ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B75/32 F02D15/04 F02B75/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может найти применение при проектировании двигателей внутреннего сгорания с изменяемым ходом поршня.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршень, жестко соединенный со штоком, на котором выполнен зубчатый венец, два промежуточных вала, сообщенных между собой при помощи шестерен с выходным валом. На каждом промежуточном валу установлены полушестерни, входящие попеременно в зацепление с зубчатой рейкой штока поршня [1].

Недостатком известной конструкции двигателя внутреннего сгорания (ДВС) является его малая надежность, обусловленная несовершенством кинематической схемы. Данное обстоятельство поясняется тем, что в процессе работы двигателя при движении поршней в цилиндрах передача крутящего момента осуществляется через полушестерни, установленные на промежуточных валах двигателя, которые в свою очередь не в состоянии, в силу их конструкции, обеспечить безвибрационную передачу крутящего момента на выходной вал двигателя.

Кроме того, данная конструктивная схема не позволяет регулировать величину хода поршня в процессе работы ДВС.

Частично вышеперечисленные недостатки устранены в техническом решении, принятом в качестве прототипа, и раскрывающий двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрами, поршни, жестко связанные со штоком и установленные в цилиндрах, два промежуточных вала с шестернями, размещенные по разные стороны от штока, выходной вал с зубчатым колесом, установленный параллельно промежуточным валам, рабочие зубчатые рейки, выполненные на штоках, муфты свободного хода с зубчатыми венцами, размещенные на промежуточных валах, причем шестерни входят в зацепление с зубчатым колесом, зубчатые венцы - с рабочими зубчатыми рейками, а муфты свободного хода, расположенные на разных промежуточных валах выполнены с возможностью кинематической связи промежуточного вала и штока поршня при противоположных движениях последнего [2].

Негативной стороной данной конструктивной схемы является невозможность регулировать величину хода поршня в процессе эксплуатации ДВС, что делает данный двигатель малоэффективным.

Целью изобретения, т. е. тем техническим результатом, который можно получить от использования предложенной конструкции ДВС, является повышение эффективности работы последнего и расширение его функционального назначения.

Поставленная цель достигается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрами, поршни, жестко связанные со штоком и установленные в цилиндрах, два промежуточных вала с шестернями, размещенные по разные стороны от штока, выходной вал с зубчатым колесом, установленный параллельно промежуточным валам, рабочие зубчатые рейки, выполненные на штоках, муфты свободного хода с зубчатыми венцами, размещенные на промежуточных валах, причем шестерни входят в зацепление с зубчатым колесом, зубчатые венцы - с рабочими зубчатыми рейками, а муфты свободного хода, расположенные на разных промежуточных валах, выполнены с возможностью кинематической связи промежуточного вала и штока поршня при противоположных движениях последнего, снабжен управляемыми механизмами изменения величины хода поршня, по числу цилиндров, каждый механизм выполнен в виде дополнительной зубчатой рейки, жестко связанной со штоком, стопорной шестерни, свободно установленной на неподвижной оси в корпусе и управляемого стопорного устройства, причем стопорная шестерня входит в зацепление с дополнительной зубчатой рейкой, а управляемое стопорное устройство выполнено с возможностью фиксации стопорной шестерни с неподвижной осью.

Кроме того в предложенном двигателе управляемое стопорное устройство выполнено в виде тормозных колодок, установленных с возможностью перемещения вдоль неподвижной оси и с возможностью взаимодействия с поверхностью стопорной шестерни.

Наличие у заявленного изобретения отличительной от прототипа совокупности существенных признаков, каждый из которых необходим, а все они достаточны для достижения поставленной цели, делает данное изобретение новым.

Проведенный в данной и смежной отраслях техники патентный поиск не выявил источников информации, которые бы содержали признаки отличительной совокупности формулы изобретения, на основании чего можно конcтатировать, что предложенное изобретение явным образом не вытекает из существующего уровня техники и обладает изобретательским замыслом.

На фиг. 1 показана схема двигателя; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с цилиндрами 2. В цилиндрах 2 установлены поршни 3 со штоками 4, на которых выполнены рабочие зубчатые рейки 5, входящие в зацепление с зубчатыми венцами 6 муфт свободного хода 7.

Муфты свободного хода 7 размещены на промежуточных валах 8 и 9, на которых также размещены шестерни 10 и 11.

Шестерни 10 и 11 входят в зацепление с зубчатым колесом 12 выходного вала 13.

Для регулировки величины хода поршней 3 двигатель снабжен управляемыми механизмами изменения величины хода поршня для каждого цилиндра. Каждый механизм изменения величины хода поршня содержит дополнительную зубчатую рейку 14, стопорную шестерню 15, свободно установленную на неподвижной оси 16 и управляемого стопорного устройства, выполненного например в виде тормозных колодок 17, установленных с возможностью перемещения под действием привода (гидравлического или механического) вдоль подвижной оси 16 и фиксации стопорной шестерни 15 с неподвижной осью 16.

Муфты свободного хода, размещенные на различных валах, выполняются с возможностью кинематической связи промежуточного вала и штока поршня при противоположных движениях последнего.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При воспламенении топлива в цилиндрах 2 продукты сгорания воздействуют на поршень 3, перемещая последний в цилиндре 2, при этом муфта свободного хода 7, расположенная на одном из валов, например на промежуточном валу 8, осуществляет кинематическую связь штока 4 через рабочую зубчатую рейку 15 и зубчатый венец 6 с промежуточным валом 8, передавая последнему крутящий момент. Во время рабочего хода муфта свободного хода, расположенная на втором промежуточном вале 9, разъединяет кинематическую связь штока 4 с промежуточным валом 9, а зубчатый венец 6 свободно вращается относительно промежуточного вала 9, каждый в свою очередь, через шестерню 10 получает крутящий момент от зубчатого колеса 12 и шестерни 11 промежуточного вала 8. Во время рабочего хода стопорная шестерня 15 свободно вращается на неподвижной оси 16. При движении поршня 3 к ВМТ во время подготовительного цикла работы перемещение поршня осуществляется через кинематическую связь штока 4, рабочую зубчатую рейку 15 и зубчатый венец 6 муфты свободного хода 7 от промежуточного вала 9, при этом кинематическая связь штока 4 и промежуточного вала 8 разомкнута, а промежуточный вал 8 вращается от поршня другого цилиндра, стопорная шестерня 15 также свободно вращается на неподвижной оси 16. Таким образом, один промежуточный вал 8 осуществляет передачу нагрузки от поршней 3 к выходному валу 13 и обеспечивает вращение второго вала 9. Для оптимизации рабочего процесса, в случае необходимости, обеспечивают изменение величины перемещения поршней 3, для чего перемещают тормозные колодки 17 вдоль неподвижной оси 16, в зависимости например от сигнала датчика какого-либо параметра работы ДВС, и фиксируют стопорную шестерню 15, которая обеспечивает остановку поршня 3 в нужном положении, после чего тормозную колодку 17 разъединяют со стопорной шестерней, позволяя последней свободно вращаться на неподвижной оси.

Двигатель может работать как по двухтактному, так и по четырехтактному циклу и может быть карбюраторным или дизельным.

Механизм изменения величины хода поршней позволяет, в зависимости от величины нагрузки или вида используемого топлива оптимизировать рабочий процесс.

Использование: двигатели внутреннего сгорания с изменяемым ходом поршня. Сущность изобретения: штоки 4 поршней двигателя через рабочие зубчатые рейки 5 кинематически связаны с зубчатыми венцами 6 муфт свободного хода 7, расположенных на двух промежуточных валах 8 и 9. Последние через шестерни 10 и 11 связаны с выходным валом 13 через зубчатое колесо 12. Стопорная шестерня 15, свободно установленная на неподвижной оси, может быть зафиксирована с помощью тормозных колодок 17, для остановки поршня в нужном положении. Стопорная шестерня 15 входит в зацепление с дополнительной зубчатой рейкой 14. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с цилиндрами, поршни, жестко связанные со штоком и установленные в цилиндрах, два промежуточных вала с шестернями, размещенные по разные стороны от штока, выходной вал с зубчатым колесом, установленный параллельно промежуточным валам, рабочие зубчатые рейки, выполненные на штоках, муфты свободного хода с зубчатыми венцами, размещенные на промежуточных валах, причем шестерни входят в зацепление с зубчатым колесом, зубчатые венцы - с рабочими зубчатыми рейками, а муфты свободного хода, расположенные на разных промежуточных валах, выполнены с возможностью кинематической связи промежуточного вала и штока поршня при противоположных движениях последнего, отличающийся тем, что двигатель снабжен управляемыми механизмами изменения величины хода поршня по числу цилиндров, каждый механизм выполнен в виде дополнительной зубчатой рейки, жестко связанной со штоком, стопорной шестерни, свободно установленной на неподвижной оси в корпусе, и управляемого стопорного устройства, причем стопорная шестерня входит в зацепление с дополнительной зубчатой рейкой, а управляемое стопорное устройство выполнено с возможностью фиксации стопорной шестерни с неподвижной осью. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что управляемое стопорное устройство выполнено в виде тормозных колодок, установленных с возможностью перемещения вдоль неподвижной оси и взаимодействия с поверхностью стопорной шестерни.