ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F02B75/26 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к четырехтактным поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано в различных энергетических установках летательных аппаратов, автомобилей, быстроходных катеров и т.д.

Известны четырехтактные поршневые ДВС [1, 2] с однорядным и двухрядным (V-образным) расположением блоков цилиндров, содержащие в каждом блоке определенное количество (обычно 4 - 6) цилиндров, поршней и кривошипно-шатунных механизмов, передающие мощность и крутящий момент на коленчатый вал, и далее, к потребителям энергии.

Недостатками таких двигателей являются: во-первых, определенная сложность конструкции, выражающаяся в наличии сложного клапанного механизма газораспределения и пространственной конфигурации коленчатого вала, во-вторых, невозможность полного уравновешивания двигателя от сил инерции, в третьих, большие габаритные и массовые характеристики двигателя.

Известны конструкции четырехтактных аксиально-поршневых ДВС [3, 4], содержащие корпус, блок цилиндров, камеры сгорания, поршни, размещенные в цилиндрах, систему топливоподачи, при этом на валу двигателя жестко закреплена плоская вращающаяся шайба, к которой через переходные элементы присоединены поршни с помощью сферических шарниров.

Недостатками упомянутых конструкций являются определенные трудности в создании и эксплуатации долговечных сферических шарниров, сложности в балансировке двигателя, кроме того, силы, действующие вдоль оси вала, достигают значительных величин, и для их нейтрализации необходимо создавать подшипники со специфическими конструктивными решениями. Все это усложняет конструкцию двигателя и уменьшает его КПД.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является аксиально-поршневой ДВС [5], принятый в качестве прототипа, содержащий корпус, камеры сгорания, блок цилиндров, каждый из которых содержит впускные окна для впуска горючей смеси и выпускные окна для выпуска отработанных газов, поршни, размещенные в цилиндрах, шатуны, соединенные цилиндрическими шарнирами с поршнями и качающейся рамкой, воздействующей на наклонную шайбу, установленную на косом кривошипе выходного вала двигателя, к которому подключены потребители энергии.

К недостаткам прототипа следует отнести то, что по данной конструктивной схеме с продувочными окнами можно организовать только двухтактные ДВС, имеющие значительный расход топлива и малый КПД двигателя, так как прямоточная продувка приводит к неизбежным потерям топливовоздушной смеси, а раннее открытие продувочных окон приводит в неполному расширению, то есть неполному срабатыванию энергии горючей смеси.

Задачей изобретения является повышение эффективности и экономичности работы двигателя за счет снижения расхода топлива и повышения КПД двигателя.

Технический результат достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, блок цилиндров, поршни, размещенные в цилиндрах, шатуны, соединенные цилиндрическими шарнирами с поршнями и с наклонной шайбой, установленной на косом кривошипе выходного двигателя, к которому подключены потребители энергии, в отличие от прототипа содержит механизм газораспределения в виде ряда поворотных гильз-цилиндров, каждый из которых снабжен одним окном, последовательно пневматически связанным с впускным и выпускным трубопроводом, и приводится во вращение от выходного вала двигателя с передаточным отношением 1:2.

Совокупность перечисленных признаков предлагаемого изобретения позволяет организовать в двигателе четырехтактный цикл и получить более высокий КПД при меньшем расходе топлива.

Введение поворотных гильз-цилиндров с одним окном позволяет избежать проблемы уплотнения между камерой сгорания и поверхностью распределения.

Введение поворотных с передаточным отношением 1:2 гильз-цилиндров с одним окном обеспечивает четырехтактный цикл в двигателе, так как окно последовательно совмещается в первом такте с впускным трубопроводом, во втором и третьем оно закрыто и в последнем, четвертом, окно совмещается с выпускным трубопроводом.

Сопоставительный анализ с прототипом [5] показал, что заявляемый двигатель существенно отличается от известного двигателя введением поворотных гильз-цилиндров и зубчатой передачи, обеспечивающей их вращение от выходного вала двигателя с передаточным отношением 1:2.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что известны ДВС с вращающимся золотниковым газораспределением [6]. Указанный двигатель состоит из цилиндра, в верхней части которого расположена принудительно вращаемая от коленчатого вала двигателя коническая крышка с отверстиями, пневматически связанными с входными и выходными патрубками (схема золотникового газораспределения). Основная проблема в таких устройствах - обеспечение уплотнения между неподвижной камерой сгорания и подвижной поверхностью распределения на всех температурных режимах работы двигателя.

В предлагаемом устройстве эта проблема решается путем совмещения камеры сгорания и поверхности распределения в одной гильзе-цилиндре, что невозможно сделать в известных устройствах. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен продольный разрез заявляемого четырехтактного аксиально-поршневого ДВС, на фиг. 2 поперечный разрез двигателя в сечении А-А.

Двигатель состоит из корпуса 1, в котором установлены вал 2 с косыми кривошипами 3. Наклонные шайбы 4, установленные на косом кривошипе 3 через качающиеся рамки 5 и шатуны 6 связаны с поршнями 7, которые движутся в гильзах-поршнях 8, установленных на подшипниках 9 в корпусе 1 и снабженных одним окном 10. Гильзы-поршни 8 приводятся во вращение через зубчатую передачу 11 от вала 2.

В корпусе 1 установлены свечи зажигания 12, а в плоскости вращения окна 10 выполнены заборники впускной 13 и выпускной 14 магистралей.

Работа четырехтактного аксиально-поршневого ДВС осуществляется следующим образом. В положении 7, показанном на фиг. 1, начинается первый такт работы двигателя, при этом вращающееся с гильзой-цилиндром 8 окно 10 совмещается с впускным трубопроводом 13, и происходит заполнение камеры сгорания свежей смесью, вырабатываемой карбюратором двигателя. Оба поршня 7 движутся к крайнему нижнему положению, объем камеры сгорания возрастает до максимального. При завершении прохода окна 10 гильзы-цилиндра 8 относительно впускного трубопровода 13 заполнение заканчивается, и начинается второй такт - сжатие горючей смеси, поршни 7 при этом сближаются. Объем камеры сгорания становится минимальным. В определенный момент подается искра от электрической свечи зажигания 12. Происходит воспламенение горючей смеси, и начинается третий такт работы двигателя - горение топлива, расширение рабочей смеси и совершение полезной работы. Именно в этом такте вырабатывается крутящий момент двигателя. При достижении поршнем 7 крайнего нижнего положения при повороте гильзы-цилиндра 8 окно 10 совмещается с выпускным трубопроводом 14, и происходит выхлоп отработанных газов в четвертом такте работы двигателя, при этом объем камеры сгорания уменьшается до минимальных размеров. Затем начинается новый цикл работы двигателя.

Использование предлагаемого устройства позволяет по сравнению с прототипом [5] обеспечить эффективность двигателя за счет:
- полного уравновешивания механизма от действия сил инерции,
- меньшего количества деталей, отсутствия сложных технологически трудоемких и дорогостоящих деталей (коленчатый вал, клапана, шаровые шарниры),
- уменьшения габаритных размеров двигателя,
- меньшей массы и стоимости двигателя, что не очевидно в известных условиях.

Источники информации
1. Попых К.Г. Конструирование и расчет автомобильных и тракторных двигателей. - М.: Высшая школа, 1973, 400 с.

2. Двиагатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. /Учебник под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г. 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980, 288 с.

3. Авторское свидетельство СССР N 761771, МКИ F 16 H 21/18, опубликовано 07.09.80, БИ N 33.

4. Авторское свидетельство СССР N 689624, МКИ F 02 B 75/26, опубликовано 30.09.79, БИ N 36.

5. Авторское свидетельство СССР N 1375892, МКИ F 16 H 23/00, опубликовано 23.02.88, БИ N 7.

6. Двигатели внутреннего сгорания. Под.ред. Орлина А.С., Круглова М.Г. т.2. - М.: Машиностроение, 1984, с. 284 - 287.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к четырехтактным поршневым двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в различных энергетических установках летательных аппаратов, автомобилей, катеров и т. д. Устройство содержит корпус 1, в котором установлен вал 2 с косым кривошипом 3. Наклонные шайбы 4, установленные на косом кривошипе 3, через качающиеся рамки 5 и шатуны 6 связаны с поршнями 7, которые движутся в гильзах-поршнях 8, установленных на подшипниках 9 в корпусе и снабженных одним окном. Гильзы-поршни 8 приводятся во вращение через зубчатую передачу 11 от вала 2. В корпусе 1 установлены свечи зажигания, а в плоскости вращения окна выполнены заборники впускной и выпускной магистралей. Использование предлагаемого устройства позволяет по сравнению с известными устройствами повысить эффективность работы и КПД двигателя. 2 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, блок цилиндров, поршни, размещенные в цилиндрах, шатуны, соединенные цилиндрическими шарнирами с поршнями и с наклонной шайбой, установленной на косом кривошипе выходного вала двигателя, к которому подключены потребители энергии, отличающийся тем, что механизм газораспределения выполнен в виде ряда поворотных гильз-цилиндров, каждый из которых снабжен одним окном, последовательно пневматически связанным с впускным и выпускным трубопроводами, и приводится во вращение от выходного вала двигателя с передаточным отношением 1 : 2.