ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02B75/32 

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

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, по меньшей мере, один цилиндр с крышкой, поршень, размещенный в цилиндре, силовой шток, соединенный с поршнем вал с, по меньшей мере, двумя боковыми и с, по меньшей мере, одним средним кулачками, причем силовой шток выполнен с возможностью взаимодействия своей рабочей поверхностью со средним кулачком, размещенным на валу между боковыми кулачками (см. заявку Германии 3118566, опубл. 1982 г., F 02 В 75/32).

Недостатками известного двигателя являются низкий коэффициент полезного действия (КПД) ввиду больших потерь энергии на преодоление сил трения, возникающих от боковых нагрузок на поршень, и его недостаточно эффективная и надежная работа.

Задачей изобретения является повышение КПД двигателя, снижение расхода топлива, увеличение срока эксплуатации узлов цилиндропоршневого механизма двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, по меньшей мере, один цилиндр с крышкой, поршень, размещенный в цилиндре, силовой шток, соединенный с поршнем вал с, по меньшей мере, двумя боковыми и с, по меньшей мере, одним средним кулачками, причем силовой шток выполнен с возможностью взаимодействия своей рабочей поверхностью со средним кулачком, размещенным на валу между боковыми кулачками, согласно изобретению поршень снабжен двумя вспомогательными штоками, выполненными в виде рам, с прорезями, имеющими вид прямоугольников со скругленными верхними и нижними основаниями, утолщениями на внешних сторонах рамы, взаимодействующими с направляющими пазами корпуса, ребрами жесткости, выполненными на внутренних поверхностях прорезей, и рабочими поверхностями, взаимодействующими с торцевыми поверхностями боковых кулачков, причем профиль торцевых рабочих поверхностей боковых и среднего кулачков выполнен с возможностью обеспечения по углу поворота вала расстояния между торцевой рабочей поверхностью среднего кулачка, взаимодействующего с силовым штоком и торцевыми рабочими поверхностями боковых кулачков, взаимодействующих с вспомогательными штоками, равного расстоянию между рабочими поверхностями силового и вспомогательного штоков, а на валу выполнены проточки для размещения в них ребер жесткости вспомогательных штоков.

Боковые и средний кулачки могут быть расположены между вспомогательными штоками.

Двигатель может быть снабжен дополнительными боковыми кулачками и дополнительными рабочими поверхностями вспомогательных штоков, причем два боковых и средний кулачки расположены между вспомогательными штоками, причем дополнительные боковые кулачки расположены за вспомогательными штоками, а дополнительные рабочие поверхности вспомогательных штоков выполнены с возможностью взаимодействия с дополнительными боковыми кулачками.

Рабочие поверхности штоков могут быть снабжены подшипниками.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан поршень с силовым и вспомогательными штоками, вид сбоку;
на фиг.2 - поршень с силовым и вспомогательными штоками, вид спереди;
на фиг.3 - вид А-А фиг.1;
на фиг.4 - средний и боковой кулачки;
на фиг.5 - вал с кулачками с выдвинутым вверх средним кулачком, вид сбоку;
на фиг. 6 - вал с кулачками с выдвинутыми вверх боковыми кулачками, вид сбоку;
на фиг.7 - двигатель при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), вид сбоку;
на фиг.8 - двигатель при положении поршня в нижней мертвой точке (НМТ), вид сбоку;
на фиг.7 - двигатель при положении поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), вид спереди;
на фиг.10 - двигатель при положении поршня в нижней мертвой точке (НМТ), вид спереди;
на фиг.11 - вал двигателя с дополнительными боковыми кулачками.

Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1, по меньшей мере, один цилиндр 2 с крышкой 3, поршень 4, размещенный в цилиндре 2, силовой шток 5, соединенный с поршнем 4, вал 6 с, по меньшей мере, двумя боковыми кулачками 7 и с, по меньшей мере, одним средним кулачком 8. Силовой шток 5 выполнен с возможностью взаимодействия своей рабочей поверхностью, например подшипником 9, со средним кулачком 8, размещенным на валу 6 между боковыми кулачками 7. Поршень 4 снабжен двумя вспомогательными штоками 10, выполненными в виде рам, с прорезями 11, имеющими вид прямоугольников со скругленными верхними и нижними основаниями 12 и 13, утолщениями 14 на внешних сторонах рамы, взаимодействующими с направляющими пазами 15 корпуса 1, ребрами 16 жесткости, выполненными на внутренних поверхностях прорезей 11, и рабочими поверхностями 17, которые могут быть выполнены например в виде подшипников, взаимодействующими с торцевыми поверхностями боковых кулачков 7. Профиль торцевых рабочих поверхностей боковых и среднего кулачков 7 и 8, выполнен с возможностью обеспечения по углу поворота вала расстояния между торцевой рабочей поверхностью среднего кулачка 8, взаимодействующего с силовым штоком 5 и торцевыми рабочими поверхностями боковых кулачков 7, взаимодействующих с вспомогательными штоками 10, равного расстоянию между рабочими поверхностями силового и вспомогательного штоков 5 и 10. На валу 6 выполнены проточки 18 для размещения в них ребер 16 жесткости вспомогательных штоков 10.

Боковые и средний кулачки 7 и 8 могут быть расположены между вспомогательными штоками 10 (см. фиг.7 и 8).

Двигатель может быть снабжен дополнительными боковыми кулачками 19 и дополнительными рабочими поверхностями 20 вспомогательных штоков 10, причем два боковых и средний кулачки 7 и 8 расположены между вспомогательными штоками 10, дополнительные боковые кулачки 19 расположены за вспомогательными штоками 10, а дополнительные рабочие поверхности 20 вспомогательных штоков 10 выполнены с возможностью взаимодействия с дополнительными боковыми кулачками 19. Рабочие поверхности штоков 5 и 10 могут быть снабжены подшипниками. Боковые кулачки 7 имеют четыре профилированные торцевые рабочие поверхности - 21, 22, 23 и 24, а средний кулачок 8 имеет четыре профилированные торцевые рабочие поверхности 25, 26, 27 и 28.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. После воспламенения топливно-воздушной смеси в цилиндре 2 поршень 4 через силовой шток 5 взаимодействует с первой торцевой рабочей поверхностью 25, обеспечивая проведение рабочего хода и перемещение поршня 4 от ВМТ до НМТ, при этом рабочие поверхности 17 вспомогательных штоков 10, взаимодействуя с первыми торцевыми рабочими поверхностями 21 боковых кулачков 8, обеспечивают плавный ход поршня 4 во время рабочего хода. Вторая торцевая рабочая поверхность 26 среднего кулачка 8 обеспечивает перемещение поршня 4 от НМТ до ВМТ во время такта выхлопа, а вторые торцевые рабочие поверхности 22 боковых кулачков 7 обеспечивают плавный ход поршня во время такта выхлопа. Третьи торцевые рабочие поверхности 23 боковых кулачков 7 обеспечивают перемещение поршня 4 от ВМТ к НМТ во время такта впуска, а силовой шток 5 поршня 4, контактируя с третьей торцевой рабочей поверхностью 27 среднего кулачка 8, обеспечивает плавность хода поршня во время такта впуска. Четвертая торцевая рабочая поверхность 28 среднего кулачка 8, взаимодействуя с силовым штоком 5, обеспечивает перемещение поршня 4 от НМТ к ВМТ на такте сжатия, а четвертые торцевые рабочие поверхности 24 боковых кулачков 7 обеспечивают плавный ход поршня 4 на такте сжатия.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус, по меньшей мере, один цилиндр с крышкой, поршень, размещенный в цилиндре, силовой шток, соединенный с поршнем, вал с, по меньшей мере, двумя боковыми и с, по меньшей мере, одним средним кулачками. Силовой шток выполнен с возможностью взаимодействия своей рабочей поверхностью со средним кулачком, размещенным на валу между боковыми кулачками. Поршень снабжен двумя вспомогательными штоками, выполненными в виде рам с прорезями, имеющими вид прямоугольников со скругленными верхними и нижними основаниями, утолщениями на внешних сторонах рамы, взаимодействующими с направляющими пазами корпуса, ребрами жесткости, выполненными на внутренних поверхностях прорезей, и рабочими поверхностями, взаимодействующими с торцевыми поверхностями боковых кулачков. Профиль торцевых рабочих поверхностей боковых и среднего кулачков выполнен с возможностью обеспечения по углу поворота вала расстояния между торцевой рабочей поверхностью среднего кулачка, взаимодействующего с силовым штоком, и торцевыми рабочими поверхностями боковых кулачков, взаимодействующих с вспомогательными штоками, равного расстоянию между рабочими поверхностями силового и вспомогательного штоков. На валу выполнены проточки для размещения в них ребер жесткости вспомогательных штоков. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия двигателя, снижении расхода топлива и увеличении срока эксплуатации узлов цилиндропоршневого механизма двигателя. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, по меньшей мере, один цилиндр с крышкой, поршень, размещенный в цилиндре, силовой шток, соединенный с поршнем, вал с, по меньшей мере, двумя боковыми, и с по меньшей мере, одним средним кулачками, причем силовой шток выполнен с возможностью взаимодействия своей рабочей поверхностью со средним кулачком, размещенным на валу между боковыми кулачками, отличающийся тем, что поршень снабжен двумя вспомогательными штоками, выполненными в виде рам с прорезями, имеющими вид прямоугольников со скругленными верхними и нижними основаниями, утолщениями на внешних сторонах рамы, взаимодействующими с направляющими пазами корпуса, ребрами жесткости, выполненными на внутренних поверхностях прорезей, и рабочими поверхностями, взаимодействующими с торцевыми рабочими поверхностями боковых кулачков, причем профиль торцевых рабочих поверхностей боковых и среднего кулачков выполнен с возможностью обеспечения по углу поворота вала расстояния между торцевой рабочей поверхностью среднего кулачка, взаимодействующего с силовым штоком и торцевыми рабочими поверхностями боковых кулачков, взаимодействующих с вспомогательными штоками, равного расстоянию между рабочими поверхностями силового и вспомогательного штоков, а на валу выполнены проточки для размещения в них ребер жесткости вспомогательных штоков. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что боковые и средний кулачки расположены между вспомогательными штоками. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что снабжен дополнительными боковыми кулачками и дополнительными рабочими поверхностями вспомогательных штоков, причем два боковых и средний кулачки расположены между вспомогательными штоками, причем дополнительные боковые кулачки расположены за вспомогательными штоками, а дополнительные рабочие поверхности вспомогательных штоков выполнены с возможностью взаимодействия с дополнительными боковыми кулачками. 4. Двигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что рабочие поверхности силового и вспомогательных штоков снабжены подшипниками.