Изобретение относится к тепловым двигателям, в частности к двигателям внутреннего сгорания с самовоспламенением (с впрыском топлива), и карбюраторным, применяемым на автомобильном транспорте и авиации.
Известны конструкции блочных двигателей, представляющие собой отдельные одноцилиндровые двигатели, соединенные посредством шестерен в общий блок для повышения компактности и надежности в работе и упрощения эксплуатации и ремонтного обслуживания.
Известно соединение отдельных блоков (секций) двигателя через муфту для возможности подключения или отключения по меньшей мере одного блока (секции) двигателя [1, 2]
Кроме того, известна возможность объединения ряда произвольных двигателей (блоков) путем изменения их числа и компоновки в однорядные, двухрядные, V-образные или звездообразные конструкции для получения двигателей различной мощности с различными компоновочными габаритами [3]
Но тем не менее блочные двигатели не получили какого-либо распространения ни на автотранспорте, ни в авиации, т.к. объединяли в блоки обычные одноцилиндровые двигатели, представляющие классическую конструкцию (один поршень, один шатун, один коленвал), из которой практически все выжато и в смысле экономичности, и в смысле габаритов. Блочные конструкции двигателей становились бы более громоздкими и менее экономичными по сравнению с многоцилиндровыми двигателями, представляющими моноблок.
Для блочного двигателя внутреннего сгорания необходим одноцилиндровый двигатель, имеющий меньшие размеры на единицу мощности и более экономичный по сравнению с распространенной классической схемой. И такой двигатель известен.
Прототипом предлагаемого блочного двигателя является двигатель внутреннего сгорания [4] который содержит по меньшей мере один поршень, связанный двумя шатунами с двумя кривошипами, расположенными на одной оси с возможностью вращения в противоположные стороны. Кривошипы снабжены синхронизирующими шестернями. Но в блочные двигатели такие одноцилиндровые двигатели не компоновались, а лишь предлагались двухцилиндровые двигатели с двумя противоположно (оппозитно) расположенными относительно кривошипов поршнями и имеющими на каждом кривошипе по два шатуна. Это увеличивало неуравновешенные инерционные массы и приводило к усиленной вибрации двигателя. По этим причинам блочные двигатели не нашли какого-либо применения.
Задачей настоящего изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания блочного типа, что позволит, имея несколько типоразмеров одних и тех же деталей, строить двигатели самых различных мощностей и назначений: от мотоциклетных до двигателей для легковых автомобилей и тяжелых грузовиков.
Каждый отдельный блок это одноцилиндровый двигатель с двумя кривошипами, вращающимися в разные стороны и имеющими одну ось вращения. Каждый кривошип имеет свой шатун, которые сидят на общем пальце одного поршня.
Каждый кривошип по венцу имеет коническую или цилиндрическую шестерню, которые связаны между собой конической или цилиндрическими шестернями по аналогии с дифференциалами ведущих колес автомобилей, с той разницей, что от одной из таких связывающих конических шестерен может отбираться мощность от блока. В варианте с цилиндрическими шестернями мощность с блока снимается с помощью конической или цилиндрической шестерни, насаженной непосредственно на один из кривошипов.
Благодаря разделению нагрузки на поршень между двумя кривошипами поровну поршень полностью освобождается от каких-либо боковых сил, становится свободноплавающим, и блок полностью освобождается от трения поршня о стенки цилиндра. Благодаря этому блочный двигатель с самовоспламенением может быть выполнен для работы на сверхвысоких степенях сжатия (выше 20). Это позволит блочному двигателю иметь высокую удельную мощность и быть очень экономичным.
Отсутствие коленвала позволяет все сочленения вращающихся деталей выполнять на шарикоподшипниках, резко уменьшить потери на трение внутри блока и упростить систему смазки. Смазка в блоке может осуществляться разбрызгиванием от вращающихся кривошипов.
Отбор мощности может осуществляться также от одного или обоих кривошипов.
Каждый блок можно выполнять как на конических, так и на цилиндрических шестернях и передавать вращение на общий вал соответственно через конические или цилиндрические шестерни. Поэтому двигатель можно легко компоновать из блоков в один ряд, два ряда, V-образно и звездообразно. Блочные двигатели из двух или трех блоков можно соединять кривошипами на общей раме с помощью муфт.
Благодаря блочности значительно облегчается строительство двигателей внутреннего сгорания. Оно сводится к изготовлению отдельных блоков и компоновке из таких блоков необходимых двигателей.
Значительно упрощается эксплуатация блочных двигателей. Неисправный блок легко изъять из двигателя, заменить его новым или оставить двигатель на время без одного или нескольких вышедших из строя блоков. Блок легко будет снять, отвинтив несколько болтов и отсоединив его от всасывающего и выхлопного коллекторов, закрыв их отверстия накладками. Эту работу легко будет выполнить даже в дорожных условиях.
Блоки можно выпускать двухтактными и четырехтактными. У четырехтактных блоков привод на клапаны осуществляется от одного или обоих кривошипов через соответствующие шестерни.
На фиг. 1 показан общий вид блочного двигателя внутреннего сгорания с коническими шестернями в варианте сборки звездообразного двигателя; на фиг. 2 блочный двигатель внутреннего сгорания с коническими шестернями в варианте сборки рядного двигателя.
Предлагаемый блочный двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра 1 с поршнем 2, на пальце 3 которого сидят два шатуна 4 и 5. Шатун 4 связан с кривошипным валом (кривошипом), выполненным в виде конической (цилиндрической) шестерни 6, сидящей на валу 7 (вместо валов могут использоваться бобышки на крышке картера, на которых на подшипниках сидят шестерни) и имеющий бобышку 8 с подшипником для шатуна 4. Шатун 5 связан с аналогичным кривошипным валом, также представляющим коническую (цилиндрическую) шестерню 9, сидящую на валу 10 с бобышкой 11 с подшипником для шатуна 5. Кривошипы взаимозаменяемы. В блоке с коническими шестернями (фиг. 1) они синхронизированы одной или несколькими синхронизирующими шестернями 12, сидящими на дополнительных валах 13. На одном из таких валов 13 сидит дополнительная шестерня 14, передающая вращение на шестерню 15, сидящую на главном вале 16 двигателя. На главном вале 16 сидит и основной маховик двигателя (на фиг. 1 не показан).
На фиг. 1 показана одна из возможных компоновок звездообразного двигателя с воздушным охлаждением.
На фиг. 2 показана одна из возможных компоновок рядного и V-образного двигателей.
У двигателей, состоящих из одного блока, нагрузку можно снимать с муфты отбора мощности 17, насажанной на вал 10 (7).
Для балансировки кривошипов в шестерне рядом с бобышкой 8 делаются два отверстия 18. Шестерни 12 с валами 13 взаимозаменяемы и в блоках их может быть от одной и более. Газораспределение может выполняться как автономным для каждого блока с выходами в общие коллекторы всасывания и выхлопных газов, так и с общим распредвалом газораспределителя, расположенным параллельно главному валу двигателя, но управляющим всасывающими и выпускными клапанами, смонтированными на каждом блоке.
Работа двигателя.
При работе двигателя кривошипы, расположенные на одной оси, вращаются в противоположные стороны. В механизме происходит динамическая компенсация боковых сил, действующих на поршень, который при работе двигателя не давит на стенки цилиндра. Поршень становится как бы свободноплавающим, что уменьшает износ сопряжения поршень цилиндр и позволяет увеличить нагрузки на поршень. Трансмиссия двигателя, выполненная на конических или цилиндрических шестернях, суммирует на главном вале двигателя мощности от всех блоков, установленных на двигателе и передает суммарную мощность нагрузке.
Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: блочный двигатель внутреннего сгорания состоит из отдельных блоков, кинематически связанных между собой. Каждый блок содержит цилиндр с поршнем и два шатуна, связывающие один поршень с двумя кривошипными валами с шестернями. Кривошипные валы расположены на одной линии и синхронизированы между собой с помощью синхронизирующей шестерни. Каждый блок снабжен муфтой отбора мощности. Кинематическая связь блоков выполнена в виде дополнительных валов с дополнительными шестернями и главного вала с шестернями. Синхронизирующие шестерни установлены на дополнительных валах, дополнительные шестерни входят в зацепление с шестернями главного вала. Блоки объединены с возможностью образования однорядного или двухрядного, или V-образного, или звездообразного двигателей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
