ПРИВОДНОЙ МЕХАНИЗМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F02B75/32 

Изобретение относится к машиностроению и касается двигателей внутреннего сгорания, а именно поршневых машин, отличающихся связями между поршнями и ведущим валом.

Известен поршневой двигатель /1/ с оппозитно расположенными поршнями, выходным валом с зубчатыми колесами, зубчатыми рейками, штоками и муфтами свободного хода. Зубчатые колеса установлены на выходных валах посредством муфт свободного хода с образованием зубчатого зацепления с рейками поршневых пар.

Недостатком этого технического решения является сложность конструкции и невысокая надежность из-за использования муфт свободного хода.

Известен приводной механизм ведущего вала двигателя внутреннего сгорания /2/, содержащий корпус с цилиндром, поршень с тягой и толкателем, установленный в цилиндре с образованием камеры сгорания, зубчатую рейку, установленную на тяге, приводной вал, смещенный от оси поршня, зубчатый сектор, размещенный на приводном валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатой рейкой и устройством для возврата поршня в верхнюю мертвую точку.

Недостатком этого механизма также является сложность конструкции из-за наличия устройства для возврата поршня в верхнюю мертвую точку и системы рычагов.

Известен приводной механизм двигателя внутреннего сгорания /3/, содержащий тягу, соединенную шарнирно с поршнем, и зубчатую рейку, входящую периодически в зацепление с зубчатым сектором, а также толкатель, взаимодействующий с профильным кулачком.

Недостатком этого механизма является наличие профильного кулачка, толкателя и направляющей втулки, из-за которых двигатель имеет большие габариты.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является приводной механизм двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с оппозитно расположенными поршнями и соединенный штоками с расположенными на их гранях зубчатыми рейками и зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, причем зубчатый сектор размещен на ведущем валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатыми рейками (4).

Недостаток известного технического решения заключается в недостаточной надежности работы и сложности конструкции.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности, а также увеличение мощности двигателя за счет повышения крутящего момента на ведущем валу, создающегося давлением газов в цилиндре.

Поставленная задача решается тем, что приводной механизм двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с оппозитно расположенными поршнями и соединенный штоками с расположенными на их гранях зубчатыми рейками и зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, причем зубчатый сектор размещен на ведущем валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатыми рейками, согласно изобретению на зубчатых рейках выполнены проточки радиусом наружной окружности зубчатого сектора, центры которых расположены на вертикальной оси цилиндра и отстоят друг от друга на величину хода поршня, а зубчатый сектор на выходящей из зацепления с рейками стороне срезан на толщину, равную высоте зуба под прямым углом к оси, соединяющей концы сектора.

Зубчатые рейки могут быть расположены друг против друга в вертикальной плоскости цилиндра и скользят по его образующей, а ведущий вал с зубчатым сектором расположен между рейками на осях цилиндра.

Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания может быть снабжен вторым зубчатым сектором с ведущим валом, ведущие валы с зубчатыми секторами смещены на равное расстояние от вертикальной оси цилиндра, вращаются в одном направлении и попеременно входят в зацепление с соответствующими зубчатыми рейками.

Благодаря этим признакам конструкция приводного механизма становится простой и компактной, а также повышается мощность двигателя за счет более эффективного преобразования давления газов в цилиндре в крутящий момент на ведущем валу двигателя.

На фиг. 1 и 2 изображен поперечный разрез цилиндра двигателя внутреннего сгорания при двух положениях механизма привода; на фиг. 3 - поперечное сечение цилиндра с двумя ведущими валами.

Приводной механизм состоит из цилиндра 1, в котором размещены оппозитно расположенные верхний поршень 2 и нижний поршень 3, образующие камеры сгорания. Поршни 2 и 3 жестко соединены между собой зубчатыми рейками 4 и 5, размещенными друг против друга в вертикальной плоскости цилиндра. На противоположных внутренних сторонах реек выполнены проточки радиусом наружной окружности зубчатого сектора 6, установленного на ведущем валу 7. Центры радиусов проточек расположены на вертикальной оси цилиндра и отстоят друг от друга на величину хода поршня "S", а напротив радиусов проточек дуга проточки переходит в профиль зуба.

Зубчатый сектор 6 выполнен на полуокружности, длина которой равна ходу поршня "S", а на выходящей из зацепления с рейками стороне сектор срезан на толщину, равную высоте зуба под прямым углом к оси, соединяющей концы сектора.

Рабочий ход поршня 3 отстоит от рабочего хода поршня 2 на 180 градусов для двухтактного двигателя и на 360 градусов для четырехтактного.

Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом (см. фиг. 1).

При положении верхнего поршня 2 в верхней мертвой точке (ВМТв) зубчатый сектор 6 не входит в зацепление с зубчатыми рейками 5 и 4 в связи с наличием проточки на рейке 5 и срезанной части зубчатого сектора 6 со стороны рейки 4, а зубья сектора 6 находятся выше линии, соединяющей его концы. Во время сгорания рабочей смеси за счет повышения давления поршень перемещается вниз и рейка 5 при начале движения поршня 2 входит в зацепление с зубчатым сектором 6. При перемещении поршня 2 вниз на ведущем валу 7 создается крутящий момент, действующий в направлении часовой стрелки и равный произведению давления газов на радиус полуокружности зубчатого сектора 6. Во время движения поршня 2 к нижней мертвой точке зубчатый сектор 6, вращаясь по часовой стрелке, находится в зацеплении с рейкой 4, а нижний поршень 3 одновременно двигается к своей мертвой точке (ВМТн). Поршень 2 придет в положение нижней мертвой точки (НВМПв) после того, как зубчатый сектор повернется на 180 градусов, так как длина окружности зубчатого сектора равна ходу поршня (см. фиг. 1), а нижний поршень 3 придет в верхнюю мертвую точку (ВМТн). В это время зубчатый сектор 6 выйдет из зацепления с рейкой 5, но еще не войдет в зацепление с рейкой 4, так как будет находиться в проточке рейки, которая к этому времени подойдет к оси ведущего вала.

Как только нижний поршень 3 придет в ВМТн, произойдет сгорание топлива в его камере сгорания и давление газов заставит его перемещаться вверх. Теперь рейка 4 войдет в зацепление с зубчатым сектором 6 и создаст крутящий момент на ведущем валу 7, направленный также по часовой стрелке, а рейка 5 в это время не сцепляется с зубчатым сектором. После прихода нижнего поршня 3 в НМТн зубчатый сектор 6 завершит полный оборот и возвратится в положение, соответствующее позиции 1 (см. фиг. 1). Затем процесс повторяется.

Работа приводного механизма описана для двухтактного двигателя. Для четырехтактного двигателя работа механизма аналогична, только такты выпуска и сжатия будут происходить за счет вращения ведущего вала 7 и перемещения поршней 2 и 3 за счет сил инерции и работы соседних цилиндров. В двигателе может быть необходимое количество цилиндров, установленных в ряд или с поворотом цилиндров относительно друг друга на заданный угол. В рядном двигателе расположение зубчатого сектора смещается на 180 градусов относительно соседнего цилиндра, в двигателях других типов заклинка сектора смещается на угол разворота цилиндров относительно друг друга.

Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания данного типа может быть использован в двигателях внутреннего сгорания или других поршневых машинах с длиной хода поршня, ограниченной длиной окружности зубчатого сектора, которая в свою очередь ограничена диаметром цилиндра. Для использования его в поршневых машинах с увеличенным ходом поршней необходимо зубчатый сектор разместить вне цилиндра. В этом случае приводной механизм состоит из двух зубчатых секторов (см. фиг. 3), левого 6Л и правого 6П, расположенных на рабочих валах 7Л и 7П и вращающихся в одном направлении и попеременно входящих в зацепление со своими рейками 4 и 5. Для синхронизации вращения рабочих валов они соединяются между собой цилиндрическими шестернями через промежуточную шестерню.

Конструктивное исполнение зубчатых секторов и реек, а также принцип действия приводного механизма в этом случае аналогичен вышеописанному.

Список литературы
1. Патент РФ N 2059830, МКП F 01 B 1/08, 1996 г.

2. Заявка Франции N 2621077, МПК F 02 B 5/32, опубл. 1989 г.

3. Патент РФ N 2055226, МПК F 02 B 75/32, опубл. 1996 г.

4. Заявка ФРГ N 3529921, МПК F 02 B 75/32, опубл. 1986 г.

Изобретение относится к двигателестроению. Технический результат заключается в упрощении механизма преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение ведущего вала двигателя и повышении эффективности преобразования давления газов в цилиндре в крутящий момент на валу двигателя. Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания состоит из цилиндра с оппозитно расположенными поршнями и жестко соединенными между собой двумя зубчатыми рейками. Между рейками на осях цилиндра расположен зубчатый сектор с приводным валом. Длина полуокружности зубчатого сектора равна ходу поршня. Зубчатый сектор со стороны схода зубьев из зацепления срезан на высоту зуба перпендикулярно диаметру полуокружности. На зубчатых рейках выполнены две проточки радиусом полуокружности зубчатого сектора, которые смещены jодна относительно другой на величину хода поршня. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с оппозитно расположенными поршнями и соединенный штоками с расположенными на их гранях зубчатыми рейками, и зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, причем зубчатый сектор размещен на ведущем валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатыми рейками, отличающийся тем, что на зубчатых рейках выполнены проточки радиусом наружной окружности зубчатого сектора, центры которых расположены на вертикальной оси цилиндра и отстоят друг от друга на величину хода поршня, а зубчатый сектор на выходящей из зацепления с рейками стороне срезан на толщину, равную высоте зуба, под прямым углом к оси, соединяющей концы сектора. 2. Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что зубчатые рейки расположены друг против друга в вертикальной плоскости цилиндра и скользят по его образующей, а ведущий вал с зубчатым сектором расположен между рейками на осях цилиндра. 3. Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что снабжен вторым зубчатым сектором с ведущим валом, ведущие валы с зубчатыми секторами смещены на равное расстояние от вертикальной оси цилиндра, вращаются в одном направлении и попеременно входят в зацепление с соответствующими зубчатыми рейками.