ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F16F15/26 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано при конструировании и разработке одноцилиндровых двигателей внутреннего сгорания.

Известна система уравновешивания сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс одноцилиндрового ДВС (см.заявку Великобритании N 2172662, F 16 F 15/26, опубл. 24.09.86). Эта система содержит противовесы, установленные на продолжении щек коленчатого вала, два противовеса, вращающиеся на подшипниках относительно оси коленчатого вала в направлении, противоположном направлению вращения коленчатого вала с его скоростью, и два уравновешивающих вала, вращающихся в противоположных направлениях с удвоенной скоростью вращения коленчатого вала.

Система противовесов коленчатого вала и противовесов, вращающихся со скоростью коленчатого вала, уравновешивает силы инерции первого порядка, а уравновешивающие валы, вращающиеся с удвоенной скоростью - силы инерции второго порядка.

Недостаток этой системы заключается в том, что она значительно усложняет конструкцию двигателя и увеличивает его габаритные размеры, поэтому силы инерции второго порядка, как правило, не уравновешивают.

Известен также одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания (см. заявку N 63-19740 Японии F 16 F 15/26, опубл. 25.04.88). Этот двигатель содержит коленчатый вал с противовесом и отдельный уравновешивающий вал с противовесом, ось вращения которого параллельна оси коленчатого вала. Валы вращаются с одинаковой частотой в противоположных направлениях, благодаря чему уравновешиваются силы инерции первого порядка.

Для гашения моментов, создаваемых относительно оси коленчатого вала силами инерции возвратно-поступательно движущихся масс и противовесом уравновешивающего вала, ось цилиндра смещена от оси коленчатого вала в направлении оси уравновешивающего вала.

Этому двигателю, принятому за прототип, присущи все недостатки, свойственные двигателю с дезаксиальным кривошипно-шатунным механизмом: большие силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, различная скорость поршня при его прямом и обратном ходе, неодинаковые углы отклонения шатуна в разные стороны от оси цилиндра и др.

Задачей, решаемой изобретением, является упрощение конструкции и уменьшение габаритов двигателя при обеспечении допустимой степени неуравновешенности.

Поставленная задача решается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, коленчатый вал с противовесами, размещенными на продолжении его щек, расположенный параллельно оси коленчатого вала уравновешивающий вал с противовесом, выполненные за одно целое в виде ступенчатого полуцилиндра, образованного полуцилиндрами различных диаметров, причем две ступени полуцилиндра меньшего диаметра расположены напротив щек, а ступень полуцилиндра большего диаметра - между щек коленчатого вала и снабжена боковыми срезами, наклоненными к диаметральной плоскости полуцилиндра под углом 40... 50^o и проходящими через линии пересечения диаметральной плоскости с цилиндрическими поверхностями ступеней полуцилиндра меньшего диаметра.

Выполнение уравновешивающего вала с противовесом в форме ступенчатого полуцилиндра обеспечивает уменьшение габаритов и упрощает конструкцию. Размещение ступени полуцилиндра большего диаметра между щек коленчатого вала позволяет приблизить уравновешивающий вал с противовесом к оси коленчатого вала, а следовательно, уменьшить габаритные размеры двигателя и уменьшить моменты, создаваемые относительно оси коленчатого вала силами инерции возвратно-поступательно движущихся масс и центробежными силами инерции от уравновешивающего вала совместно с противовесом. Боковые срезы на ступени полуцилиндра, расположенной между щек коленчатого вала, позволяют дополнительно приблизить уравновешивающий вал к оси коленчатого вала вследствие устранения встречи нижней головки шатуна с полуцилиндром и, таким образом, дополнительно уменьшить габаритные размеры двигателя.

На фиг. 1 дано схематичное выполнение уравновешивающего вала в двигателе.

На фиг 2 - ступенчатый полуцилиндр.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, коленчатый вал 2 с противовесами 3, уравновешивающий вал с противовесом, выполненные в виде ступенчатого полуцилиндра 4, причем две ступени 5 и 6 меньшего диаметра расположены напротив щек коленчатого вала, а ступень 7 полуцилиндра большего диаметра - между щек коленчатого вала и снабжена срезами 8 и 9, наклоненными к диаметральной плоскости 10 полуцилиндра под углом α и проходящими через линии 11 и 12 пересечения диаметральной плоскости 10 с цилиндрическими поверхностями 13 и 14 ступеней 5 и 6 меньшего диаметра. Полуцилиндр 4 установлен в картере двигателя таким образом, что его ось 15 симметрии параллельна оси 16 цилиндра двигателя при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ).

Двигатель работает следующим образом. При вращении коленчатого вала 2 в одну сторону (например, по часовой стрелке) ступенчатый полуцилиндр 4 с помощью шестеренчатой передачи вращается в другую сторону (в данном случае против часовой стрелки). Противовесы 3 коленчатого вала и ступенчатый полуцилиндр 4 сориентированы таким образом, что при положении поршня в ВМТ их центробежные силы направлены вниз от цилиндра параллельно его оси и поэтому их сумма полностью уравновешивает силу инерции первого порядка (при положении поршня в ВМТ она направлена вверх по оси цилиндра).

При этом вследствие смещения оси ступенчатого полуцилиндра 4 от оси коленчатого вала суммарная центробежная сила противовесов 3 коленчатого вала 2 и полуцилиндра 4 также смещена от оси коленчатого вала в сторону полуцилиндра 4, в результате чего возникает незначительный опрокидывающий момент, передающийся на опоры двигателя.

При других углах поворота коленчатого вала центробежные силы инерции от противовесов 3 и полуцилиндра 4 не параллельны оси цилиндра и поэтому их можно разложить на вертикальные и горизонтальные составляющие. При этом горизонтальные составляющие центробежных сил противовесов 3 и полуцилиндра 4 взаимно уравновешиваются, но дают небольшой опрокидывающий момент, так как они расположены не в одной горизонтальной плоскости, а вертикальные составляющие уравновешивают силы инерции первого порядка.

Наименьшие габаритные размеры двигателя достигаются при минимальном расстоянии между осями коленчатого вала 2 и ступенчатого полуцилиндра 4, для чего боковые срезы 8 и 9 на ступени 7 полуцилиндра 4, расположенной между щек коленчатого вала, выполнены под углом в пределах α = 40...50^o, а уменьшение центробежной силы полуцилиндра 4 из-за боковых срезов компенсировано увеличением диаметра полуцилиндра. При углах α < 40^o расстояние между осями коленчатого вала и полуцилиндра увеличивается для устранения встречи нижней головки шатуна с боковым срезом полуцилиндра, а при углах наклона α > 50^o расстояние между осями коленчатого вала и полуцилиндра увеличивается для устранения встречи нижней головки шатуна с цилиндрической поверхностью полуцилиндра, так как в этом случае для сохранения статического момента полуцилиндра требуется увеличение его наружного диаметра.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при конструировании и разработке одноцилиндровых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Технический результат заключается в упрощении конструкции и уменьшении габаритов двигателя при обеспечении допустимой степени неуравновешенности. ДВС содержит цилиндр (1), коленчатый вал (2) с противовесами (3). Уравновешивающий вал с противовесом (3) выполнены за одно целое в виде ступенчатого полуцилиндра (4). Две ступени меньшего диаметра расположены напротив щек коленчатого вала (2), а ступень большого диаметра размещена между щек коленчатого вала (2) и снабжена срезами (8) и (9), подключенными к диаметральной плоскости (10) полуцилиндра (4) под углом α =40...50° и проходящими через линии (11)и(12) пересечения диаметральной плоскости (10) с цилиндрическими поверхностями ступеней меньшего диаметра. Полуцилиндр (4) установлен в картере двигателя таким образом, что его ось (15) симметрии параллельна оси (16) цилиндра двигателя при положении поршня в верхней мертвой точке. 2 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, коленчатый вал с противовесами, размещенными на продолжении его щек, расположенный параллельно оси коленчатого вала, уравновешивающий вал с противовесом, отличающийся тем, что уравновешивающий вал с противовесом выполнены за одно целое в виде ступенчатого полуцилиндра, образованного полуцилиндрами различных диаметров, две ступени полуцилиндра меньшего диаметра расположены напротив щек коленчатого вала, а ступень полуцилиндра большего диаметра размещена между щек коленчатого вала и снабжена боковыми срезами, выполненными под углом 40 ... 50^o к диаметральной плоскости полуцилиндра и проходящими через линии пересечения диаметральной плоскости с цилиндрическими поверхностями ступеней полуцилиндра меньшего диаметра.