ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02B75/32 

Изобретение относится к конструкции бесшатунного двигателя внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), содержащий корпус, в котором размещен бесшатунный механизм, выполненный в виде двух штоко-поршневых узлов, размещенных в цилиндрах [1] Механизм газораспределения при этом размещен в штоко-поршневом узле.

Такая конструкция позволяет уменьшить габариты и, следовательно, металлоемкость двигателя. Однако, размещение механизма газораспределения в штоко-поршневом узле делает двигатель очень сложным, с большим количеством пар трения и зубчатых зацеплений, что требует изготовления деталей с очень высокой точностью и использования высококачественных материалов, что делает его в итоге дорогим и недостаточно надежным. Кроме того, надежность снижается за счет большого давления со стороны штоков на направляющие, что приводит к быстрому износу пар трения.

Известен также ДВС, содержащий картер с установленным на нем цилиндром, в котором размещен кулисно-кривошипный механизм с двумя коленчатыми валами, на которых закреплены уравновешивающие противовесы [2] Такая конструкция позволяет повысить надежность двигателя путем хорошей уравновешенности, однако уравновешивание достигается за счет усложнения конструкции, а именно работой двух кулисных механизмов на один поршень, что в целом приводит к увеличению габаритов и массы двигателя. Кроме того, наличие синхронизирующих шестерен можно считать фактором, усложняющим конструкцию и также снижающим его надежность.

Известен также ДВС, выбранный в качестве прототипа, содержащий параллельно установленные в одной плоскости цилиндры с поршнями, имеющие общую камеру сгорания [3] Применение такой схемы позволяет получить более уравновешенную систему, упростить механизм газораспределения и несколько повысить удельную мощность двигателя. Однако, известный двигатель можно эффективно использовать только как однородный, т.к. предлагаемый механизм синхронизации в виде шестерен не позволяет выполнить двигатель многорядным. Кроме того, использование зубчатого механизма синхронизации снижает надежность работы двигателя из-за больших пульсирующих нагрузок в зацеплениях за счет сил инерции. Использование противовесов снижает мощность, приходящуюся на единицу массы двигателя. Конструктивное выполнение механизма движения в известном ДВС практически не позволяет создавать на основе этого двигателя полностью уравновешенный двигатель малой массы и габаритов.

В основу изобретения поставлена задача создания поршневого двигателя, в котором полностью уравновешен механизм движения, обеспечена возможнсть увеличения частоты вращения коленчатого вала и удельной мощности двигателя и за счет этого появилась возможность значительно уменьшить его габариты и массу.

Поставленная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндры, попарно снабженные общей камерой сгорания, размещенные в цилиндрах поршни со штоками, кинематически связанные с коленчатым валом, расположенном в картере, согласно изобретению, двигатель снабжен выполненным из двух частей ползуном, жестко связанным со штоками поршней цилиндра и выполненным из двух частей камнем, размещенным на кривошипной шейке коленчатого вала и установленным с возможностью перемещения в полости, образованной в ползуне, причем между частями ползуна расположен набор введенных регулировочных прокладок, а сам ползун установлен с возможностью перемещения в направляющих, выполненных в картере.

Такая конструкция механизма движения позволяет его полностью уравновесить, в нем отсутствуют боковые давления в цилиндрах, в частности за счет установки ползуна с возможностью перемещения в направляющих картера, кроме того в предлагаемой конструкции нет шатунов, создающих давление перпендикулярно оси перемещения поршней, поэтому поршни можно выполнять укороченными и облегченными, а долговечность и надежность работы поршневой группы значительно повышается.

Предусмотренное настоящим изобретением выполнение ползуна из двух частей, между которыми размещен набор регулировочных прокладок и выполнение камня из двух половин позволяет в процессе выработки и образования зазоров между камнем, ползуном и кривошипной шейкой путем последовательного снятия прокладок устранять зазоры и обеспечить надежную работу двигателя с высокой частотой вращения коленчатого вала. При этом конструкция предлагаемого ДВС является довольно компактной.

При вращении коленвала центробежная сила инерции масс камня, связанных с кривошипной шейкой, полностью уравновешивается силой инерции соседнего камня, расположенного на соседней кривошипной шейке. Сила инерции поступательно движущихся масс (ползун, болты, штоки, поршни) также полностью уравновешивается силой инерции аналогичных масс, поступательно движущихся в противофазе.

Таким образом ДВС, выполненный согласно настоящему изобретению, позволяет создать полностью уравновешенный двигатель с возможностью увеличения частоты вращения коленчатого вала и удельной мощности двигателя и за счет этого значительно уменьшить его габариты и массу.

На чертеже показан поперечный разрез двигателя по одному из рядов (плоскостей).

Двигатель содержит цилиндры 1 с поршнями 2 и общей камерой сгорания 3, выполненные в виде блока и установленные попарно в параллельных плоскостях. Поршни 2 связаны через штоки 4 с верхней половиной ползуна 5, которая с помощью болтов 6 скреплена с нижней половиной ползуна 7. Между половинами ползунов 5 и 7 имеется полость 8 с поперечными направляющими 9, в которых размещен камень, также состоящий из двух половин 10 и 11, охватывающих кривошипную шейку 12 коленчатого вала 13, расположенного в картере 14. В картере 14 имеются вертикальные направляющие 15 ползуна 5, 7. Блок цилиндров 1 непосредственно закреплен в корпусе 16, имеющем крышку 17. В крышку 17 ввинчена свеча зажигания 18, общая для камеры сгорания 3. С крышкой 17 связаны узлы клапанов и распредвала (на чертеже не показаны). Между половинами ползуна 5, 7 имеется набор регулировочных прокладок 19, а между половинами камня 10, 11 зазор 20.

Двигатель работает следующим образом. При синфазном движении поршней одного ряда от ВМТ к НМТ газовая сила, возникающая в общей камере сгорания 3, равномерно передается штоками 4 ползуну 5, 7, при этом с помощью камня 10, 11 поступательное в вертикальном направлении движение ползуна 5, 7 по направляющим 15 преобразуется в поступательное относительное в горизонтальном направлении движение камня 10, 11 по направляющим 9, передающего вращательное движение на кривошипную шейку 12 коленчатого вала 13, с которого снимается крутящий момент. Вращательное движение коленвала достигается как результат сложения двух поступательных движений во взаимно перпендикулярных направлениях.

Наиболее успешно предлагаемый двигатель может быть использован в обычных автомобилях. Его использование по сравнению с существующими двигателями имеет следующие преимущества: минимальное количество подвижных соединений, в нем отсутствуют зубчатые передачи, снижающие надежность, отсутствует боковое давление на поршни, что значительно повышает долговечность поршневой группы; масса штоко-поршневой группы минимальна, это позволяет увеличивать быстроходность и мощность двигателя. Установка регулировочных прокладок между верхней и нижней частями ползуна и обеспечение зазора между верхней и нижней частями камня позволяют значительно увеличить срок службы двигателя; механизм движения предлагаемого двигателя позволяет выполнить двигатель многорядным и полностью уравновешенным без применения противовесов.

Использование: изобретение относится к конструкциям бесшатунных двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндры 1 с поршнями 2 и общей камерой сгорания 3, которые выполнены в виде блока и установлены попарно в параллельных плоскостях. Поршни 2 через штоки связаны с ползуном, выполненным из двух половин 5 и 7 с плоскостью 8, в которой имеются поперечные направляющие 9, в которых размещен камень, также состоящий из двух половин 10 и 11, охватывающий кривошипную шейку 12. В картере 14 имеются вертикальные направляющие 15 ползунов 5, 7. Блок цилиндров неподвижно закреплен в корпусе. 1 ил.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндры, попарно снабженные общей камерой сгорания, размещенные в цилиндрах поршни со штоками, кинематически связанные с коленчатым валом, расположенным в картере, отличающийся тем, что двигатель снабжен выполненным из двух частей ползуном, жестко связанным со штоками поршней цилиндра и выполненным из двух частей камнем, размещенным на кривошипной шейке коленчатого вала и установленным с возможностью перемещения в полости, образованной в ползуне, причем между частями ползуна расположен набор введенных регулировочных прокладок, а сам ползун установлен с возможностью перемещения в направляющих, выполненных в картере.