КОЛЕНВАЛ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F16C3/04 F01B9/02 F02B75/32 

Изобретение относится к автомобиле-тракторному машиностроению и может быть использовано при производстве двухтактных двигателей для мотоциклов, мопедов и моторных лодок.

Известны конструкции коленчатых валов двухтактных двигателей внутреннего сгорания, используемых в мотоциклах, мопедах и моторных лодках. Примером является составной коленвал двухтактного двигателя, известный из заявки Франции 2663088 от 13.12.91, кл. F 16 C 3/10. Он содержит полуоси со щеками, соединенные пальцем.

Данная конструкция коленвала имеет жесткое соединение коленвала с шатуном, амплитуда поршня строго по синусоиде, которая не совсем согласуется с термодинамикой давления газа на поршень. При максимальном давлении газа на поршень длина плеча поворота коленвала шатуном минимальная, что значительно снижает коэффициент полезного действия двигателя.

Целью настоящего изобретения является повышение мощности и экономичности двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что коленвал двухтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащий полуоси со щеками, выполненными в виде зубчатых колес и снабженными пазами, взаимодействующими с плавающим в них пальцем, запрессованным в шатуне и выполненными по кривой, форма которой приближена к линии незамкнутого эллипса, малая ось которого направлена радиально оси вращения коленвала.

Плавающий палец шатуна в пазах позволит значительно увеличить плечо поворота коленвала шатуном, начиная с момента расположения поршня в верхней мертвой точке, когда давление газов на поршень максимальное. Данная конструкция и взаимодействие динамики давления газов с плечом поворота коленвала значительно повышает мощность и коэффициент полезного действия двигателя.

На фиг. 1 приведена конструкция коленвала, взаимодействующего с шатуном, пальцем и поршнем.

На фиг. 2 приведена принципиальная кинематическая схема работы коленвала и поршня за один такт (оборот) коленвала с разбивкой на 0, 10, 90, 180, 230, 270 и 316^o (соответственно позиции а, б, в, г, д, е, и ж).

Конструкция коленвала содержит полуоси 1, щеки 2, палец 3, вал 4, предотвращающий смещение щек относительно друг друга.

Щеки 2 выполнены в виде зубчатых колес с зубьями 5 по периметру щеки и с пазами 6 по кривой, приближенной к линии незамкнутого эллипса.

На фиг. 1 и 2 начерчены шатун 7, палец 8 поршня 9 и цилиндр 10.

Коленвал двухтактного двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом: давление газа толкает вниз поршень 9, который через палец 8, шатун 7 и палец 3 передает давление на паз 6, вращая коленвал. Крутящий момент на вал-шестерню отбора мощности 4 передается зубчатой передачей 5, выполненной на щеках 2. На фиг.2 приведена принципиальная кинематическая схема работы двигателя за один оборот коленвала. В верхней мертвой точке (фиг. 2, а) заканчивается цикл сжатия рабочей смеси. Палец 3 в пазу 6 расположен в ближайшей точке от оси коленвала.

При дальнейшем повороте коленвала (фиг. 2, б) из верхней мертвой точки за счет энергии давления газа поршень 9 давит через палец 8, шатун 7 и палец 3, который скользит вперед по пазу 6, опережая вращение коленвала, что значительно увеличивает плечо поворота коленвала при максимальном давлении рабочей смеси. Увеличивается крутящий момент на валу соответственно увеличивается мощность и экономичность двигателя.

При дальнейшем вращении коленвала (фиг. 2,в) палец 3 шатуна 7 занимает крайнее правое положение в пазу 6, что соответствует максимальному плечу поворота коленвала и еще в этот момент значительному давлению газа на поршень.

При достижении положения (фиг. 2, г) поршень меняет направление движения, палец 3 все еще находится в крайнем правом положении паза 6.

При достижении положения фиг. 2, д палец начинает передвигаться по пазу 6 в обратном направлении, так как кривизна стенки паза 6 на данном угле поворота коленвала не может более обеспечивать перпендикулярность между осью шатуна и касательной, проведенной в точке соприкосновения пальца 3 со стенкой паза 6. В этот момент поршень двигается вверх по инерции за счет энергии, переданной ему щеками во время поворота от 180 до 230^o с небольшим замедлением, тогда как щеки движутся с постоянной скоростью. В результате этого крайнее левое положение паза 6 "догоняет" палец.

На фиг. 2, е показан момент перемещения пальца 3 в пазу 6 из правого положения в левое.

На фиг. 2 ,ж показано положение, в котором палец переместился в крайнее левое положение паза 6. Цикл работы заканчивается в момент достижения положения, показанного на фиг. 2, а.

Углы, показанные на фиг. 2, могут незначительно изменяться при изменении кривизны и радиусов закругления паза 6, а так же при изменении высоты, размеров и формы перепускных и выпускных окон цилиндра.

Изобретение может быть использовано при производстве двигателей внутреннего сгорания. Коленвал состоит из полуосей с щеками, связанными пальцем, запрессованным в шатуне. В щеках коленвала выполнены пазы, по которым перемещается указанный палец. Пазы выполнены по кривой, приближенной к линии незамкнутого эллипса. Предложенная конструкция коленчатого вала позволяет повысить мощность двигателя и снизить расход топлива. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Коленвал двухтактного двигателя внутреннего сгорания, содержащий полуоси с щеками, связанными пальцем, отличающийся тем, что щеки коленвала снабжены пазами, взаимодействующими с плавающим в них пальцем, запрессованным в шатуне. 2. Коленвал по п.1, отличающийся тем, что пазы выполнены по кривой, приближенной к линии незамкнутого эллипса.