ДВУХЦИЛИНДРОВЫЙ V-ОБРАЗНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК F02B75/06 F02B75/22 

Изобретение относится к двигателестроению и может найти применение в конструкции 2-х цилиндровых поршневых двигателей.

Известны конструкции 2-х-цилиндровых двигателей, обеспечивающих равномерное чередование вспышек при 2-х-тактном или 4-х-тактном циклах заявка ФРГ N 2735384, F 16 F 26/16, 1975, [1], патент Германии N 975104, 46a¹¹, 1, 1961, [2].

Недостатком рассматриваемых двигателей является плохая уравновешенность сил инерции поступательно-движущихся масс, вследствие чего возникает необходимость применения специальных уравновешивающих механизмов, значительно усложняющих конструкцию двигателя и снижающих его надежность.

Известен также двигатель внутреннего сгорания с дополнительными противовесами, повышающими степень уравновешенности конструкции /"Наилучшее внешнее уравновешивание 2-х цилиндрового двигателя". Ю.В.Эпштейн и др. Журнал "Тракторы и сельхозмашины", N3, 1963 с. 11-15, [3]/. Однако самой конструкции рассматриваемого двигателя присуща существенная неуравновешенность, которая не может быть полностью скомпенсирована противовесами.

Существенными признаками приведенных аналогов с существенными признаками предложенного устройства являются следующие: коленчатый вал, шатун, поршни, нащечные противовесы, шкив и маховик.

Недостатки указанных аналогов частично устранены в конструкции 2-х-цилиндрового V-образного двигателя /Динамика автомобильных и тракторных двигателей. Попык Г. К. с. 96-99, рис. 68, 69 [4]/, который является наиболее близким по технической сущности предложенному объекту.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предложенного устройства, являются следующие: два цилиндра, оси которых расположены под углом 90^o, коленчатый вал, поршни, а также шкив и маховик, установленные на разных концах коленчатого вала. Оба шатуна установлены на одной шейке коленчатого вала, а на продолжении щек коленчатого вала закреплены нащечные противовесы.

Особенностью двигателя является то, что в описанной конструкции равнодействующая сил инерции поступательно и вращательно движущихся масс всегда направлена по радиусу кривошипа и может быть полностью уравновешена нащечными противовесами.

Недостаток прототипа заключается в том, что для полного уравновешивания двигателя необходимы значительные массы противовесов, что сопровождается увеличением действующих сил и снижает запас прочности коленчатого вала / вследствие больших дополнительных сосредоточенных нагрузок от 2-х противовесов/. Кроме того, большие размеры противовесов увеличивают габариты картера, а также габариты и массу двигателя в целом.

Таким образом, рассматриваемая конструкция двигателя характеризуется низкими прочностными и габаритно-массовыми характеристиками.

Задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является повышение прочности коленчатого вала при одновременном снижении габаритов и массы двигателя.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является увеличение запасов прочности в элементах конструкции коленчатого вала, что обеспечивает увеличение надежности коленвала и двигателя в целом. Кроме того, предлагаемая схема размещения противовесов существенно уменьшает массу каждого из них, а следовательно, требует значительно меньших габаритов блок-картера и длины шатуна, что уменьшает габариты и массу двигателя в целом.

Существенными признаками изобретения являются:
- расположение осей цилиндров под углом 90^o;
- коленчатый вал, шатуны и поршни;
- нащечные противовесы, закрепленные на продолжении щек коленчатого вала;
- шкив и маховик, закрепленные на противоположных концах коленчатого вала;
- расположение обоих шатунов на одной шатунной шейке.

Перечисленные существенные признаки являются общим с прототипом. Далее следует совокупность существенных признаков, отличающихся от прототипа:
- наличие дополнительных противовесов: одного среднего и 2-х выносных;
- размещение среднего противовеса на шатунной шайке между двумя шатунами;
- размещение крайних противовесов на маховике и шкиве;
- приведенная масса среднего противовеса составляет 0,25-0,5, а сумма приведенных масс выносных - 0,17 - 0,47 от общей приведенной массы всех противовесов.

Приведенные существенные признаки обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемый объем правовой охраны.

Далее приведены признаки, характеризующие предложенное устройство в частных случаях его выполнения:
- равенство произведений приведенных масс выносных противовесов на расстояния от каждого из них до середины коленчатого вала двигателя.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом заключается в следующем:
- применение 3-дополнительных противовесов: одного среднего и 2-х выносных позволяет рассредоточить общую массу противовесов, потребную для полного уравновешивания двигателя, по длине коленчатого вала, тем самым улучшить схему приложения нагрузок, определяющих запасы прочности в шейках и щеках коленчатого вала. Специально проведенное исследование позволило установить увеличение запасов прочности в элементах коленчатого вала. Кроме того, распределение уравновешивающей массы по нескольким противовесам уменьшает габариты картера и двигателя;
- размещение среднего противовеса между двумя шатунами позволяет увеличивать уравновешивающую массу без возникновения дополнительного неуравновешенного момента;
- размещение крайних противовесов на шкиве и маховике не усложняет конструкцию, т.к. для размещения противовесов используются штатные детали двигателя;
- указанное распределение масс противовесов позволяет оптимизировать запасы прочности
- равенство произведений приведенных масс выносных противовесов на расстояния от каждого из них до середины коленчатого вала позволяет исключить возникновение продольного неуравновешенного момента и тем самым обеспечить наилучшую уравновешенность двигателя.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают увеличение запасов прочности коленчатого вала при достижении наилучшей уравновешенности при одновременном уменьшении габаритов и массы двигателя.

Изобретение поясняется чертежом, где приведена общая схема предложенного двигателя.

Двигатель содержит цилиндр 1, оси 2 которых пересекаются под углом 90^o. В коренных опорах 3 установлен однокривошипный коленчатый вал 4. На одной шатунной шайке установлены шатуны 5, соединенные каждый со своим поршнем 6. На противоположных концах коленчатого вала установлены шкив 7 и маховик 8, на продолжении щек 9 коленчатого вала 4 расположены противовесы 10.

Двигатель снабжен дополнительными противовесами, одним средним 11 и двумя выносными 12 и 13, закрепленными соответственно на шкиве 7 и маховике 8. Средний противовес 11 закреплен на шатунной шейке коленвала 4 между двумя шатунами 5.

Приведенные массы противовесов составляют:
- среднего противовеса 11 - 0,25-0,5 от общей массы противовесов 11, 12 и 13;
- общая масса выносных противовесов 12 и 13 - 0,17-0,47 от общей массы противовесов 11, 12 и 13.

При этом произведение приведенной массы противовеса 12 на плечо l, равно произведению приведенной массы противовеса 13 на плечо l₂.

Двигатель работает следующим образом. При вращении коленчатого вала 4 поршни 6 совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах 1. При этом возникают силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, направленные вдоль осей цилиндров 2, и вращающихся масс, направленные по радиусу кривошипа. Особенностью двигателя является то, что результирующая сила инерции всегда постоянна по величине и направлена по радиусу кривошипа, а следовательно, может быть полностью уравновешена противовесами, вращающимися вместе с коленчатым валом .

Нагружение коленчатого вала дополнительными силами от противовесов 10 /как в прототипе/ снижает запасы прочности в его щеках и шейках. Однако, в рассматриваемом случае предлагается особое размещение масс противовесов и выбор их величины. При этом действие сил оказывается таким, что противовес 11 распределяет усилие вдоль колена вала 4, в противовесы 12 и 13 вызывают обратный по сравнению с действием противовесов 10 и 11 изгиб колена. В результате запасы прочности в элементах коленчатого вала увеличиваются. При этом все противовесы размещены в плоскости колена и оказывают одинаковое уравновешивающее действие по отношению к неуравновешенным силам инерции кривошипно-шатунного механизма.

Таким образом предлагаемое изобретение характеризуется повышением прочности коленчатого вала при одновременном снижении габаритов и массы двигателя.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения заключается в том, что 2-х цилиндровый V - образный двигатель с углом развала между цилиндрами 90^o содержит коленчатый вал, шатуны и поршни. На продолжении щек коленчатого вала расположены нащечные противовесы. На противоположных концах коленчатого вала закреплены шкив и маховик, а оба шатуна установлены на одной шатунной шейке. Двигатель дополнительно снабжен одним средним и двумя выносными противовесами. Выносные противовесы закреплены соответственно на шкиве и маховике, а средний - на шатунной шейке и размещен между шатунами. Приведенная масса среднего противовеса составляет 0,25 - 0,5, а сумма приведенных масс выносных противовесов - 0,17 - 0,47 от общей массы всех противовесов, закрепленных на коленчатом валу. Произведения приведенных масс выносных противовесов на расстояния от каждого из них до середины коленчатого вала равны между собой. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Двухцилиндровый V-образный двигатель с углом развала между цилиндрами 90^o, содержащий коленчатый вал, шатуны и поршни, причем на продолжении щек коленчатого вала расположены нащечные противовесы, на противоположных концах коленчатого вала закреплены шкив и маховик, а оба шатуна установлены на одной шатунной шейке, отличающийся тем, что двигатель дополнительно снабжен одним средним и двумя выносными противовесами, выносные противовесы закреплены соответственно на шкиве и маховике, а средний - на шатунной шейке и размещен между шатунами, при этом приведенная масса среднего противовеса составляет 0,25 - 0,5, а сумма приведенных масс выносных - 0,17 - 0,47 от общей приведенной массы всех противовесов, закрепленных на коленчатом валу. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что произведения приведенных масс выносных противовесов на расстояние от каждого из них до середины коленчатого вала равны между собой.