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

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ДВС.

Известен поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршень с четным количеством рабочих поверхностей, установленный в цилиндре, и зубчатую рейку, соединенную с одной из рабочих поверхностей поршня. Рейка приводит в движение зубчатое колесо, которое соединено с приводным валом через механизм свободного хода, запирающийся в одном из направлений вращений.

Недостатком этого двигателя является невозможность его пуска от внешнего устройства (стартера).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является двигатель, содержащий поршень, с которым жестко соединена зубчатая рейка, находящаяся в зацеплении с шестерней, установленной на вращающемся валу. Между валом и шестерней установлен механизм свободного хода, запирающийся в одном из направлений вращения. С нижним концом рейки соединен шатун, связанный с коленчатым валом.

Данный двигатель способен запускаться от внешнего устройства (стартера), но в виду того, что в нем отсутствуют элементы, компенсирующие боковые силы, возникающие в верхней головке шатуна, и осевые силы, возникающие в зацеплении рейка-шестерня, эффективность и надежность двигателя снижаются.

К недостаткам двигателя можно отнести и отсутствие в конструкции устройства выравнивания резкопеременного крутящего момента, снимаемого для работы приводных агрегатов.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности двигателя.

Это достигается благодаря тому, что поршневой ДВС, содержащий перемещающийся по меньшей мере в одном цилиндре поршень, с которым соединена зубчатая рейка, находящаяся в зацеплении с шестерней, передающей через механизм свободного хода вращение к рабочему валу, и закрепленный на зубчатой рейке шатун, соединенный с коленчатым валом, дополнительно снабжен устройством компенсации боковых сил, возникающих при работе К.Ш.М. в верхней головке шатуна, и устройством компенсации осевых и боковых сил, возникающих в зацеплении рейка-шестерня, а выходной вал механизма свободного хода, являющийся рабочим валом двигателя, через демпфер соединен с маховиком. При этом устройство компенсации боковых сил в верхней головке шатуна выполнено в виде направляющих салазок, обеспечивающих движение нижнего конца рейки только в возвратно-поступательном направлении, причем контакт нижней части рейки с салазками осуществляется посредством трения-скольжения либо трения-качения. Устройство компенсации осевых и боковых сил в зацеплении рейка-шестерня выполнено в виде роликового или эквивалентного ему упорно-фиксирующего элемента либо в виде дополнительной шестерни, входящей в зацепление с зубчатой рейкой, выполненной в этом случае с двумя рабочими зубчатыми поверхностями, которая через механизм свободного хода и зубчатую передачу соединена с рабочим валом двигателя. Демпфер и маховик могут быть объединены в единый узел, что улучшает компактность двигателя. Для увеличения износостойкости зубчатого зацепления соосно с шестерней может быть установлен один или более роликов, взаимодействующих с зубчатой рейкой, котоpая в этом случае содержит плоские направляющие для упомянутых роликов.

На чертеже представлена схема поршневого ДВС.

Поршневой ДВС содержит перемещающийся в цилиндре 1 поршень 2, с которым соединена зубчатая рейка 3, находящаяся в зацеплении с шестерней 4, вал 5 которой соединен (или входит конструктивно) с механизмом 6 свободного хода, вал 7 которого, являющийся рабочим валом двигателя, через демпфер 8 соединен с маховиком 9, что обеспечивает выравнивание резкопеременного крутящего момента. На зубчатой рейке 3 закреплен шатун 10, соединенный с коленчатым валом 11. В блоке цилиндров закреплено устройство компенсации боковых сил, возникающих при работе К.Ш.М. в верхней головке шатуна 10, которое выполнено в виде направляющих салазок 12, которые обеспечивают движение нижнего конца зубчатой рейки 3 только в возвратно-поступательном направлении, при этом контакт рейки 3 с салазками 12 осуществлен посредством трения-качения либо трения-скольжения. Размер и форма салазок 12 определяются кинематикой и динамикой К.Ш.М.

Устройство компенсации осевых и боковых сил в зацеплении рейка 3 - шестерня 4 выполнено в виде роликового или эквивалентного ему упорно-фиксирующего элемента 13, установленного со стороны, обратной зубчатому зацеплению, либо в виде дополнительной шестерни, которая через дополнительные механизм свободного хода и зубчатую передачу соединяется с рабочим валом 7 двигателя. В этом случае рейка 3 выполняется с двумя противолежащими зубчатыми рабочими поверхностями.

В двигателях с малым числом цилиндров демпфер 8 и маховик 9 могут быть объединены, что улучшает компактность двигателя. Шатун 10 может быть закреплен как на нижнем конце зубчатой рейки 3, так и в верхней ее точке, а также в любом другом конструктивно удобном месте рейки. Во втором случае улучшается компактность двигателя, но дополнительно устанавливается элемент, передающий боковую силу через поршень 2 на стенку цилиндра 1.

Для увеличения износостойкости зубчатого зацепления рейка-шестерня соосно с шестерней 4 (и дополнительной шестерней в случае ее установки) может быть установлен один или более роликов, а рейка 3 в этом случае выполняется с ответными роликами одной или более плоскими направляющими, не нарушающими контакт зубчатого зацепления.

Работает двигатель следующим образом.

Ход поршня 2 задается от внешнего пускового устройства (стартера) через коленвал 11 и шатун 10. Газовые процессы, происходящие в рабочей плоскости цилиндра, могут быть организованы по любому известному циклу.

Во время такта рабочего хода поршень 2 с рейкой 3 движутся от В.М.Т. к Н. М. Т. Зубчатая часть рейки 3, находящаяся в зацеплении с шестерней 4, передает ей вращательное движение, которое, в свою очередь, передается валу 5 и далее к механизму 6 свободного хода, направление рабочего заклинивания которого совпадает с рабочим направлением вращения вала 5 шестерни 4. В результате механизм 6 свободного хода обеспечивает передачу вращения от шестерни 4 к рабочему валу 7 в одном направлении в свободное вращение данной шестерни относительно указанного вала в другом направлении, что обеспечивает вращение рабочего вала 7 лишь в одном направлении и снятие с него через демпфер 8 с механизмом 9 крутящего момента.

К. Ш.М., обеспечивающий ход поршня и как следствие - цикличность работы двигателя, может быть заменен копиром, кулачком, наклонной шайбой и т. п.

Заявляемый двигатель может работать совместно с любой известной кинематической схемой ДВС.

Использование: машиностроение, может быть использовано в конструкции двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: в двигатель, содержащий расположенный в цилиндре 1 поршень 2, с которым соединена зубчатая рейка 3, находящаяся в зацеплении с шестерней 4, передающей через механизм 6 свободного хода вращение к рабочему валу 7, и закрепленный на зубчатой рейке 3 шатун 10, соединенный с коленчатым валом 11, дополнительно установлены устройство компенсации боковых сил, возникающих в верхней головке шатуна 10 при работе, кривошипно-шатунный механизм и устройство компенсации осевых и боковых сил, возникающих в зацеплении рейка-шестерня. Соединение выходного вала 7 механизма свободного хода с маховиком 9 через демпферное устройство 8 обеспечивает выравнивание резкопеременного крутящего момента, а установка соосно шестерне 4 одного или более роликов 13 и выполнение зубчатой рейки 3 соответствующими роликам плоскими направляющими повышает износостойкость зубчатого зацепления. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус, выходной вал, коленчатый вал, маховик, по меньшей мере один цилиндр, установленный в нем поршень, жестко связанный с зубчатой рейкой, находящейся в зацеплении с шестерней, сообщенной с выходным валом посредством механизма свободного хода, шатун, верхней головкой шарнирно связанный с рейкой, а нижней головкой - с шейкой коленчатого вала, отличающийся тем, что двигатель дополнительно снабжен демпфером, устройством компенсации боковых сил в верхней головке шатуна и устройством компенсации осевых и боковых сил в зацеплении рейка - шестерня, а выходной вал через демпфер соединен с маховиком. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство компенсации боковых сил в верхней головке шатуна выполнено в виде вертикальных направляющих в корпусе и салазок, жестко закрепленных на рейке, причем направляющие и салазки образуют пару скольжения или качения. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство компенсации осевых и боковых сил в зацеплении рейка - шестерня выполнено в виде роликового либо упорно-фиксирующего элемента, закрепленного в корпусе с другой стороны рейки относительно упомянутого зацепления. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство компенсации осевых и боковых сил в зацеплении рейка - шестерня выполнено в виде дополнительной шестерни, установленной с другой стороны рейки относительно упомянутого зацепления и через механизм свободного хода и зубчатую передачу связанной с выходным валом, а зубчатая рейка выполнена с двумя зубчатыми рабочими поверхностями. 5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что демпфер и маховик выполнены в виде отдельных элементов либо объединены в один узел. 6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит установленный соосно с шестерней один или более роликов, а зубчатая рейка выполнена с плоскими направляющими, взаимодействующими с роликами.