ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02F5/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания и поршневых компрессорах.

Аналогом предлагаемого изобретения является двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок, цилиндр с размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством шатуна поршнем, компрессионные и маслосъемные кольца и камеру сгорания, образованную головкой блока двигателя и поршнем, причем верхняя часть поршня выполнена в виде цилиндрического стакана, а головка блока снабжена соосной с поршнем и входящей в него выступающей цилиндрической частью, торец которой с днищем поршня образует камеру сгорания [1]. Компрессионные и маслосъемные кольца размещены не только на самом поршне, но и на внешней поверхности выступающей цилиндрической части головки блока и контактируют с внутренней поверхностью поршня. Двигатель снабжен элементами топливоподачи и газораспределения.

Конструкция такого двигателя улучшает систему газораспределения.

Недостатком аналога является то, что в процессе работы значительная часть энергии газов двигателя расходуется на преодоление сил трения скольжения в парах поршень - гильза цилиндра и поршень - цилиндрическая часть головки блока.

Прототипом предлагаемого изобретения является двигатель внутреннего сгорания, включающий блок, цилиндр с размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством шатуна поршнем, компрессионные и маслосъемные кольца и камеру сгорания, образованную головкой блока двигателя и поршнем, причем поршень выполнен в виде полого цилиндра, сочлененного днищем посредством пальца с шатуном, а головка блока снабжена соосной с поршнем и входящей в него выступающей цилиндрической частью, торец которой с днищем поршня образует камеру сгорания [2]. Компрессионные и маслосъемные кольца размещены на внешней поверхности выступающей цилиндрической части головки и контактируют с внутренней поверхностью поршня. Органы газораспределения в виде клапанов и элементы топливоподачи расположены в выступе головки блока.

Основным недостатком прототипа является то, что в процессе работы двигателя часть энергии газов расходуется на преодоление сил трения скольжения в паре поршень - цилиндр. Потери мощности на трение в такой паре могут составлять 55% от всех внутренних механических потерь (Николаенко А. В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. М.: Колос, 1984, с. 72).

Целью изобретения является повышение надежности и увеличение долговечности двигателя внутреннего сгорания.

Это достигается тем, что в блоке в плоскости качания шатуна по обе стороны от поршня друг под другом установлены ролики с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью поршня, причем ролики расположены равномерно по высоте поршня, начиная от верхней мертвой точки.

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Новым в предлагаемом двигателе внутреннего сгорания является то, что ролики расположены в блоке равномерно по высоте поршня, начиная от верхней мертвой точки.

Использование изобретения позволяет уменьшить механические потери в двигателе при движении поршня, увеличить срок службы двигателя и повысить надежность его работы.

На фиг.1 изображен двигатель, поперечный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания включает поршень 1, который представляет собой по сути дела цилиндрический стакан 2 с днищем 3 (фиг.1).

Днище 3, так же как и стенки цилиндрического стакана 2, воспринимает давление газов. На внешней стороне днища 3 имеются приливы 4 с отверстиями, куда вставлен палец 5. На пальце 5 шарнирно на подшипнике 6 установлен шатун 7. Шатун 7 является связующим подвижным звеном между поршнем 1 и коленчатым валом двигателя (не показан).

Поршень 1 плоскости качания шатуна 7, то есть в той плоскости, в которой действует составляющая боковая сила N от сил давления газов Р, имеет на противоположных боковых сторонах внешней цилиндрической поверхности 8 опоры в виде роликов 9 (фиг.1 и фиг.2). Ролики 9 установлены на осях 10, которые закреплены в блоке 11 двигателя. Ролики 9 могут быть снабжены подшипниками качения или скольжения 12. Количество роликов 9 с каждой боковой стороны поршня 1 должно быть не менее двух. Располагаться они должны друг под другом вдоль оси поршня 1, но в пределах его хода, начиная от верхней мертвой точки. При этом обе пары направляющих роликов 9 постоянно и одновременно должны находиться в контакте с движущимся поршнем 1. Только в этом случае будет устойчивое и параллельное самому себе перемещение поршня 1, и не будет наблюдаться перекашивания поршня 1 в плоскости качания шатуна 7 под воздействием боковой силы N. Окружная поверхность 13 роликов 9 подогнана к окружной внешней цилиндрической поверхности 8 поршня 1 (фиг.2). Такое выполнение роликов 9 необходимо для уменьшения удельного давления на них и для устойчивого без перекосов перемещения поршня 1.

Головка блока 14 выполнена так, что цилиндрический выступ 15, который находится над поршнем 1, размещен концентрично внутри цилиндрического стакана 2 поршня 1 с некоторым постоянным зазором Δ относительно окружной рабочей поверхности 16 поршня 1 (фиг.1). Таким образом, цилиндрический стакан 2 поршня 1 своей рабочей внутренней поверхностью 16 охватывает по окружности цилиндрический выступ 15 головки блока 14 с зазором Δ , и ось цилиндрического выступа 15 должна совпадать с осью поршня 1. При возвратно-поступательном движении поршень 1 не должен касаться поверхности 17 цилиндрического выступа 15 головки блока 14.

Уплотнение поршня 1 выполнено в виде обычных компрессионных колец 18, но установленных в канавках 19 цилиндрического выступа 15 головки блока 14. Там же, но выше компрессионных колец 18, установлены маслосъемные кольца 20 (фиг.1).

Цилиндрический выступ 15 головки блока 14 должен входить в цилиндрический стакан 2 поршня 1 на величину, большую чем ход поршня 1, так, чтобы маслосъемное кольцо 20 не выходило за торец 21 поршня 1, когда он находится в нижней мертвой точке, а когда поршень 1 будет находиться в верхней мертвой точке, то между торцовой поверхностью 22 цилиндрического выступа 15 головки блока 14 и внутренней поверхностью 23 днища 3 поршня 1 должен оставаться объем, равный объему камеры сгорания (фиг.1).

Цилиндрический выступ 15 головки блока 14 имеет обычные для любого двигателя внутреннего сгорания впускной 24 и выпускной 25 каналы с соответствующими клапанами 26 и 27 (фиг.1) и свечу 28 зажигания (фиг.2) или форсунку (не показана). Свеча 28 зажигания устанавливается в цилиндрический выступ 15 головки блока 14 через канал 29 (фиг.2).

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При рабочем ходе поршня 1 суммарная сила Р, которая определяется алгебраическим сложением силы давления расширяющихся газов и силы инерции поступательно движущихся масс, действует по оси поршня 1 и приложена к пальцу 5 (фиг. 1). Сила Р перемещает поршень 1 по роликам 9 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Так как шатун 7, который является связующим подвижным звеном между поршнем 1 и коленчатым валом двигателя, при движении поршня 1 находится под углом к оси поршня 1, то силу Р можно разложить по правилу параллелограмма на составляющие - силу К, направленную по оси шатуна 7, и нормальную (боковую) силу N, направленную в плоскости качания шатуна 7 перпендикулярно оси поршня 1 (фиг.1). Ясно, что боковая сила N прижимает поршень 1 одной стороной - внешней цилиндрической поверхностью 8 к роликам 9, установленным на левой стороне а блока 11 двигателя в плоскости качания шатуна 7 (фиг.1).

Когда поршень 1 достигает нижней мертвой точки, то торец 21 цилиндра поршня 1 не должен опускаться ниже самого верхнего маслосъемного кольца 20. При этом крайние верхние ролики 9, как с левой стороны а, так и с правой стороны b блока двигателя, также не должны выходить за торец 21 цилиндра поршня 1.

При обратном ходе поршня 1 направление действия боковой силы N на поршень 1 изменяется на противоположное. Поршень 1 прижимается уже противоположной внешней цилиндрической поверхностью 8 к роликам 9, которые установлены на правой стороне b блока 11 двигателя в плоскости качания шатуна 7.

Когда поршень 1 достигает верхней мертвой точки, то между торцовой поверхностью 22 цилиндрического выступа 15 головки блока 14 и внутренней поверхностью 23 днища 3 поршня 1 должен оставаться объем, равный объему камеры сгорания. При этом крайние нижние ролики 9, как с правой стороны b, так и с левой стороны а блока двигателя, не должны выходить за край днища поршня 1.

Использование изобретения позволяет уменьшить механические потери на трение.

Использование: машиностроение, а именно двигателестроение, изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания и поршневых компрессорах, позволяет повысить надежность и увеличить долговечность двигателя внутреннего сгорания или поршневого компрессора. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорания включает блок с размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством шатуна поршнем, ролики, компрессионные и маслосъемные кольца и камеру сгорания, образованную цилиндрическим выступом головки блока и поршнем, а также впускной и выпускной клапаны и свечу зажигания. Ролики, установленные в блоке двигателя и контактирующие с наружной поверхностью поршня, расположены равномерно по высоте поршня, начиная от верхней мертвой точки. 2 ил.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий блок, головку блока, поршень размещенный в цилиндре блока, компрессионные и маслосъемные кольца, установленные в головке, и элементы газораспределения и топливоподачи, причем поршень выполнен в виде цилиндрического стакана, днище которого кинематически связано с шатуном при помощи поршневого пальца, головка блока снабжена цилиндрическим выступом, размещенным концентрично внутри поршня и образующим с ним камеру сгорания, а элементы газораспределения и топливоподачи размещены в выступе головки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения долговечности, в блоке в плоскости качания шатуна по обе стороны от поршня друг под другом установлены ролики с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью поршня, причем ролики расположены равномерно по высоте поршня, начиная от верхней мертвой точки.