БЕСШАТУННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F02B75/24 F02B75/32 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к двигателям внутреннего сгорания с принудительным зажиганием и самовоспламенением, и может быть использовано в автомобильных двигателях.

Характеристика аналогов и прототипов
Аналогом и прототипом могут служить бесшатунные двигатели внутреннего сгорания, которые хорошо описаны в отечественной и иностранной литературе и патентной документации России, США, Японии и других.

Рассмотрен аналог изобретения - патент США 5503038, кл. F 02 В 75/22, опубл. 02.04.1996. При рассмотрении данного аналога пришли к выводу, что многоэксцентриковое устройство со свободным перемещением разработан для преобразования вращательного движения эксцентрикового механизма в прямолинейное перемещение в цилиндре поршня со штоками, который может служить компрессором с использованием независимого источника энергии (эл. двигатель и др.). А также аналоговое устройство может служить бесшатунным двигателем для преобразования прямолинейного движения поршня и штока во вращательное движение эксцентрикового механизма.

Так как в аналоговом устройстве цилиндры расположены крестообразно, то есть каждый ряд расположен между собой перпендикулярно (под 90^o). Поршни в каждом ряду совместно со штоками перемещаются в цилиндре в одном направлении. Следовательно, силы инерции поршня и штока, возникшие в конце хода (в верхней или нижней мертвых точках), будут действовать в одном направлении, с удвоенной силой, так как поршни и штоки имеют одинаковую массу. Возникновение сил инерции аналогового устройства ничем не уравновешиваются.

Аналогичная компоновочная схема (крестообразная и Х-образная) бесшатунного двигателя одностороннего действия с различным расположением цилиндров была разработана и хорошо описана в литературе С.С.Баландиным "Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания". М.: Машиностроение, 1968, 151 с. ). У данного аналога цилиндры устанавливают по окружности картера двигателя под углом 60, 90, 180^o. Рассматриваемый многоцилиндровый двигатель не может быть рядным, так как шток один на две противоположные стороны картера, то есть цилиндры обязательно должны располагаться относительно друг к другу на 180^o. Данные двигатели могут быть использованы в авиации и других подобных силовых установках, но не могут быть использованы на автомобилях из-за ограничения габаритов двигательного отсека.

Данный аналоговый двигатель имеет те же недостатки, что и у выше описанного аналога (патент США), то есть не имеет механизма для уравновешивания сил инерции первого и второго порядка, возникающие во время перемещения поршней со штоками.

Сущность изобретения
Разработанный бесшатунный двигатель имеет цилиндры, которые расположены горизонтально. Дополнительно установлены цилиндры относительно имеющихся под углом 180^o. Это позволяет увеличить в два раза мощность двигателя, снизить металлоемкость на единицу мощности, не меняя конструкцию коленчатого вала. В бесшатунном механизме установлен на 4 цилиндра (то есть на две пары цилиндров) один уравновешивающий механизм, состоящий из эксцентрика 7 с ползуном 8, который уравновешивает силы инерции. Если 6-цилиндровый двигатель, устанавливаются два уравновешивающих механизма: первый между первом и второй парой цилиндров; второй между второй парой и третьей парой. С увеличением числа цилиндров увеличивается число уравновешивающих механизмов.

Использование на автомобилях разработанного бесшатунного двигателя позволяет повысить технико-эксплуатационные характеристики автомобиля.

На фиг.1-3 показан 4-цилиндровый двигатель с горизонтальным расположением (может быть 6-и, 8-и и более). Данный двигатель может быть использован в бензиновом и дизельном вариантах.

Бесшатунный двигатель, в котором реализуется предлагаемое устройство, состоит из поршней 2 и 2¹ без юбок и бобышек, расположенных в цилиндрах 1 и 1¹ горизонтально на одной оси, которые соединены между собой через штоки 3 и 3¹ и общий эксцентрик 4, свободно вращающийся в корпусе 11, к которому прикреплены штоки 3 и 3¹, эксцентрикового вала 5 (прототип колен вала) и эксцентриковой опоры 7, встроенной в корпус опоры 8, направляющих 6 поршневого штока и направляющих 9 в опорном корпусе 8.

Работа бесшатунного двигателя с горизонтально расположенными цилиндрами осуществляется следующим образом: поршень 2 перемещается от верхней мертвой точки к нижней мертвой точки и передает движение поршневому штоку 3, который вместе с корпусом 11 движется по направляющим 6 параллельно стенки цилиндра 1, от корпуса 11 движение передается на шток 3¹ и поршень 2¹, который перемещается от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки, в этом случае поршни 2 и 2¹ не испытывают боковых нагрузок; далее движение вначале от штока 3, а затем от штока 3¹ передается эксцентрикам 4, которые свободно вращаются в корпусе 11. В свою очередь эксцентрики установлены на валу 5 двигателя (эксцентриситет коленчатого вала и эксцентриков 4 равны между собой). Таким образом, поступательное движение поршней преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 5, далее на маховик 10 и коробку передач (движитель).

Для обеспечения равномерной работы двигателя осуществляется уравновешивание сил инерции путем установки уравновешивающего механизма между цилиндрами, который находится между эксцентриками 4, где эксцентрик 7 и ползун 8 скользят по направляющим 9, расположенным перпендикулярно осям цилиндров.

Двигатель предназначен для использования в качестве ДВС с принудительным зажиганием и самовоспламенением. Двигатель содержит цилиндры, расположенные в ряд, размещенные в них поршни, штоки, соединенные с поршнями и ползунами, установленными с возможностью возвратно-поступательного перемещения совместно со штоками вдоль направляющих параллельно стенкам цилиндров, и коленчатый вал с эксцентриками, расположенными в отверстиях ползунов; дополнительные направляющие расположены перпендикулярно осям цилиндров, а дополнительный ползун - между последними с возможностью перемещения вдоль дополнительных направляющих. Изобретение позволяет увеличить мощность, снизить металлоемкость. 3 ил.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры, расположенные горизонтально в ряд, размещенные в них поршни, штоки, жестко соединенные с поршнями и связанные с ползунами, установленными с возможностью возвратно-поступательного перемещения совместно со штоками вдоль направляющих параллельно стенкам цилиндров, и коленчатый вал, снабженный эксцентриками, расположенными в отверстиях ползунов с возможностью вращения, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными направляющими, расположенными перпендикулярно осям цилиндров, и дополнительным ползуном, размещенным между цилиндрами с возможностью перемещения вдоль дополнительных направляющих.