают в четырехтактном рабочем цикле. При этом для лучшей динамичности двигателя противолежащие цилиндры работают в противофазе. Камера Б цилиндра 5 и камера Г цилиндра 7 являются камерами компрессора (соединяются с атмосферой) и работают в двухтактном рабочем цикле. Это также может служить для организации охлаждения цилиндров и поршней, а между крышками 2 и 3 в корпусе 1 может заливаться смазывающая жидкость. В положении II камера А цилиндра 5 и камера В цилиндра 7 будут продолжать работать в четырехтактном рабочем цикле. Для этого соответственно они соединяются через впускные отверстия 42 и 44, сквозные радиальные отверстия 47 и 49 впускного золотника 35, отверстия 50 и 52 выходного вала 4 с впускным каналом вала 4 для впуска топливовоздушной смеси. Камера А цилиндра 5 и камера В цилиндра 7 через выпускные отверстия 54 и 56, сквозные радиальные отверстия 59 и 61 выпускного золотника 36, отверстия 62 и 64 выходного вала 4 соединяются с выпускным каналом вала 4 для выхлопа отработавших газов. Камера Б цилиндра 5 и камера Г цилиндра 7 будут оставаться камерами компрессора и работать в двухтактном рабочем цикле. Для этого они соединяются через соответствующие впускные отверстия 88 и 89, отверстия 75 и 76 впускного золотника 35 с каналом 66 низкого давления золотника 35. Камера Б цилиндра 5 и камера Г цилиндра 7 соединяются через соответствующие выпускные отверстия 90 и 91, отверстия 86 и 87 выпускного золотника 36 с каналом 77 высокого давления золотника 36. Цилиндр 6 и цилиндр 8 будут являться компрессорами и работать в двухтактном рабочем цикле. Для этого цилиндр 6 и цилиндр 8 через соответствующие впускные отверстия 43 и 45, отверстия 69 и 70, 71 и 72 впускного золотника 35 соединяются с каналом 66 низкого давления золотника 35. Цилиндр 6 и цилиндр 8 через соответствующие выпускные отверстия 55 и 57, отверстия 80 и 81, 82 и 83 выпускного золотника 36 соединяются с каналом 77 высокого давления золотника 36. В положении I и положении II нерабочие отверстия золотников 35 и 36 перекрыты стенками втулок 28 и 30.

Золотники 35 и 36 могут устанавливаться в нескольких положениях (при соответствующей системе каналов и отверстий) для конвертирования работы камер цилиндров по компрессорному циклу, что улучшает экономичность двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в насосокомпрессоростроении. Ликвидация боковых сил, действующих на цилиндро-поршневую группу, повышает долговечность двигателя внутреннего сгорания, конвертирование работы цилиндров по компрессорному циклу улучшает экономичность двигателя внутреннего сгорания. Для этого двигатель снабжен двуплечим рычагом, жестко закрепленным на выходном валу и связанным шарнирно с серединами противолежащих тяг. На валу свободно установлена втулка, состоящая из трех жестко связанных между собой втулок и жестко связанная с блоком цилиндров. На одном цилиндре жестко закреплены выступы, расположенные симметрично относительно продольной оси цилиндра, а на внутренней поверхности двух расположенных в районе последнего тяг выполнены профилированные выемки с возможностью постоянного контактирования с выступами цилиндра. Механизм газораспределения выполнен в виде устройства для конвертирования работы по меньшей мере двух противолежащих цилиндров по компрессорному циклу, при этом механизм газораспределения выполнен в виде впускного и выпускного цилиндрических золотников с радиальными отверстиями, установленных на валу симметрично относительно втулки с возможностью осевого перемещения, а в валу с двух его сторон соответственно выполнены впускной и выпускной каналы. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с внутренней криволинейной поверхностью, блок крестообразно расположенных цилиндров, установленных в корпусе и связанных с выходным валом, размещенные в цилиндрах поршни с установленными в них на осях роликами, контактирующими с криволинейной поверхностью корпуса, шарнирные тяги, связанные последовательно с осями роликов с образованием шарнирного параллелограммного механизма, и золотниковый механизм газораспределения, установленный в блоке соосно с валом, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности и улучшения экономичности, двигатель снабжен двуплечим рычагом, жестко закрепленном на валу и связанным шарнирно с серединами противолежащих тяг, на валу свободно установлена втулка, жестко связанная с блоком цилиндров, по меньшей мере на одном цилиндре жестко закреплены выступы, расположенные симметрично относительно продольной оси цилиндра, а на внутренней поверхности двух расположенных в районе последнего тяг выполнены профилированные выемки с возможностью постоянного контактирования с выступами цилиндра, причем механизм газораспределения выполнен в вивде устройства для конвертирования работы по меньшей мере двух противолежащих цилиндров по компрессорному циклу. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм газораспределения выполнен в виде впускного и выпускного цилиндрических золотников с радиальными отверстиями, установленных на валу симметрично относительно втулки с возможностью осевого перемещения, а в валу с двух его сторон соответственно выполнены впускной и выпускной каналы.