ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F02B75/32 F16H21/34 

Изобретение относится к области двигателестроения.

Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие цилиндр с поршнем, шатун, коленчатый вал и маховик (см. книгу А.С.Хачияна и др. Двигатели внутреннего сгорания. М.; Высшая школа, 1985 г., с.20-28). Для увеличения эффективности работы двигателя процессы впуска, выпуска, сжатия и расширения перекрываются между собой.

Однако у таких двигателей подготовительные процессы впуска, сжатия и выпуска занимают значительную часть работы по отношению к процессу расширения и такие двигатели чаще изготавливаются многоцилиндровыми.

Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие два параллельно расположенных и связанных друг с другом шестернями с возможностью встречного синхронного вращения коленчатых вала, одноименные шатунные шейки которых, посредством шатунов, связаны с траверсой, в свою очередь шарнирно соединенной с поршнем (см. RU 2064599 С1, кл. F 02 В 75/32).

Такие двигатели значительную часть от времени работы тратят на подготовительные процессы впуска, сжатия и выпуска, а процесс расширения составляет половину одного оборота коленчатого вала, кроме того, при увеличении частоты вращения коленчатого вала снижается коэффициент наполнения цилиндра воздухом. Чаще всего двигатели изготавливаются четырех и более цилиндровыми.

Была поставлена задача на увеличение литровой мощности четырехтактного и двухтактного двигателей внутреннего сгорания за счет увеличения времени процессов расширения и впуска по отношению к процессам сжатия и выпуска у четырехтактного двигателя внутреннего сгорания и увеличения времени процесса расширения по отношению к процессу сжатия у двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

Указанная задача решается тем, что двигатель внутреннего сгорания. содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, соединенным с двумя шатунами, снабжен сателлитом и двумя центральными колесами, при этом сателлит расположен между центральными колесами с образованием дифференциального механизма, причем один шатун соединен с осью сателлита, а другой - с внешним ведущим центральным колесом дифференциального механизма, второе центральное колесо которого выполнено внутренним ведомым.

При осуществлении данного изобретения может быть получен технический результат, в виде увеличения литровой мощности четырехтактного и двухтактного двигателей внутреннего сгорания.

Соединение поршня с двумя шатунами с сателлитом, расположенным между центральными колесами, с образованием дифференциального механизма, причем один шатун соединен с осью сателлита, а другой - с внешним ведущим центральным колесом дифференциального механизма, второе центральное колесо которого выполнено внутренним ведомым, позволяет совершить вращения внутреннего ведомого центрального колеса, при процессе расширения и процессе впуска, примерно в два, в три раза больше в зависимости от соотношения размеров деталей, чем при процессе сжатия и процессе выпуска у четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, и при процессе расширения совершить вращения примерно в два, в три раза больше, чем при процессе сжатия у двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, и средняя скорость поршня будет пропорционально в два, в три раза больше, при движении от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, чем при движении от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый двигатель внутреннего сгорания отличается тем, что он снабжен сателлитом и двумя центральными колесами, при этом сателлит расположен между центральными колесами с образованием дифференциального механизма, причем один шатун соединен с осью сателлита, а другой - с внешним ведущим центральным колесом дифференциального механизма, второе центральное колесо которого выполнено внутренним ведомым.

Это позволяет сделать заключение, что данные признаки являются новыми, а предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Проверка соответствия изобретения требованию изобретательского уровня, которая проводилась в отношении совокупности его существенных признаков показала, что из известного уровня техники не выявлено влияние предписываемого предлагаемым техническим решением преобразования, характеризуемого отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение технического результата: увеличение литровой мощности четырехтактного и двухтактного двигателей внутреннего сгорания. Это свидетельствует о том, что изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, т.е. оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

Таким образом, новая совокупность существенных признаков, как известных, так и отличительных, обеспечивает увеличение литровой мощности четырехтактного и двухтактного двигателей внутреннего сгорания, т.к. позволяет совершить вращения внутреннего ведомого центрального колеса, при процессе расширения и процессе впуска, примерно в два, в три раза больше в зависимости от соотношения размеров деталей, чем при процессе сжатия и процессе выпуска у четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, и при процессе расширения совершить вращения примерно в два, в три раза больше, чем при процессе сжатия у двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, и средняя скорость поршня будет пропорционально в два, в три раза больше при движении от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, чем при движении от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.

На фиг.1 схематично изображен двигатель внутреннего сгорания; на фиг.2 - двигатель внутреннего сгорания, при положении поршня в верхней мертвой точке; на фиг. 3 - двигатель внутреннего сгорания при положении поршня в нижней мертвой точке.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1 с поршнем 2, На поршне шарнирно установлены два шатуна 3 и 4, которые другими концами соединены шарнирно с дифференциальным механизмом, состоящим из внутреннего ведомого центрального колеса 5, сателлита 6, и внешнего ведущего центрального колеса 7. Шатун 3 шарнирно соединен с осью сателлита 6, а шатун 4 шарнирно соединен с внешним ведущим центральным колесом 7.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При движении поршня 2, во время такта рабочего хода от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, шатун 3 толкает сателлит 6, а шатун 4 толкает внешнее ведущее центральное колесо 7 по разные стороны от внутреннего ведомого центрального колеса 5, заставляя вращаться внутреннее ведомое центральное колесо 5.

При достижении нижней мертвой точки внутреннее ведомое центральное колесо 5 вращает вокруг себя сателлит 6 за счет накопленной маховиком энергии (маховик не изображен). Сателлит 6 толкает шатун 3 вверх вместе с поршнем 2, шатуном 4, вращая внешнее ведущее центральное колесо 7.

Средняя скорость поршня 2, при движении от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, будет, примерно, в два, в три раза больше, в зависимости от соотношения размеров деталей, чем при движении поршня 2 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, за счет разницы передаточных отношений в дифференциальном механизме, когда сателлит 6 находится по разные стороны от внутреннего ведомого центрального колеса 5.

В частном случае, когда шарнирно закрепленные концы шатунов на поршне расположены симметрично относительно оси двигателя и расстояние между ними минимальное или равно нулю, а длины шатунов равны между собой, то при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке число оборотов внутреннего ведомого центрального колеса будет равно:
1) n вниз=Rl•(y+180)/(R2•360)+1/2.

При движении поршня из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке число оборотов внутреннего ведомого центрального колеса будет равно:
2) n вверх=R3/(2•R2) + 1/2.

где R1 - радиус внешнего ведущего центрального колеса;
R2 - радиус внутреннего ведомого центрального колеса;
R3 - радиус сателлита.

у - угол поворота внешнего ведущего центрального колеса при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.

Радиусы равны расстоянию от центра колес иди сателлита до соответствующих каждому из них делительных окружностей зубчатых зацеплений.

Теоретически предельное значение разности оборота внутреннего ведомого центрального колеса при движении сателлита по разные стороны от оси двигателя будет при стремлении R3 к нулю (см. уравнения 1 и 2), тогда R1=R2 и у= 180^o. Подставив значения в уравнения 1 и 2 получим:
n вниз=1+1/2=1,5.

n вверх=1/2=0,5.

n вниз/n вверх=1,5/0,5=3.

При промежуточном, возможном значении, когда R2 = R3, тогда R1 =3•R3 и у=84^o. Подставив значения в уравнения 1 и 2 получим:
n вниз=2,2+1/2=2.7.

n вверх=1/2+1/2=1.

n вниз/n вверх=2,7/1=2,7.

Из вышеприведенных вычислений видно, что при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке внутреннее ведомое центральное колесо совершит вращения в два, в три раза более, чем при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. Следовательно, и средняя скорость поршня будет пропорционально в два, в три раза больше при движении от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, чем при движении от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.

Соответственно, процесс рабочего хода и процесс впуска будет происходить, примерно, в два, в три раза дольше, чем процесс сжатия и процесс выпуска у четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, и процесс расширения примерно в два, в три раза дольше, чем процесс сжатия у двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

Возможность осуществления изобретения и обеспечения при этом технического результата, выражающегося в увеличении литровой мощности четырехтактного и двухтактного двигателей внутреннего сгорания, подтверждена приведенными чертежами и описанием конструкции двигателя внутреннего сгорания в статическом состоянии и в действии.

Это свидетельствует о том, что изобретение соответствует требованию промышленной применимости.

Двигатель относится к энергомашиностроению. Двигатель содержит цилиндр, размещенный в нем поршень, шарнирно соединенные с ним два шатуна и дифференциальный механизм, включающий два центральных зубчатых колеса, внешнее ведущее и внутреннее ведомое, и сателлит, установленный между центральными колесами с возможностью взаимодействия с обоими; причем один шатун соединен с внешним колесом, а другой - с осью сателлита. Изобретение обеспечивает повышение мощности. 3 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, размещенный в нем поршень, соединенные с ним два шатуна, отличающийся тем, что он снабжен сателлитом и двумя центральными колесами, при этом сателлит расположен между центральными колесами с образованием дифференциального механизма, причем один шатун соединен с осью сателлита, а другой - с внешним ведущим центральным колесом дифференциального механизма, второе центральное колесо которого выполнено внутренним ведомым.