КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B57/00 F02B59/00 

Изобретение относится к автомобильной промышленности, в частности к двигателям внутреннего сгорания, устанавливаемым на автомобилях, и может быть также использовано для поршневых насосов.

Известен кривошипно-шатунный механизм одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, поршень, шарнирно соединенный с верхней головкой шатуна, а нижняя головка шатуна подвижно закреплена на шейке коленчатого вала. При вертикальном перемещении поршня вместе с шатуном вращается коленчатый вал. При этом прямолинейное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленвала. Силы трения поршня о цилиндр очень значительны и срок службы таких двигателей сокращается[1]
Известен также кривошипно-шатунный механизм многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, содержащий несколько цилиндров, в каждом из которых поршень соединен с верхней головкой шатуна, а нижняя головка шатуна подвижно закреплена на шейке коленчатого вала. В многоцилиндровых двигателях при движении поршней в одну сторону в разных цилиндрах происходит различные процессы в строго определенной последовательности. При этом возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. В таких двигателя потери на трение в цилиндро-поршневой группе составляют 60% а габариты двигателя и вес очень значительны [2]
Задача изобретения уменьшение потерь на трение поршня и цилиндра, кроме того, упрощение конструкции, уменьшение габаритов и веса конструкции.

Это достигается тем, что кривошипно-шатунный механизм представляет собой корпус, выполненный в виде цилиндрической шестерни с внутренним зацеплением, которое взаимодействует с шестерней-сателлитом, соединенной шарнирно с поршнем и кривошипом, причем соотношение количества зубьев шестерни-сателлита к количеству зубьев цилиндрической шестерни составляет 1:2, а оси шаpниpного соединения шестерни-сателлита и поршня и начальных окружностей зубьев шестерен в крайнем верхнем и нижнем положениях совпадают. Поршень передает усилие через шарнир на шестерню-сателлит, которая в свою очередь за счет внутреннего зацепления корпуса и шарнирного соединения передает усилие на кривошип, преобразуя полученное усилие возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение кривошипа. При этом шестерня-сателлит выполняет роль шатуна, и поэтому отсутствие боковой реакции шатуна на цилиндр уменьшает силы трения до минимума. Количество зубьев шестерни-сателлита к количеству зубьев цилиндрической шестерни составляет 1:2. Такое соотношение зубьев является необходимым, так как при этом поршень будет двигаться по прямой. На фиг. 1 изображен разрез по оси цилиндрической шестерни кривошипно-шатунного механизма с соосным расположением двух цилиндров с поршнями на одной шейке шестерни-сателлита; на фиг. 2 графически движение шестерни-сателлита и цилиндрической шестерни; на фиг. 3 зацепление шестерни-сателлита с шестерней с внутренним зацеплением в одном из крайних положений.

На чертеже видно, что в результате бесскользящего перекатывания внутренней окружности точка А, обозначенная на малой окружности, будет передвигаться по прямой линии, проходя расстояние диаметра большой окружности и обратно до начального положения. Точка К будет передвигаться аналогично, но в поперечном направлении. Одновременно центр малой окружности Е будет совершать вращательное движение по окружности вокруг точки О.

Ось шарнирного соединения шестерни-сателлита и поршня и начальные окружности зубьев шестерен в крайнем верхнем и нижнем положениях совпадают (фиг. 3). В случае невыполнения этих условий устройство становится неработоспособным. Точка А на чертеже является точкой соприкосновения двух зубьев, а также через эту точку проходят линии начальных окружностей обеих шестерен и осевая линия движения поршня. В случае отклонения осевой линии поршня или линий начальных окружностей обеих шестерен от точки А движение поршня будет происходить по прямой, но не по оси цилиндров.

Использование предлагаемого кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего cгорания позволяет увеличить cрок cлужбы двигателя, уменьшить расход топлива, повысить КПД двигателя. Благодаря отсутствию боковой реакции шатуна на цилиндр силы трения также отсутствуют, а значит и уменьшаются потери на трение поршень-цилиндр, которые составят 5-7% вместо 60% уменьшается количество подшипников скольжения. При спаренном варианте цилиндров на два цилиндра приходится один подшипник скольжения и четыре подшипника качения, при этом потери на трение составят 4-5% против 10% Итого из 100% потерь на трение двигателя исключаются 52-60%
Кривошипно-шатунный механизм состоит из корпуса 1, выполненного в виде цилиндрической шестерни с внутренним зубчатым зацеплением, поршня 2, соединенного при помощи шарнирного соединения 3 с шестерней-сателлитом 4, которая через шарнирное соединение 5 соединена с кривошипом 6, установленным на подшипниках качения.

Механизм работает следующим образом. При возникновении давления на поршень 2 он движется поступательно, передавая усилие через шарнир 3 на шестерню-сателлит 4. В свою очередь за счет зацепления шестерни-сателлита 4 за внутреннее зубчатое зацепление корпуса и шарнирное соединение 5 шестерня 4 передает усилие на кривошип 6, который, вращаясь, передает усилие на рабочие органы машины. При этом возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение кривошипа.

Использование: изобретение относится к автомобильной промышленности, в частности к двигателям внутреннего сгорания, устанавливаемым на автомобилях, и может быть использовано для поршневых насосов. Сущность изобретения: кривошипно-шатунный механизм представляет собой корпус, выполненный в виде цилиндрической шестерни с внутренним зацеплением, которое взаимодействует с шестерней-сателлитом, соединенной шарнирно с поршнем и кривошипом, причем соотношение количества зубьев шестерни-сателлита к количеству зубьев цилиндрической шестерни составляет 1 2, а ось шарнирного соединения шестерни-сателлита и поршня и начальных окружностей зубьев шестерни в крайнем верхнем и нижнем положениях совпадают. Поршень передает усилие через шарнир на шестерню-сателлита, которая в свою очередь за счет уменьшения внутреннего зацепления корпуса и шарнирного соединения передает усилие на кривошип, при этом полученное усилие преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение кривошипа. При этом шестерня-сателлит выполняет роль шатуна, и поэтому отсутствует боковая реакция шатуна на цилиндр, уменьшает силы трения до минимума. 3 ил.

КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, включающий корпус, цилиндр с поршнем и поршневыми кольцами, кривошип, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде цилиндрической шестерни с внутренним зацеплением, взаимодействующей с введенной шестерней-сателлитом, соединенной шарнирно с поршнем и кривошипом, причем соотношение количества зубьев шестерни-сателлита к количеству зубьев цилиндрической шестерни составляет 1 2, а ось шарнирного соединения сателлита-шестерни и поршня и начальные окружности зубьев шестерен в крайнем верхнем и нижнем положениях совпадают.