ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02B75/26 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности поршневым двигателем внутреннего сгорания.

За прототип предложеного двигателя принят двигатель внутреннего сгорания известный по заявке РФ 95106076/06 (011186), МПК 6 F 02 В 75/26, 1995 г. Признаками, характеризующими прототип, являются:
1". Двигатель содержит блок цилиндров.

2". Головку блока.

3". Поршень.

4". Воспламенение топливно-воздушной смеси от сжатия в цилиндрах.

5". Камеры сгорания.

6". Устройство для приготовления топливно-воздушной смеси.

7". Рабочий вал с основным и вспомогательным дисками.

8". Дискообразная форма блока цилиндров.

9". Регулятор степени сжатия, содержащий:
9"а. перепускные каналы сообщенные с цилиндрами;
9"б. перепускные золотники;
9"в. штоки перепускных золотников;
9"г. шестерни корректировки степени сжатия;
9"д. коронную шестерню;
9"е. червячный винт.

10". Газораспределительный механизм и его привод, содержащие:
10"а. впускные и выпускные золотники;
10"б. штоки впускных и выпускных золотников;
10"в. основной и вспомогательный диски с распределительными дорожками;
10"г. рабочий вал.

Принятый за прототип двигатель обладает следующими недостатками:
1. Сложность герметизации камер сгорания цилиндров двигателя.

2. Некомпактность двигателя.

3. Сложность изменения порядка работы цилиндров двигателя.

Для герметизации камер сгорания цилиндров двигателя на поршневых штоках, проходящих через направляющие втулки головки блока цилиндров и кинематически связаных со вспомогательным диском рабочего вала, необходимо будет установить уплотнительные кольца, аналогичные поршневым кольцам, а также удлинить втулки головки блока на величины, равные ходу поршней от ВМТ до НМТ.

Наличие на рабочем валу вспомогательного диска и необходимость герметизации камер сгорания за счет удлинения направляющих втулок приведут к увеличению продольного размера двигателя и усложнению его конструкции.

В двигателе, взятом за прототип, предусмотрен последовательный порядок работы цилиндров (1-2-3-4). Для обеспечения симметричной нагрузки на вал двигателя необходима попарная работа поршней на тактах рабочего хода (1-3); (2-4). Изменение порядка работы цилиндров потребует значительного усложнения конструкции ДВС, так как основной и вспомогательный диски необходимо будет обеспечить дополнительными газораспределительными и перепускными дорожками, из-за радиально-концентрического смещения которых значительно усложнится привод газораспределительных и перепускных золотников.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, т.е. создание более простого, надежного и компактного двигателя.

Эта цель достигается тем, что в известном двигателе по заявке РФ 95106076/06 (011186), имеющем общий механизм газораспределения, газораспределительный механизм заменяется на механизм, у которого впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра имеют свой индивидуальный привод, выполненный в виде распределительных шкивов, соединенных между собой ведомым зубчатым ремнем, промежуточного шкива, жестко связанного с одним из распределительных шкивов, а также соединенного при помощи ведущего зубчатого ремня с ведущим шкивом рабочего вала, а регулятор степени сжатия заменяется на регулятор, выполненный в виде перепускных клапанов, установленных с возможностью перекрытия перепускных каналов при помощи осевых корректоров, компенсационных толкателей и эксцентриков валов с распределительными шестернями, входящими в зацепление с центральной ведущей шестерней рабочего вала, причем осевые корректоры клапанных штоков резьбовыми частями связаны со штоками перепускных клапанов, а шлицевыми частями со ступицами конических шестерен корректировки степени сжатия, зубья которых входят в зацепление с зубьями главной конической шестерни, приводимой в действие червячным винтом.

Рабочий вал с основным диском обеспечивают через кинематическую связь возвратно-поступательное движение поршней двигателя без вспомогательного диска. Признаками, характеризующими заявленный двигатель внутреннего сгорания, являются:
1". Двигатель содержит блок цилиндров.

2". Головку блока.

3". Поршни.

4". Воспламенение топливно-воздушной смеси от сжатия в цилиндрах.

5". Камеры сгорания.

6". Устройство для приготовления топливно-воздушной смеси.

7". Рабочий вал с основным диском.

8". Дискообразная форма блока цилиндров.

9". Регулятор степени сжатия, содержащий:
9"а. перепускные каналы сообщенные с цилиндрами;
9"б. перепускные клапаны;
9"в. осевые корректоры перепускных клапанов;
9"г. компенсационные толкатели с пружинами;
9"д. эксцентриковые валы с распределительными шестернями;
9"е. центральную ведущую шестерню рабочего вала;
9"ж. конические шестерни корректировки степени сжатия;
9"з. главную коническую шестерню;
9"и. червячный винт.

10". Газораспределительный механизм и его привод, содержащие:
10"а. впускные и выпускные клапаны;
10"б. распределительные шкивы;
10"в. промежуточный шкив, жестко связанный с одним из распределительных шкивов;
10"г. ведомый зубчатый ремень;
10"д. ведущий зубчатый ремень;
10"е. ведущий шкив рабочего вала;
10"ж. рабочий вал.

Признаки 1"; 2"; 3"; 4"; 5"; 6"; 8"; 9"; 9"а; 9"и; 10"; 10"а; 10"ж являются общими с признаками прототипа. Признаки 7"; 9"б; 9"в; 9"г; 9"д; 9"ж; 9"з; 10"б; 10"г; 10"д; 10"е являются новыми отличительными, так как использование именно этих признаков позволяет достичь поставленную цель.

На фиг.1 изображена кинематическая схема продольного разреза двигателя.

На фиг.2 изображен разрез по А-А фиг.1.

На фиг.3 изображен вид Б фиг.1.

На фиг.4 изображен продольный разрез привода перепускного клапана.

На фиг.5 изображена главная коническая шестерня.

На фиг.6 изображен продольный разрез роликовых толкателей.

На фиг.7 изображен основной диск рабочего вала.

Двигатель поршневой, внутреннего сгорания, карбюраторный состоит из возвратно-поступательного и газораспределительных механизмов, систем охлаждения, смазки, питания и регулятора степени сжатия.

Возвратно-поступательный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала. Он состоит из подвижных и неподвижных деталей. К неподвижным деталям относятся: (см. фиг. 1, 2, 6, 7) блок цилиндров 1. К подвижным деталям - поршни 2, поршневые кольца 3, штоки поршней 4, роликовые толкатели -верхние 5, нижние 6, демпферные пружины 7, а также рабочий вал 8 с основным диском 9.

Блок цилиндров 1 является остовом двигателя. На нем и внутри него размещены механизмы и устройства двигателя. Он представляет собой расположенную по окружности группу цилиндров 10 (фиг.2), боковые стороны которых параллельны оси рабочего вала 8. В центре блока цилиндров (фиг.1) находятся опоры подшипников 11 рабочего вала двигателя.

Штоки поршней 4 с роликовыми толкателями 5, 6 и демпферной пружиной 7 служат для соединения поршней 2 с основным диском 9 и передачи усилий между ними.

Роликовые толкатели 5, 6 обеспечивают передачу усилий поршневых штоков 4 укосам 12, 13 основного диска и наоборот.

Верхние роликовые толкатели 5 двигаются по наружной стороне 14 кольцевой дорожки 16 основного диска, а нижние толкатели 6 - по внутренней стороне 15.

Демпферные пружины 7 поршневых штоков выполняют две функции:
1. На тактах рабочего хода гасят резкие импульсные толчки, передаваемые поршнями 2 через штока 4 верхним роликовым толкателям 5.

2. Обеспечивают роликовые толкатели 6 плавным переходом в верхних точках крутых укосов 12 основного диска 9, компенсируя изменение толщины дорожки по ее длине.

Основной диск 9 служит для соединения толкателей 5, 6 с кольцевой дорожкой 16, диска 9 и передачи усилий между ними. Диск 9 по краю торцевой части окружности снабжен кольцевой дорожкой 16, имеющей внутреннюю 15 и наружную 14 стороны. Кольцевая дорожка 16 имеет два крутых укоса 12 и два пологих 13. Крутизна укосов внутренней дорожки 15 значительно снижена за счет увеличения толщины кольцевой дорожки в верхних точках крутых укосов 12.

Толщина кольцевой дорожки - это расстояние от наружной стороны 14 до внутренней 15. По всей длине кольцевая дорожка 16 имеет различную толшину - минимальную у оснований укосов и максимальную на вершинах.

Рабочий вал 8 воспринимает усилия с основного диска 9 и передает крутящий момент трансмиссии траспортного средства. От него также приводятся в действие различные механизмы двигателя (газораспределительный механизм, масляный насос и т.д.).

Газораспределительный механизм служит для впуска в цилиндры двигателя горючей смеси и выпуска из цилиндров отработанных газов. Газораспределительный механизм (фиг.1,3.) включает в себя распределительные шкивы 17, ведомый зубчатый ремень 18, впускные клапаны 19 и выпускные 20.

Распределительные шкивы 17 обеспечивают своевременное открытие и закрытие клапанов. Они имеют впускные 21 и выпускные 22 кулачки и соединены между собой ведомым зубчатым ремнем 18.

Привод распределительные шкивов 17 осуществляется через промежуточный шкив 23 (жестко соединенный с одним из распределительных шкивов), ведущим зубчатым ремнем 24 от ведущего шкива 25 рабочего вала.

Клапаны - впускные 19 и выпускные 20 открывают и закрывают впускные 26 и выпускные 27 каналы.

Регулятор степени сжатия служит для воспламенения различных видов рабочей смеси в цилиндрах в соответствии с порядком и режимом работы двигателя. Регулятор степени сжатия состоит из распределительно-перепускного механизма и механизма корректировки степени сжатия.

Распределительно-перепускной механизм предназначен для перепуска сжимаемой рабочей смеси из цилиндров двигателя в перепускной коллектор 47 в соответствии с порядком и режимом работы двигателя. Он включает в себя (фиг. 1, 2, 3, 4) распределительно-эксцентриковые валы 28, корпус эксцентриковых валов 29, компенсационные толкатели 30, компенсационные пружины 31, осевые корректоры клапанных штоков 32, перепускные клапаны 33, направляющие втулки 34, пружины клапанов с деталями крепления.

Распределительно-эксцентриковые валы 28 обеспечивают своевременное открытие и закрытие на тактах "сжатие" перепускных клапанов 33. Количество валов 28 соответствует количеству цилиндров двигателя. Валы 28 устанавливаются в круглом барабанообразном корпусе 29 по окружности параллельно оси рабочего вала 8 и равноудалены от центра корпуса.

Компенсационные толкатели 30 совместно с компенсационными пружинами 31 служат для плавной передачи усилий от эксцентриковых валов 28 осевым корректорам 32 при изменяющихся продольных размерах штоков 35 перепускных клапанов.

Осевые корректоры 32 клапанных штоков принимают усилия от компенсационных толкателей 30 и передают эти усилия штокам 35 перепускных клапанов.

Перепускные клапаны 33 открывают и закрывают перепускные каналы 36. Приводятся в действие при помощи распределительно-эксцентриковых валов 28.

Привод эксцентриковых валов 28 осуществляется через установленные на них распределительные шестерни 37 от центральной ведущей шестерни 38 рабочего вала.

Механизм корректировки степени сжатия предназначен для воспламенения различных видов топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя и включает в себя червячный винт 39, главную коническую шестерню 40, шестерни корректировки степени сжатия 41, штифты клапанных штоков 42, направляющие пазы 43, осевой корректор 32.

Червячный винт 39 служит для привода механизма корректировки степени сжатия, приводится в действие электродвигателем и находится в зацеплении с главной конической шестерней 40, образуя червячную пару. Червячная пара за счет самоторможения обеспечивает фиксацию главной конической шестерни в нужном положении по окончании корректировки степени сжатия.

Главная коническая шестерня 40 предназначена для одновременной передачи усилия получаемого от червячного винта 39 шестерням корректировки степени сжатия 41.

Шестерни корректировки степени сжатия 41 служат для передачи вращательных движений осевым корректорам 32 перепускных клапанов в момент корректировки степени сжатия и прекращения этих движений по окончании корректировки.

Штифты клапанных штоков 42 с направляющими пазами 43 предотвращают от вращения клапанные штоки 35 при установки необходимой степени сжатия в цилиндрах двигателя.

Осевые корректоры 32 предназначены для корректировки степени сжатия в цилиндрах двигателя за счет изменения длины штоков 35 соответствующих перепускных клапанов 33. Один конец корректора 32 снабжен внутренней резьбой 44, а боковая поверхность шлицами 45.

Резьбовые соединения корректоров и штоков перепускных клапанов обеспечивают изменение продольных размеров штоков 35. При накручивании осевых корректоров 32 на штока 35 перепускных клапанов длина штоков уменьшается, а при откручивании увеличивается.

Шлицевые части 45 корректоров служат для передачи вращательных движений от шестерен корректировки степени сжатия 41 осевым корректорам 32 в момент регулировки степени сжатия, а также для исключения вращения корректоров 32 после регулировки в процессе работы двигателя.

Необходимая степень сжатия в цилиндрах двигателя устанавливается следующим образом: вращением червячного винта 39 приводится в действие главная коническая шестерня 40, которая через шестерни корректировки степени сжатия 41, находящиеся с ней в зацеплении, передает вращательное движение осевым корректорам 32 перепускных клапанов, а штифты перепускных клапанов 42, находясь в направляющих пазах 43, не допускают вращения штоков перепускных клапанов. Таким образом, за счет резьбовых соединений 44, 46 клапанных штоков 35 и осевых корректоров 32 будет увеличиваться или уменьшаться длина штоков. Максимальная степень сжатия в цилиндрах двигателя будет при полностью закрытых перепускных клапанах 33, т.е. при минимальной длине штоков 35. В этом случае будут работать только компенсационные толкатели 30 с компенсационными пружинами 31, не приводя в действие перепускные клапаны 33, и наоборот, чем больше будут удлинены штоки 35 перепускных клапанов, тем раньше они войдут в контакт с соответствующими эксцентриковыми валами, увеличивая продолжительность открытия клапанов и величины их открытия, тем самым снижая степень сжатия в цилиндрах. В момент открытия перепускных клапанов 33 на тактах "сжатие" часть сжимаемой рабочей смеси через открытые перепускные каналы 36 попадет в перепускной коллектор 47, который при помощи топливной трубки 48 соединен с топливным баком 49 транспортного средства. Бензонасос 50 подает топливо из бака 49 в устройство для приготовления топливно-воздушной смеси 51, в котором рабочая смесь приготавливается путем впрыска топлива в воздушный поток впускного трубопровода 52. Выпускной трубопровод 53 соединен с выпускными каналами 27, а впускной с впускными каналами 26 при помощи выпускных и впускных клапанов.

Двигатель внутреннего сгорания четырехтактный дискообразный работает следующим образом:
А) Впуск.

Стартер вращает основной диск (9), внутренняя сторона (15) кольцевой дорожки (16) основного диска через роликовые толкатели (6) и шток (4) (снабженный пальцем) перемещают поршень (2) от ВМТ к НМТ. Распределительный шкив (17) открывает впускной клапан (19), выпускной клапан (20) в это время закрыт. Готовая обедненная топливно-воздушная смесь из карбюратора 51 поступает в цилиндр двигателя.

Б) Сжатие.

Наружная сторона (14) кольцевой дорожки (16) через роликовые толкатели (5) и шток (4) перемещают поршень (2) от НМТ и ВМТ, распределительный шкив (17) обеспечивает закрытие впускного (19) и выпускного (20) клапанов на всем протяжении такта. Перепускной клапан (33) в начале такта "сжатие" максимально открыт. В процессе сжатия перепускной клапан (33) закрывается.

В) Рабочий ход.

В момент сжатия рабочей смеси одновременно с перемещением поршня (2) от НМТ к ВМТ происходит корректировка степени сжатия рабочей смеси в цилиндре ДВС путем вращения червячного винта (39), который через главную коническую шестерню (40) приводит во вращение коническую шестерню (41) и длина штока (35) перепускного клапана (33) начнет уменьшаться, а степень сжатия в цилиндре увеличивается, так как с уменьшением длины штока перепускного клапана (33) эксцентриковый вал (28) регулятора степени сжатия будет открывать перепускной клапан на меньшую величину. Корректировка закончится в тот момент, когда в цилиндре ДВС начнется управляемый процесс самовоспламенения обедненной топливно-воздушной смеси и двигатель запустится.

Для каждого вида топлива необходима индивидуальная корректировка степени сжатия.

Г) Продувка.

По окончании такта "рабочий ход" впускной клапан (19) и перепускной (33) закрыты, а выпускной (20) - открыт. При движении поршня (2) от НМТ к ВМТ начинается продувка цилиндра.

Двигатель предназначен для использования в энергомашиностроении в качестве поршневого ДВС. Двигатель содержит цилиндры, расположенные по окружности в дискообразном блоке параллельно оси рабочего вала, находящегося в центре и снабженного основным диском. Необходимая степень сжатия обеспечивается регулятором в зависимости от применяемого вида топлива. Регулятор выполнен в виде перепускных клапанов, установленных с возможностью перекрытия перепускных каналов посредством осевых корректоров, компенсационных толкателей и эксцентриковых валов с распределительными шестернями, взаимодействующими с центральной ведущей шестерней вала; осевые корректоры резьбовыми частями связаны со штоками перепускных клапанов, а шлицевыми частями - со ступицами конических шестерен корректировки степени сжатия, взаимодействующих с главной конической шестерней. Впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра имеют индивидуальные приводы, выполненные в виде распределительных шкивов, соединенных между собой и с ведущим шкивом вала. Изобретение обеспечивает простоту, надежность и компактность. 7 ил.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров, головку блока цилиндров, поршни, устройство для приготовления топливно-воздушной смеси, круглый рабочий вал с основным диском, имеющим укосы, и регулятор степени сжатия, блок цилиндров выполнен в виде диска, в центре которого размещены опоры подшипников рабочего вала, группа цилиндров расположена по окружности параллельно оси рабочего вала, причем поршни, впускные и выпускные клапаны связаны с укосами основного диска, регулятор степени сжатия выполнен с возможностью обеспечения воспламенения различных видов топливно-воздушной смеси без системы зажигания в виде перепускных клапанов и штоков, связанных через резьбовые соединения с перепускными клапанами, а через шлицевые соединения - с шестернями корректировки степени сжатия, которые входят в зацепление с ведущей шестерней, приводимой в действие червячным винтом, отличающийся тем, что впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра двигателя имеют свой индивидуальный привод, выполненный в виде распределительных шкивов, соединенных между собой ведомым зубчатым ремнем, и промежуточного шкива, жестко связанного с одним из распределительных шкивов, а также соединенного при помощи ведущего зубчатого ремня с ведущим шкивом рабочего вала, а регулятор степени сжатия снабжен осевыми корректорами, компенсационными толкателями и эксцентриковыми валами с распределительными шестернями, входящими в зацепление с центральной ведущей шестерней рабочего вала, причем осевые корректоры клапанных штоков своими резьбовыми частями связаны со штоками перепускных клапанов, а шлицевыми частями - со ступицами конических шестерен корректировки степени сжатия, зубья которых входят в зацепление с зубьями главной конической шестерни, приводимой в действие червячным винтом.