ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК F02B75/32 

Имеется двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатуна, продольного вала, по меньшей мере, кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качания, или шестерня планетарной передачи имеют возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, отличающийся тем, что диаметр окружности вращения оси шатунной шейки, шатунной оси прямой или коленчатой, не вращающейся или вращающейся относительно кривошипа в круговой дорожке, меньше диаметра окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке и на конце продольного вала двигателя установлен механизм увеличения крутящего момента, состоящий из ведущего кривошипа, установленного на продольном валу двигателя, и ведомого кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с ведомого кривошипа муфтой, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления пары сил. (см. "Двигатель внутреннего сгорания" Патент № 2203431, 7 F 02 B 75/32, от 03.11.2000 г.)

Имеется двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатуна, продольного вала, по меньшей мере, кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа в круговой дорожке муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качания, или шестерня планетарной передачи имеют возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, причем диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа больше диаметра окружности вращения оси шатунной шейки, а шатунная ось коленчатая и ломающаяся, с изменяемой величиной радиуса колена, состоящая из неповоротной части, отличающаяся тем, что поворотная часть шатунной коленчатой оси выполнена заодно с кулачком и при возможном повороте во время рабочего такта имеет возможность совершать дополнительное движение навстречу поршню. (см. "Двигатель внутреннего сгорания" Свидетельство на полезную модель № 32535, 7 F 02 B 57/00, от 16.04.2000 г.)

Недостаток обоих аналогов: на отдельных углах вращения во время рабочего такта не вся длина кривошипа в круговой дорожке участвует в создании полезного крутящего момента и большая составляющая сила давления газов не принимает участие в создании полезного крутящего момента.

Целью предлагаемой конструкции является создание полезного крутящего момента плечом, равным максимальной длине кривошипа, в течение большего периода рабочего такта, более эффективное использование силы давления газов и частичная разгрузка поршня от действия боковых сил.

Названная цель достигается конструкцией двигателя, у которой сохраняется цилиндропоршневая группа, головка двигателя с камерой сгорания, механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатун, продольный вал, по меньшей мере, кривошип, имеющий возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качения, или шестерня планетарной передачи имеют возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, причем диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа больше диаметра окружности вращения оси шатунной шейки, а шатунная ось имеет возможность перебрасываться с диаметра окружности вращения оси шатунной шейки на диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа, или на иной диаметр, и обратно. На шатунной оси установлены кулачки, позволяющие шатунной оси во время рабочего такта иметь возможность совершать дополнительное движение навстречу поршню и соответственно увеличивать ход прикладываемой к кривошипу тангенциальной силы по сравнению с ходом самой шатунной оси.

Новым является то, что:

а) Двигатель имеет дополнительный механизм с приводом от продольного вала, позволяющий в начале рабочего такта принудительно перебрасывать шатунную ось с диаметра окружности вращения оси шатунной шейки на диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа.

б) Шатунная ось с кулачками жестко закреплена на шатуне и связана с кривошипом в круговой дорожке, по меньшей мере, двумя щеками, не вращающейся относительно кривошипа и вращающейся, с помощью которых осуществляется возможность переброса оси с одной окружности на другую. Опорная поверхность, на которую опирается кулачок, имеет возможность окатываться вокруг кулачка при повороте кривошипа в круговой дорожке относительно шатуна.

в) С целью разгрузки поршня от действия боковых сил, шатун выполнен ломающимся с использованием дополнительного качающегося звена, передающего действие боковых сил на блок двигателя.

На фиг.1. показан поперечный разрез двигателя во время тактов выпуска, наполнения и сжатия.

На фиг.2. показан поперечный разрез двигателя в конце такта сжатия и в начале рабочего такта с моментом перехода шатунной оси с диаметра окружности вращения оси шатунной шейки на диаметр окружности вращения осей опорных роликов.

На фиг.3. показан поперечный разрез двигателя в конце рабочего такта.

На фиг.4. показан продольный разрез двигателя.

На фиг.5. показана силовая схема двигателя.

Конструкция состоит из цилиндра 1, головки двигателя с камерой сгорания, поршня 2. Шатун ломающийся состоит из поршневой 3 и кривошипной 4 частей, соединенных шарниром 5, который одновременно является шарниром качающегося звена 6, закрепленного вторым шарниром 7 на блоке двигателя. Такая конструкция имеет возможность частично разгрузить поршень от действия боковых сил со стороны шатунной оси 20 с возможностью передачи боковых сил через шарнир 5, звено 6 и шарнир 7 на блок двигателя вместо поршня. Изогнутое качающееся звено 6 позволит ограничить увеличение высоты двигателя. Имеются: механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения. Вращающийся кривошип 9 опирается на круговую дорожку 8 двумя опорными роликами 10, установленными в осях 11 кривошипа на опорах качения (фиг.1). Ось круговой дорожки 8 перпендикулярна оси цилиндра 1 и смещена относительно ее на величину эксцентриситета е₂. Эксцентриситет е₂ может позволить эффективнее использовать ход поршня при большой разнице диаметра окружности вращения осей опорных роликов 11 и диаметра окружности вращения оси 20, но не является обязательным. На один цилиндр приходится две соосные между собой круговые дорожки 8, два вращающихся в них кривошипа 9 (фиг.4). Причем оси 11 опорных роликов 10 обоих кривошипов должны быть соосны между собой. Ось х-х кривошипа 9 смещена относительно оси круговой дорожки 8 на величину эксцентриситета е₁, что необходимо для обеспечения работоспособности системы и создания силы N приемлемой величины (фиг.1, 5).

Два кривошипа связаны между собой шатунной осью 20. Каждый из кривошипов связан с шатунной осью с помощью двух щек: не вращающейся относительно кривошипа щекой 12 и вращающейся относительно кривошипа щекой 16 (фиг.1, 2, 3, 4).

Невращающаяся щека 12 жестко закреплена на оси опорного ролика 11, которая жестко закреплена на кривошипе 9. На щеке 12 жестко закреплены: упор 13, ось 14 и направляющая с упором 15, на оси 14 установлена вращающаяся щека 16 с пазом 17, обеспечивающим вращение и линейное перемещение щеки 16 относительно оси 14. Вращающаяся щека 16 выполнена в виде Г-образного коромысла, на одном конце которого установлен подшипник 33 под шатунную ось 20, на другом конце установлен ролик 19, имеющий возможность контактировать с коромыслом 23. На щеке 16 жестко закреплена ось 18, которая может скользить вдоль направляющей с упором 15 невращающейся щеки 12. Шатунная ось 20 жестко закреплена на нижнем конце кривошипной части шатуна 4 и опирается на подшипники 33 вращающихся щек 16. По краям шатунной оси 20 установлены и жестко закреплены относительно ее два кулачка 21 (фиг.1, 2, 3, 4), которые при определенном положении вращающейся щеки 16 могут опираться и контактировать с упором 13 невращающейся щеки 12.

На шатунной оси 20 также установлены два вращающихся ролика 22, которые могут контактировать с кулачками 30, жестко установленными на блоке двигателя. На фиг.4 показана установка на один цилиндр двух кулачков 30.

Коромысло 23 закреплено с помощью шарнира 24 на блоке двигателя и приводится в движение с помощью кулачка 25. Кулачок 25 установлен на продольном кулачковом валу 26 двигателя и кинематически связан с продольным валом двигателя 29. Пружина 27 постоянно прижимает коромысло 23 к кулачку 25.

Во время тактов выпуска отработанных газов, наполнения цилиндра новой смесью и на начальном этапе такта сжатия, когда кривошип в круговой дорожке 9 приводит в движение поршень, коромысло 23 находится в положении, при котором отсутствует его пересечение с траекторией ролика 19 вращающейся щеки 16. При этом вращающаяся щека 16 осью 18 стоит на упоре направляющей 15 невращающейся щеки 12 (фиг.1, 2, 3), а шатунная ось 20 находится на траектории окружности диаметром D_ш. Положение коромысла 23 обеспечивается соответствующим профилем кулачка 25 и правильным выбором передаточного отношения между продольным валом 29 двигателя и кулачковым валом 26. Для четырехтактного двигателя обороты кулачкового вала 26 должны быть в два раза меньше оборотов продольного вала 29, для двухтактного двигателя обороты валов должны быть одинаковыми.

В конце такта сжатия, при подходе поршня к верхней мертвой точке, коромысло 23 имеет возможность перейти в положение, пересекающееся с траекторией ролика 19. Ролик 19 набегает на коромысло и возможен поворот вращающейся щеки 16 вместе с шатунной осью 20 и кривошипной частью шатуна 4 (фиг.2). Поворот не должен влиять на ход поршня и должен произойти до начала рабочего такта. Поворот вращающейся щеки 16 может происходить вокруг оси 14, при этом ось 18 может отходить от упора направляющей 15. В конце поворота шатунная ось может встать на заложенную конструкцией траекторию, по фиг.1, 2, 3 это диаметр окружности D_кр. При этом кулачки 21 шатунной оси 20 могут вплотную подойти к опорной поверхности пор 13 невращающейся щеки 12. На фиг.2 положение вращающейся щеки 16 с осью 20 и кривошипной части шатунной 4 до поворота показано штрихпунктирной линией, после поворота - сплошной. В начале рабочего такта, до пересечения оси 14 с кривошипной частью шатуна 4, положение шатунной оси 20 на расчетной траектории может поддерживаться с помощью коромысла 23.

Тангенциальная сила Р при этом может передаваться с шатунной оси 20 через вращающуюся щеку 16 на невращающуюся щеку 12 как через ось 14, так и через кулачок 21. Кривошипная часть шатуна 4 во время рабочего такта мало меняет угол своего положения относительно оси цилиндра, а кривошип в круговой дорожке 9 имеет определенный угол поворота. Поэтому кулачок 21 спрофилирован и расположен относительно опорной поверхности упора 13 так, что при повороте кривошипа в круговой дорожке 9 во время рабочего такта опорная поверхность упора 13 имеет возможность окатываться вокруг подъема кулачка 21 (фиг.2, 3), ось 14 начинает перемещаться вдоль паза 17 и передача тангенциальной силы Р становится возможным только через кулачок 21 на упор 13. В результате ход опорной поверхности упора 13 вместе с невращающейся щекой 12 и осью опорного ролика 11 увеличивается по сравнению с ходом шатунной оси 20 на величину подъема кулачка 21. Таким образом во время рабочего такта увеличивается ход прикладываемой к кривошипу в круговой дорожке 9 тангенциальной силы Р по сравнению с ходом шатунной оси 20 и, соответственно, увеличивается угол поворота кривошипа в круговой дорожке на угол, имеющий хорду, равную подъему кулачка 21 (фиг.5). По окончании рабочего такта, после прекращения действия тангенциальной силы Р со стороны поршня, кривошип имеет возможность приводить в действие поршень. При этом ролик 22 имеет возможность набегать на кулачки 30 и поворачивать вращающуюся щеку 16 вместе с шатунной осью 20 и кривошипной частью шатуна 4. Ось 18 имеет возможность скользить по направляющей 15 и устанавливаться на упор данной направляющей. Шатунная ось 20 имеет возможность фиксироваться на траектории окружности диаметром D_ш. Перед началом такта выпуска отработанных газов кулачок 25 имеет возможность повернуться так, что коромысло 23 уходит с траектории ролика 19. Такты выпуска отработанных газов, наполнения свежей рабочей смесью и начало такта сжатия происходят при нахождении шатунной оси на траектории окружности диаметром D_ш.

С кривошипа 9 крутящий момент может сниматься муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления (фиг.5). Приложение к кривошипу со стороны муфты или планетарной передачи других силовых факторов, кроме момента сопротивления, не допускается. Причем у планетарной передачи должно быть не менее трех сателлитов. Ведущая полумуфта 31 муфты (фиг.4) или центральное колесо планетарной передачи должны иметь соединение с кривошипом 9, ограничивающее их взаимное не вращение друг относительно друга и допускающее как поперечные, так и угловые взаимные перемещения в пределах, обеспечивающих выполнение требований, предъявляемых к системе съема момента. На выходном валу ведомой полумуфты, вращающейся в подшипниковой опоре картера двигателя, установлена шестерня 32, имеющая возможность входить в зацепление с шестерней 28 продольного вала 29.

Преимуществом предлагаемой конструкции является возможность в течение длительного периода рабочего такта создавать крутящий момент максимальным, конструктивно заложенным, плечом и более полного использования силы давления газов в создании крутящего момента. Кулачки, установленные на шатунной оси, имеющие возможность увеличивать ход под действием тангенциальной силы, прикладываемой к кривошипу в круговой дорожке, по сравнению с ходом шатунной оси и соответственно увеличивающие угол поворота кривошипа под действием данной силы, более эффективны и имеют гарантированное срабатывание. Ломающийся шатун с дополнительным качающимся звеном имеет возможность разгружать поршень от действия боковых сил.

Все предлагаемые новые конструктивные системы представляют возможность увеличивать выходные крутящий момент и мощность двигателя.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндропоршневую группу, шатун, вал, кривошип с двумя опорными роликами, вращающимися в круговой дорожке. Двигатель имеет дополнительный механизм с приводом от вала, позволяющий переводить шатунную ось перед началом рабочего такта с одного диаметра на другой в течение всего рабочего такта. На шатунной оси, жестко закрепленной на шатуне, установлены кулачки, позволяющие увеличивать рабочий ход под действием тангенциальной силы, прикладываемой к кривошипу, по сравнению с ходом шатунной оси. Шатун выполнен ломающимся с использованием дополнительного качающегося звена, имеющего возможность передавать действие боковых сил на блок двигателя. 5 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатуна, продольного вала, по меньшей мере, кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качения, или шестерня планетарной передачи имеют возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, причем диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке больше диаметра окружности вращения оси шатунной шейки, а шатунная ось имеет возможность перебрасываться с диаметра окружности вращения оси шатунной шейки на диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа или на иной заложенный конструкцией диаметр окружности и обратно, отличающийся тем, что двигатель имеет дополнительный механизм с приводом от продольного вала двигателя с возможностью обеспечивать принудительную переброску шатунной оси перед началом рабочего такта с диаметра окружности вращения оси шатунной шейки на диаметр окружности вращения осей опорных роликов кривошипа или на иной диаметр окружности с возможностью создавать двигателем полезный крутящий момент максимальной длиной плеча, заложенной конструктивно, в течение всего рабочего такта, кулачки, установленные на шатунной оси, которая жестко закреплена на шатуне, при повороте кривошипа в круговой дорожке относительно шатуна имеют возможность увеличивать рабочий ход тангенциальной силы, прикладываемой к кривошипу, по сравнению с ходом шатунной оси и, соответственно, увеличивать угол поворота кривошипа под действием тангенциальной силы, шатун выполнен ломающимся с использованием дополнительного качающегося звена, имеющего возможность передавать действие боковых сил на блок двигателя.