ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02B75/32 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности, к двух- и четырехтактным двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, включающий один или несколько цилиндров, каждый из которых содержит поршень со штоком, захватный орган, выполненный в виде зубчатой рейки, шестерню отбора мощности, установленную с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой и опору зубчатой рейки [1]
Недостатком известного двигателя является пониженное значение коэффициента полезного действия за счет потерь на трение.

Задача изобретения заключается в повышении значения коэффициента полезного действия.

Поставленная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания включает один или несколько цилиндров, каждый из которых содержит поршень со штоком, захватный орган, выполненный в виде зубчатой рейки, шестерню отбора мощности, установленную с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой и опору зубчатой рейки, причем зубчатая рейка связана со штоком через параллелограммные связи и снабжена механизмом поддержания рейки в верхнем положении, опора зубчатой рейки выполнена подвижной и подпружиненной к зубчатой рейке и снабжена роликом и механизмом управления и фиксации в рабочих положениях, а на штоке выполнен упор с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой.

Ролик может содержать опоры качения, а механизм управления и фиксации подвижной опоры может быть выполнен в виде гидроцилиндра, размещенного в подвижной опоре, защелки рейки на штоке, и обратных клапанов.

Последние могут быть установлены с возможностью управления от дополнительных упоров штока, а рейка может быть снабжена пазом для ролика.

На чертеже изображен двигатель внутреннего сгорания, представленный одним из цилиндров. Стрелкой показано направление перемещения рейки, пунктиром ее конечное верхнее положение.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндры 1. Каждый цилиндр включает поршень 2 со штоком 3, захватный орган в виде рейки 4, на параллелограммных связях 5 и осях 6 и 7 установленной в проеме штока 3, шестерню отбора мощности 8 и упорный ролик 9, с помощью подшипника 10 и оси 11 установленный на подвижную опору 12. Подвижная опора 12 имеет гидроцилиндр с полостью 13, в которую входит цилиндрическая направляющая 14 и пружина 15, и которая соединяется магистралями 16 и 17 с установленными на корпусе 18 устройства обратными клапанами 19 и 20. Каждый обратный клапан включает стенку с отверстием 21, поршень со штоком 22, соединенным с запирающим шариком 23, расположенным с противоположной от поршня стороны стенки. Шарик подпружинен к стенке 21 пружиной 24. Полости 25 обратных клапанов 19 и 20 магистралью 26 соединены между собой и с баком-питателем 27. Шток 3 имеет дополнительные упоры 28, 29, упор 30 для рейки и полость 31. В полости 31 установлен поджатый пружиной 32 к дальней стенке стакан 33 с хвостовиком 34, защелка 35 с пружиной 36. Рейка 4 имеет гнездо 37. Поршень 2 имеет упор 38. Шток 3 имеет опору 39. Защелка 35 имеет на носке три участка нижнюю фаску, верхнюю фаску и соединенную с ней горизонтальную полку. Рейка 4 имеет пластину 40 с горизонтальной полкой 41.

Устройство работает следующим образом.

Исходные условия. На фигуре представлен момент движения поршня на рабочем ходу. Под действием давления от горения рабочей смеси поршень 2 со штоком 3 перемещаются вправо. Усилие со штока 3 через упор 30 передается на рейку 4, а с нее на шестерню отбора мощности 8. Усилие от эвольвентного зацепления рейки 4 с шестерней отбора мощности 8, направленное перпендикулярно оси штока, воспринимается упорным роликом 9, и через подшипник 10, ось 11, подвижную опору 12 и цилиндрическую направляющую 14 передается на корпус 18. Полость 13 подвижной опоры 12 магистралями 16 и 17 связана с глухими полостями обратных клапанов 19 и 20, запертыми подпружиненными запирающими шариками 23. Жидкости некуда сливаться и она вынуждена передавать усилие с подвижной опоры 12 на направляющую 14.

При окончании рабочего хода поршень 2 упирается в упор 38, а дополнительный упор 29 штока 3 в поршень 22 обратного клапана 20. Шток останавливается. На последнем отрезке пути штока 3 хвостовик 34, упершись в корпус 18, останавливает перемещение стакана 33 и защелки 35. К концу хода штока защелка 35 полностью выходит из полости 31.

При упирании дополнительного упора 29 в поршень 22, последний через шток отодвигает запирающий шарик 23 от сетки с отверстием 21, т.е. запорный клапан открывается, обеспечивая сообщение по магистралям 17 и 26 полости 13 и бака-питателя 27.

После остановки штока 3, рейка 4, к этому моменту времени уже являющаяся ведомым по отношению к шестерне отбора мощности 8, продолжает двигаться вправо. Параллелограммные связи 5, вращаясь относительно неподвижных осей 7, начинают поднимать рейку 4. Рейка поднимает упорный ролик 9, сжимая при этом пружину 15 и вытесняя через открытую магистраль жидкость из полости 13 в бак-питатель 27.

Рейка при своем перемещении вверх и вправо, торцем нажимает на нижнюю фаску защелки 35 и, сжимая пружину 36, утапливает ее в полость стакана 33. В последние моменты взаимодействия зубьев шестерни отбора мощности и рейки, при поднятии рейки верхний край гнезда 37 оказывается против верхней фаски защелки. Под действием пружины 36 защелка начинает выдвигаться из стакана и, сжимая пружину 15, поднимает рейку в конечное верхнее положение на высоту, обеспечивающую гарантированный зазор между рейкой и шестерней отбора мощности. После прохождения участка подъема верхний край гнезда начинает скользить по горизонтальной полке. Перемещение защелки заканчивается при упирании ее буртиков в уступы на стакане. На этом рабочий ход заканчивается.

После рабочего хода сразу же после фиксированной паузы в цилиндре начинается движение поршня со штоком влево.

Шток 3 начинает отходить от корпуса 18, стакан 33 при этом под действием пружины 32 остается на месте. Верхний край гнезда 37 скользит по горизонтальной полке, поддерживая рейку поднятой. Упор 29 перемещается влево. Под действием пружины 24 поршень со штоком 22 с запирающим шариком 23 обратного клапана 20 начинает также перемещаться влево и шарик 23 перекрывает отверстие в стенке 21, т.е. запорный клапан закрывается. Полость 13 оказывается на гидростопоре и упорный ролик 9 зависает в верхнем положении.

После того, как магистраль оказалась запертой, начинается сход верхнего края гнезда 37 по верхней фаске защелки 35. Рейка 4 начинает опускаться и ложится горизонтальной полкой 41 на верхнюю часть упорного ролика 9. Заложенный зазор (больший по величине, чем ход рейки вниз при опускании) исключает соприкосновение зубьев на протяжение всего хода рейки влево.

В конечной стадии перемещения штока влево дополнительный упор 28 нажимает на поршень 22 обратного клапана 19 и открывает его, обеспечивая сообщение по магистралям 16 и 26 полости 13 и бака-питателя 27. Под действием пружины 15 подвижная опора 12 начинает опускаться, подсасывая через открытую магистраль жидкость из бака-питателя 27 в полость 13, упорный ролик 9 подвижной опоры опускает рейку 4 до упирания ее торцем в упор 30 штока. На этом цикл кончается.

В начале следующего рабочего хода или цикла перемещения поршня 2 со штоком 3 вправо происходит следующее. До начала взаимодействия рейки 4 с шестерней отбора мощности 8 дополнительный упор 28 перемещается вправо и перестает контактировать со штоком 22 обратного клапана 19. Пружина 24 клапана поджимает запирающий шарик 23 к стенке с отверстием 21. Обратный клапан 19 закрывается, разрывая связь полости 13 с баком-питателем 27. Полость 13 оказывается на гидростопоре и упорный ролик 9, находясь в нижнем положении, готов к восприятию рабочих нагрузок.

Использование: двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия двигателя посредством замены опоры скольжения штока на подвижную опору качения зубчатой рейки, чем обеспечивается снижение коэффициента потерь на трение. Введение опоры непосредственно на подвижный элемент - зубчатую рейку, исключает из силовой цепи параллелограммные связи, превращая их во вспомогательные элементы. Снижение напряжений в этих узлах резко уменьшает их вес, а следовательно и паразитную массу штока, что также повышает коэффициент полезного действия. В двигателе для обеспечения работы подвижной опоры используются механизмы управления и фиксации опоры в рабочих положениях в виде гидроцилиндра в подвижной опоре, обратных клапанов, управляемых упорами на штоке и защелки рейки на штоке. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, включающий один или несколько цилиндров, каждый из которых содержит поршень со штоком, захватный орган, выполненный в виде зубчатой рейки, шестерню отбора мощности, установленную с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой и опору зубчатой рейки, отличающийся тем, что зубчатая рейка связана со штоком через параллелограммные связи и снабжена механизмом поддержания рейки в верхнем положении, причем опора зубчатой рейки выполнена подвижной и подпружиненной к зубчатой рейке и снабжена роликом и механизмом управления и фиксации в рабочих положениях, а на штоке выполнен упор с возможностью взаимодействия с зубчатой рейкой. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ролик содержит опоры качения, механизм управления и фиксации подвижной опоры выполнен в виде гидроцилиндра, размещенного в подвижной опоре, защелки рейки на штоке, и обратных клапанов, причем последние установлены с возможностью управления от дополнительных упоров штока, а рейка снабжена пазом для ролика.