ОППОЗИТНЫЙ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B33/26 F02B33/30 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к оппозитным двигателям, работающим по четырехтактному циклу с кривошипно-камерным наддувом.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, цилиндр с поршнем, механизм газораспределения. Поршень посредством шатуна связан с коленчатым валом. В цилиндре выполнены продувочные окна, а механизм газораспределения выполнен верхнеклапанным. Для заполнения цилиндра свежим зарядом используется нагнетатель [1].

Недостатком известного двигателя является необходимость использования нагнетателя для заполнения цилиндра двигателя свежим зарядом и наличие клапанного механизма газораспределения, снижающего механической КПД двигателя.

Известен оппозитный четырехтактный двигатель, содержащий картер, закрепленные на нем цилиндры с головками, поршни, размещенные в цилиндрах с образованием камер сгорания и картерной полости, установленный в картере коленчатый вал, снабженный двумя расположенными под углом 180^о один относительно другого кривошипами с шатунными шейками, связанными с поршнями при помощи шатунов, впускной и выпускной каналы с запорными органами, сообщенные соответственно с картерной полостью и камерами сгорания, а в каждом цилиндре выполнен один перепускной канал с входным и выходным окнами, расположенный с возможностью соединения картерной полости с камерой сгорания при положении поршня в нижней мертвой точке, причем входное отверстие каждого канала расположено в картере, выходное - в камере сгорания и снабжено запорным органом, а запорные органы впускного и выпускного каналов и выходного отверстия связаны с коленчатым валом [2]. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком указанного двигателя является его худшая экономичность из-за больших потерь на привод клапанного механизма газораспределения.

Целью изобретения является повышение экономичности.

Цель достигается за счет снабжения двигателя кривошипными валами, установленными в картере и связанными с коленчатым валом, выполнения запорных органов выпускного канала и выходного отверстия каждого цилиндра в виде золотниковой втулки, установленной соосно с цилиндром и поршнем между их стенками, причем каждая втулка связана с кривошипным валом при помощи шарового шарнира с возможностью ее возвратно-поступательного перемещения вдоль оси цилиндра и возвратно-вращательного движения в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, а по окружности каждой втулки выполнены пояс впускных окон с возможностью сообщения картерной полости с камерой сгорания перед тактом сжатия и пояс выпускных окон с возможностью сообщения камеры сгорания с выпускным каналом в конце расширения.

Цель достигается также тем, что выходное отверстие перепускного канала расположено тангенциально окружности цилиндра.

Цель достигается тем, что шаровой шарнир соединения кривошипного вала с золотниковой втулкой выполнен в виде втулки с внешней сферической поверхностью, установленной в отверстии с внутренней сферической поверхностью, выполненном в кривошипном вале эксцентрично оси его вращения, во внутреннем отверстии втулки шарнира размещен тонкостенный цилиндрический вкладыш с буртиком, в котором расположен палец, связанный с золотниковой втулкой, а также тем, что сопряженные между собой поверхности элементов шарового шарнира снабжены уплотнениями.

Цель достигается тем, что связь пальца с золотниковой втулкой выполнена в виде закрепленного на цилиндрической поверхности втулки хомута, а палец может быть выполнен за одно целое с хомутом.

Цель достигается тем, что на цилиндрической поверхности втулки в месте установки хомута выполнен один кольцевой буртик, расположенный в кольцевой проточке, выполненной на внутренней поверхности хомута.

Коленчатый вал может быть выполнен составным в виде щек, между которыми установлена шатунная шейка, входящая соосными с ней цилиндрическими выступами меньшего диаметра в отверстия щек, а в шейке соосно с ней со стороны одного выступа выполнено резьбовое отверстие, сообщенное с конусной выточкой, выполненной со стороны противоположного выступа с уменьшением ее диаметра внутрь шейки, причем в конусной выточке установлена коническая втулка с резьбовым отверстием, в резьбовые отверстия шейки и втулки ввернут болт с двумя участками резьбы, а резьба последних выполнена с разным шагом.

Цель достигается тем, что во внутренних поверхностях щек соосно с шатунной шейкой выполнены цилиндрические выточки, в которые установлены подпружиненные шайбы с возможностью контактирования своими торцовыми поверхностями с торцовыми поверхностями кривошипной головки шатуна, а шайбы снабжены торцовыми и радиальными уплотнениями.

Цель достигается также тем, что на посадочных поверхностях цилиндра и картера выполнены цилиндрические буртики, соединение цилиндра с картером выполнено в виде хомута, стягивающего буртики картера и цилиндра, а поверхность одного из буртиков, контактирующая с внутренней поверхностью хомута, выполнена конусной.

Цель достигается тем, что цилиндр и головка снабжены элементами охлаждения, при этом элементы цилиндра выполнены в виде ребер, расположенных в плоскости, перпендикулярной продольной оси цилиндра, а элементы головки выполнены в виде конусных выступов, перпендикулярных ее поверхности.

На фиг. 1 показан двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - частичный вырез в месте расположения впускного канала; на фиг. 3 - шарнирное соединение золотниковой втулки с кривошипным валом; на фиг. 4 - то же, вид сверху; на фиг. 5 - крепление цилиндра с картером при помощи хомута; на фиг. 6 - кривошип.

Двигатель содержит картер 1, закрепленные на нем оппозитно два цилиндра 2 с головками 3, поршни 4, размещенные в цилиндрах 2 с образованием камер 5 сгорания и картерной полости 6, установленный в картере 1 коленчатый вал 7, снабженный двумя расположенными под углом 180^о один относительно другого кривошипами 8 с шатунными шейками 9, связанными с поршнями 4 при помощи шатунов 10, и сообщенный с картерной полостью 6 впускной канал 11 с запорным органом 12, связанным с коленчатым валом 7. В каждом цилиндре 2 выполнены выпускной канал 13, сообщенный с камерой 5 сгорания и перепускной канал 14 с входным 15 и выходным 16 отверстиями, расположенный с возможностью соединения картерной полости 6 с камерой 5 сгорания при положении поршня 4 в нижней мертвой точке (НМТ), причем входное отверстие 15 каждого канала 14 расположено в картере 1, а выходное отверстие 16 - в камере 5 сгорания. В картере 1 также установлены два кривошипных вала 17, связанных с коленчатым валом 7. Выпускной канал 14 и выходное отверстие 16 каждого цилиндра 2 снабжены запорным органом, выполненным в виде цилиндрической золотниковой втулки 18, установленной соосно с цилиндром 2 и поршнем 4 между стенками последних, причем каждая втулка 18 связана с соответствующим кривошипным валом 17 при помощи шарового шарнира 19 с возможностью ее возвратно-поступательного движения вдоль оси цилиндра 2 и возвратно-вращательного движения в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра 2, а по окружности каждой втулки 18 выполнены пояс впускных окон 20 с возможностью сообщения картерной полости 6 с камерой 5 сгорания перед тактом сжатия и пояс выпускных окон 21 с возможностью сообщения камеры 5 сгорания с каналом 13 в конце расширения.

Выходное отверстие 16 перепускного канала 14 может быть расположено тангенциально окружности цилиндра 2.

Шаровой шарнир 19 соединения кривошипного вала 17 с золотниковой втулкой 18 может быть выполнен в виде втулки 22 с внешней сферической поверхностью, установленной в отверстии 23 с внутренней сферической поверхностью, выполненном в кривошипном вале 17 эксцентрично оси его вращения, во внутреннем отверстии втулки 22 шарнира 19 размещен тонкостенный цилиндрический вкладыш 24 с буртиком 25, в котором расположен палец 26, связанный с золотниковой втулкой 18.

Сопряженные между собой поверхности элементов шарового шарнира 19 снабжены уплотнениями 27.

Связь пальца 26 с золотниковой втулкой 18 может быть выполнена в виде закрепленного на цилиндрической поверхности втулки 18 хомута 28, а палец 26 может быть выполнен за одно целое с хомутом 28.

На цилиндрической поверхности втулки 18 в месте установки хомута 28 может быть выполнен по меньшей мере один кольцевой буртик 29, расположенный в кольцевой проточке 30, выполненной на внутренней поверхности хомута 28.

Коленчатый вал 7 может быть выполнен составным в виде щек 31, между которыми установлена шатунная шейка 9, входящая соосными с ней цилиндрическими выступами 32 меньшего диаметра в отверстия 33 щек 31, а в шейке 9 соосно с ней со стороны одного из выступов 32 выполнено резьбовое отверстие 34, сообщенное с конусной выточкой 35, выполненной со стороны противоположного выступа 32 с уменьшением ее диаметра внутрь шейки 9, причем в конусной выточке 35 установлена коническая втулка 36 с резьбовым отверстием 37, в резьбовые отверстия 34 и 37 шейки 9 и втулки 36 ввернут болт 38 с двумя участками резьбы, а резьба последних выполнена с разным шагом.

Во внутренних поверхностях щек 31 соосно с шатунной шейкой 9 могут быть выполнены цилиндрические выточки 39, в которые установлены подпружиненные шайбы 40 с возможностью контактирования своими торцовыми поверхностями с торцовыми поверхностями кривошипной головки 41 шатуна 10, а шайбы 40 снабжены торцовыми 42 и радиальными 43 уплотнительными элементами.

На посадочных поверхностях цилиндра 2 и картера 1 могут быть выполнены кольцевые буртики 44, соединение цилиндра 2 с картером 1 выполнено в виде хомута 45, стягивающего буртики 44 картера 1 и цилиндра 2, а поверхность по меньшей мере одного из буртиков 44, контактирующая с внутренней поверхностью хомута 45, выполнена конусной.

Цилиндр 2 и головка 3 могут быть снабжены элементами охлаждения, при этом элементы цилиндра 2 выполнены в виде ребер 46, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра 2, а элементы охлаждения головки 3 - в виде конусных выступов 47, перпендикулярных ее поверхности.

Двигатель работает следующим образом. Во время хода поршней 4 к верхним мертвым точкам (ВМТ) в камере 5 сгорания одного цилиндра 2 происходит сжатие заряда, в камере сгорания 5 другого - выпуск, а в картерной полости 6 - всасывание через впускной канал 11 с запорным органом 12. Во время следующего такта заряд, находящийся в картерной полости 6 и сжимаемый обоими поршнями 4, перепускается в цилиндр 2, в котором закончился выпуск отработавших газов, по перепускному каналу 14, выходные отверстия 16 которого открываются при совпадении их с впускными окнами 20 золотниковой втулки 18, управляемой кривошипным валом 17, связанным с коленчатым валом 7. Во время следующего движения поршней 4 к ВМТ в картерной полости 6 повторяется всасывание свежего заряда по впускному каналу 11, а при движении поршней 4 к НМТ сжатый в полости 6 заряд перепускается в другой цилиндр 2, оппозитный первому и в котором закончился такт выпуска. Перекрытие выходных отверстий 16 перепускного канала 14 осуществляется путем поворота золотниковой втулки 18 и ее перемещения вдоль оси цилиндра 2 в начале такта сжатия. После сгорания и расширения горящих газов выпускные окна 21 золотниковой втулки 18 совмещаются за счет ее движения с выпускным каналом 13 и происходит выпуск отработавших газов в атмосферу. В оппозитном цилиндре 2 в этот момент происходит такт сжатия.

Таким образом выполнение четырехтактного оппозитного двигателя с картерной продувкой позволяет увеличить количество перепускаемого в цилиндр заряда за счет поочередной работы цилиндров и снизить механические потери на привод механизма газораспределения за счет его выполнения в виде золотниковой втулки, связанной с кривошипным валом, и улучшения условий работы трущихся поверхностей механизма за счет сложного движения втулки.

Сущность изобретения: двигатель содержит оппозитно расположенные на картере цилиндры, размещенные в них поршни, связанные при помощи шатунов с кривошипами коленчатого вала, расположенными под углом 180° один относительно другого. При синхронном перемещении поршней от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке в камере сгорания каждого цилиндра происходит поочередный перепуск сжатого в картерной полости свежего заряда через перепускные каналы, управляемые золотниковой втулкой, связанной с кривошипным валом при помощи шарового шарнира. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. ОППОЗИТНЫЙ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий картер, по меньшей мере одну пару оппозитно закрепленных на картере цилиндров с головками, поршни, размещенные в цилиндрах с образованием камер сгорания и картерной полости, установленный в картере коленчатый вал, снабженный по меньшей мере двумя расположенными под углом 180^o один относительно другого кривошипами с шатунными шейками, связанными с поршнями при помощи шатунов, и впускной канал, сообщенный с картерной полостью через первый запорный орган, причем в каждом цилиндре выполнены выпускной канал, сообщенный с камерой сгорания через второй запорный орган, и по меньшей мере один перепускной канал с входным и выходным отверстиями, расположенный с возможностью соединения картерной полости с камерой сгорания при положении поршня в нижней мертвой точке, входное отверстие перепускного канала расположено в картере, выходное - в камере сгорания и снабжено третьим запорным органом и запорные органы связаны с коленчатым валом, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, он снабжен по меньшей мере одной парой кривошипных валов, установленных в картере и связанных с коленчатым валом, а второй и третий запорные органы каждого цилиндра выполнены в виде цилиндрической золотниковой втулки, расположенной соосно с цилиндром и поршнем между стенками последних, причем каждая втулка связана с кривошипным валом при помощи шарового шарнира с возможностью ее возвратно-поступательного перемещения вдоль оси цилиндра и возвратно-вращательного движения в плоскости, перпендикулярной к оси цилиндра, а по окружности каждой втулки выполнены пояс впускных окон с возможностью сообщения картерной полости с камерой сгорания перед тактом сжатия и пояс выпускных окон с возможностью сообщения камеры сгорания с выпускным каналом в конце расширения. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выходное отверстие перепускного канала расположено тангенциально окружности цилиндра. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что шаровой шарнир связи кривошипного вала с золотниковой втулкой выполнен в виде втулки с внешней сферической поверхностью, установленной в отверстии с внутренней сферической поверхностью, выполненном в кривошипном валу эксцентрично оси его вращения, во внутреннем отверстии втулки шарнира размещен цилиндрический вкладыш с буртиком, в котором расположен палец, связанный с золотниковой втулкой. 4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что сопряженные между собой поверхности элементов шарового шарнира снабжены уплотнениями. 5. Двигатель по пп.1 - 4, отличающийся тем, что связь пальца с золотниковой втулкой выполнена в виде закрепленного на ее цилиндрической поверхности хомута. 6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что палец выполнен заодно с хомутом. 7. Двигатель по пп.5 и 6, отличающийся тем, что на цилиндрической поверхности втулки в месте установки хомута выполнен по меньшей мере один кольцевой буртик, расположенный в кольцевой проточке, выполненной на внутренней поверхности хомута. 8. Двигатель по пп.1 - 7, отличающийся тем, что коленчатый вал выполнен составным в виде щек, между которыми установлена шатунная шейка, входящая соосными с ней цилиндрическими выступами меньшего диаметра в отверстия щек, а в шейке соосно с ней со стороны одного выступа выполнено резьбовое отверстие, сообщенное с конусной выточкой, выполненной со стороны противоположного выступа с уменьшением ее диаметра внутрь шейки, причем в конусной выточке установлена коническая втулка с резьбовым отверстием, в резьбовые отверстия шейки и втулки ввернут болт с двумя участками резьбы, а резьба последних выполнена с разным шагом. 9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что во внутренних поверхностях щек соосно с шатунной шейкой выполнены цилиндрические выточки, в которые установлены уплотнения, выполненные в виде подпружиненных шайб с возможностью контактирования своими торцевыми поверхностями с торцевыми поверхностями кривошипной головки шатуна, снабженных торцевыми и радиальными уплотнительными элементами. 10. Двигатель по пп.1 - 9, отличающийся тем, что на посадочных поверхностях каждого цилиндра и картера выполнены кольцевые буртики, соединение цилиндра с картером выполнено в виде хомута, стягивающего буртики картера и цилиндра, а поверхность по меньшей мере одного из буртиков, контактирующая с внутренней поверхностью хомута, выполнена конусной. 11. Двигатель по пп.1 - 10, отличающийся тем, что цилиндр и головка снабжены элементами воздушного охлаждения. 12. Двигатель по п.11, отличающийся тем, что элементы охлаждения цилиндра выполнены в виде ребер, расположенных в плоскости, перпендикулярной к оси цилиндра, а элементы охлаждения головки выполнены в виде конусных выступов, перпендикулярных к ее поверхности.