ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F02B75/28 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.

Известен двигатель, содержащий по меньшей мере один цилиндр, размещенные в нем встречно движущиеся поршни с образованием общей камеры сгорания, механизм газораспределения, выполненный в виде окон продувки и впрыска топлива, связанный с поршнями механизм преобразования движения, выполненный в виде кривошипно-шатунного механизма (см. патент США 4010610, 1977 г).

Недостаток известного двигателя заключается в недостаточно эффективной работе и низкой экономичности.

Известен двигатель, содержащий цилиндр, два поршня, расположенные оппозитно и снабженные шатунами; каждый шатун соединен механизмом преобразования движения поршней во вращательное движение выходного вала (см. патент США 2199625, опубл. 1940).

Данный двигатель не может полностью использовать объем цилиндра, т.к. моменты времени максимального выдвижения поршней не совпадают. Условия совпадения максимального выдвижения поршней, а значит и наиболее рационального использования их движения, невозможно при использовании циклоидного механизма внутреннего зацепления. Данное обстоятельство снижает цилиндровую мощность и ухудшает теплоотвод, а также шестерни внутреннего зацепления трудны в изготовлении.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, размещенные в нем два оппозитно расположенных и встречно движущихся поршня с шатунными тягами, коленчатый вал, механизм преобразования движения поршней во вращательное движение коленчатого вала, выполненный с коромыслами по числу поршней, противолежащие шатуны коленчатого вала, причем шатунные тяги поршней шарнирно связаны с первыми плечами коромысел, а шатуны коленчатого вала шарнирно связаны со вторыми плечами соответствующих коромысел (см. И.И. АРТОБОЛЕВСКИЙ. Механизмы в современной технике. Том 2. Кулисно-рычажные и кривошипно-ползунные механизмы. М.: Наука, с.486, рис.1495).

Недостатком указанного двигателя являются низкие эффективность и экономичность.

В качестве прототипа выбран двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, размещенные в нем с образованием общей камеры сгорания два оппозитно расположенных и встречно движущихся поршня с шатунными тягами, коленчатый вал, механизм газораспределения, выполненный в виде окон продувки и впрыска топлива, механизм преобразования движения поршней во вращательное движение коленчатого вала, выполненный с коромыслами по числу поршней, противолежащие шатуны коленчатого вала, причем шатунные тяги поршней шарнирно связаны с первыми плечами коромысел, а шатуны коленчатого вала шарнирно связаны со вторыми плечами соответствующих коромысел (см. патент Германии 475504, опубл. 11.04.1929).

Недостатком его является низкая эффективность ввиду того, что составляющая силы давления газов на поршни, которая вращает коленчатый вал, в положении коленчатого вала, когда поршни находятся в верхней мертвой точке, практически равняется нулю.

Задачей изобретения является повышение экономичности, мощности, экологичности и эффективности работы, упрощение конструкции двигателя, уменьшение общих габаритов двигателя, значительное снижение нагрузки в механизме преобразования движения и удельной массы за счет получения вращающей коленчатый вал составляющей от силы давления газов на поршень уже в момент максимального давления газов, снижения силы, необходимой для вращения коленчатого вала в положении верхней мертвой точки в момент максимального давления газов в цилиндре, а также увеличения времени нахождения поршней в состоянии, в котором объем цилиндра между поршнями минимален (так называемый объем камеры сгорания.)
Поставленная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере один цилиндр, размещенные в нем с образованием общей камеры сгорания два оппозитно расположенных и встречно движущихся поршня с шатунными тягами, коленчатый вал, механизм газораспределения, выполненный в виде окон продувки и впрыска топлива, механизм преобразования движения поршней во вращательное движение коленчатого вала, выполненный с коромыслами по числу поршней и противолежащие шатуны коленчатого вала, причем шатунные тяги поршней шарнирно связаны с первыми плечами коромысел, а шатуны коленчатого вала шарнирно связаны со вторыми плечами соответствующих коромысел, два противолежащих шатуна коленчатого вала расположены соответственно во взаимно пересекающихся плоскостях, перпендикулярных плоскости вращения коленчатого вала, причем шатуны коленчатого вала расположены таким образом, что при положении одного из них в положении верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня, другой шатун находится в положении, отличном от верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня.

Шейки коленчатого вала могут быть расположены несимметрично оси коленчатого вала.

Первое плечо каждого из коромысел может быть длиннее каждого второго плеча коромысел.

Первое плечо каждого из коромысел может быть короче каждого второго плеча коромысел.

Шатуны коленчатого вала могут быть расположены на одной шейке последнего и одно из коромысел имеет подковообразную форму.

На фиг.1 показана принципиальная схема двигателя; на фиг.2, 3, 4 показаны схемы движения поршней; на фиг.5 представлена схема несимметричного расположения шеек оси коленчатого вала; на фиг.6 представлена схема двигателя, при котором шатуны коленчатого вала соединены с шатунными тягами посредством маятников; на фиг.7 представлена схема соединения шатунов коленчатого вала с шатунными тягами при помощи маятника с одной стороны и коромысла с другой стороны; на фиг.8 представлена схема, когда шатуны коленчатого вала расположены на одной шейке коленчатого вала и один из шатунов связан с коромыслом, имеющим подковообразную форму.

Двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр 1, размещенные в нем с образованием общей камеры сгорания 2 два оппозитно расположенных и встречно движущихся поршня 3, 4 с шатунными тягами 5, коленчатый вал 6, механизм газораспределения, выполненный в виде окон продувки и впрыска топлива (не показаны), механизм преобразования движения поршней во вращательное движение коленчатого вала 6, выполненный с коромыслами 7 по числу поршней 3, 4, и противолежащие шатуны 8 и 9 коленчатого вала 6, причем шатунные тяги 5 поршней 3, 4 шарнирно связаны с первыми плечами 10 коромысел 7, а шатуны 8 и 9 коленчатого вала 6 шарнирно связаны со вторыми плечами 11 соответствующих коромысел 7. Два противолежащих шатуна 8 и 9 коленчатого вала 6 расположены соответственно во взаимно пересекающихся плоскостях, перпендикулярных плоскости вращения коленчатого вала 6. Шатуны 8 и 9 коленчатого вала 6 расположены таким образом, что при положении одного из них в положении верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня, другой шатун находится в положении, отличном от верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня, и наоборот.

Шейки коленчатого вала 6 (не показаны) могут быть расположены несимметрично оси коленчатого вала 6.

Первое плечо 10 каждого из коромысел 7 может быть длиннее каждого второго плеча 11 коромысел 7.

Первое плечо 10 каждого из коромысел 6 может быть короче каждого второго плеча 11 коромысел 7.

Работа двигателя осуществляется по циклу дизеля следующим образом.

1. При движении поршней 3 и 4 к центру цилиндра 1 (коленчатый вал 6 вращается по часовой стрелке), при достижении поршнем 4 верхней мертвой точки (шейка шатуна находится в точке М), поршень 3 еще не дошел до верхней мертвой точки (фиг. 2), но объем цилиндра между поршнями 3 и 4 уже стал минимальным согласно тепловых расчетов (так называемый объем камеры сгорания 2). В этот момент в цилиндре 1 максимальна температура сжатого воздуха.

2. При дальнейшем повороте коленчатого вала (фиг.3) поршень 4 отходит от своей верхней мертвой точки, а поршень 3 еще не подошел к своей верхней мертвой точке - поршни 3 и 4 расположены симметрично оси ОА (коленчатый вал 6-цилиндр 1), а шейки шатунов находятся в точках К и Е соответственно (фиг. 1) Объем цилиндра 1 между поршнями 3 и 4 в этом положении коленчатого вала 6 остается приблизительно равным объему цилиндра 1, рассмотренному в предыдущем примере.

3. При дальнейшем повороте коленчатого вала (фиг.4) поршень 3 подходит к своей верхней мертвой точке, а поршень 4 отходит от своей верхней мертвой точки еще дальше (шейки шатунов), находятся соответственно в точках В и С (фиг.1).

Объем цилиндра 1 между поршнями 3 и 4 в этом положении коленчатого вала 6 остается приблизительно равным объему цилиндра 1, рассмотренному в предыдущих примерах.

Впрыск топлива происходит между положениями коленчатого вала 6, рассмотренными в 1 и 3 пункта, и к моменту, когда коленчатый вал 6 находится в положении, описанном в 3 пункте, топливо в основной своей массе уже воспламеняется, что приводит к резкому повышению давления газов на поршни 3 и 4, так как поршень 4 находится уже в состоянии, отличном от верхней мертвой точки, сила давления газов на этот поршень 4 дает тангенциальную составляющую, приложенную к шейке коленчатого вала 6 (точка С на фиг.1), которая, в свою очередь, развивает крутящий момент двигателя.

Возможны варианты выполнения двигателя, при котором шатуны коленчатого вала соединены с шатунными тягами посредством маятников (фиг.6), или при котором шатуны коленчатого вала соединены с шатунными тягами при помощи маятника с одной стороны и коромысла с другой стороны (фиг.7), или в случае, когда шатуны коленчатого вала расположены на одной шейке коленчатого вала и один из шатунов связан с коромыслом, имеющим подковообразную форму (фиг.8).

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить экономичность, мощность и эффективность работы, упростить конструкцию двигателя, уменьшить габариты двигателя, значительно снизить нагрузки в механизме преобразования движения и удельную массу, повысить экологичность. Двигатель содержит по меньшей мере один цилиндр, размещенные в нем с образованием общей камеры сгорания два оппозитно расположенных и встречно движущихся поршня с шатунными тягами, коленчатый вал. Механизм газораспределения выполнен в виде окон продувки и впрыска топлива. Механизм преобразования движения поршней во вращательное движение коленчатого вала выполнен с коромыслами по числу поршней. Шатунные тяги поршней шарнирно связаны с первыми плечами коромысел, а шатуны коленчатого вала шарнирно связаны со вторыми плечами соответствующих коромысел. Два противолежащих шатуна коленчатого вала расположены соответственно во взаимно пересекающихся плоскостях, перпендикулярных плоскости вращения коленчатого вала. Шатуны коленчатого вала расположены таким образом, что при положении одного из них в положении верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня другой шатун находится в положении, отличном от верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня. 4 з.п.ф-лы., 8 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, размещенные в нем с образованием общей камеры сгорания два оппозитно расположенные и встречно движущиеся поршня с шатунными тягами, коленчатый вал, механизм газораспределения, выполненный в виде окон продувки и впрыска топлива, механизм преобразования движения поршней во вращательное движение коленчатого вала, выполненный с коромыслами по числу поршней, и противолежащие шатуны коленчатого вала, причем шатунные тяги поршней шарнирно связаны с первыми плечами коромысел, а шатуны коленчатого вала шарнирно связаны со вторыми плечами соответствующих коромысел, отличающийся тем, что два противолежащих шатуна коленчатого вала расположены соответственно во взаимно пересекающихся плоскостях, перпендикулярных плоскости вращения коленчатого вала, причем шатуны коленчатого вала расположены таким образом, что при положении одного из них в положении верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня другой шатун находится в положении, отличном от верхней или нижней мертвой точки связанного с ним поршня. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что шейки коленчатого вала расположены несимметрично оси коленчатого вала. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что первое плечо каждого из коромысел длиннее каждого второго плеча коромысел. 4. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что первое плечо каждого из коромысел короче каждого второго плеча коромысел. 5. Двигатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что шатуны коленчатого вала расположены на одной шейке последнего и одно из коромысел имеет подковообразную форму.