ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2012 года по МПК F02B75/22 F02B75/32 

Предлагаемое изобретение относится к поршневым машинам, в частности к двигателям внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движения маховика.

Основной проблемой двигателестроения является повышение мощности, надежности, увеличение моторесурса, экономичности и снижение стоимости их производства. Существенным недостатком существующих двигателей является процесс преобразования поступательного (линейного) движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Все это препятствует созданию двигателей с двусторонним рабочим процессом в цилиндрах.

Известен двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом в виде круглой трубки - цилиндра с расположенными внутри поршнями, связанными с преобразовательным механизмом /патент Франции №528463 от 12 июня 1920 года/. Преобразовательный механизм выполнен в виде храпового (как в часах) цилиндрического колеса и конических шестерен, которые вращают маховик.

Недостатком указанного двигателя является конструкция храпового механизма, совмещенного с планетарным в виде конических шестерен.

Известен силовой механизм, в котором шестерня, насаженная на шейку коленчатого вала, совершает круговое движение вместе с коленвалом по окружности /патент Германии №444493 класс 46 а¹⁰ от 21 мая 1927 года/.

Недостатками известного силового механизма являются сложная конструкция и большие инерционные массы, которые необходимо уравновешивать.

В патенте Чехословакии №111378 РТ 46 а⁵, 9 от 12.01.1962 г. описана шестерня, совершающая круговое вращение внутри и служащая только для снятия крутящего момента, как и в двигателях «Ванкеля».

Известен двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала со звездообразно расположенными цилиндрами, поршни которых жестко связаны между собой штоками, сочлененными через подшипники со средними шейками коленчатого вала, имеющего вращение крайних шеек, с перемещением поршневых систем и связывающих их штоков по оси противолежащих цилиндров /А.с. №118471 кл. F01B 9/02, опубл. 10.12.1973/. Рабочий вал двигателя выполнен из двух частей с кривошипами, несущими подшипники для закрепления в них, на радиусе одной четверти хода поршней, крайних шеек коленчатого вала, и снабжен соединительным валом, фиксирующим с помощью шестерен положение кривошипов обеих частей рабочего вала относительно друг друга. Шестерни, совершая круговое движение, снимают крутящий момент с коленчатого вала двигателя.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является сложная кинематическая схема.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является многократное повышение мощности двигателя.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в упрощении конструкции ДВС за счет предложенной кинематической схемы преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение маховика.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания, содержащем маховик, систему зажигания и отвода выхлопных газов, вертикально расположенный цилиндр, поршень которых связан с бесшатунным механизмом и маховиком, особенностью является то, что бесшатунный механизм выполнен в виде шестерни, имеющей выступы, расположенные с разных сторон, один из указанных выступов расположен в центре шестерни и соединен со штоками поршней, расположенных по окружности маховика, а другой выступ расположен на окружности шестерни и соединен с юбкой поршня цилиндра, расположенного вертикально, шестерня выполнена с возможностью вращения вокруг собственной оси и возвратно-поступательного движения по дуге маховика, причем вращение шестерни через зубчатую передачу передается на маховик.

Новым в двигателе является выполнение бесшатунного механизма в виде шестерни с двумя выступами, причем один выступ расположен в центре шестерни с одной стороны, а другой выступ на противоположной стороне шестерни, совершающей возвратно-поступательные движения по дуге маховика. При этом центры указанных выступов расположены на одной делительной линии окружности. Упрощение схемы преобразования возвратно-поступательного движения поршней ДВС во вращательное обеспечивается за счет уменьшения кинематических пар.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания показан на чертежах, где:

на фиг.1 представлен общий вид двигателя в разрезе (продольный);

на фиг.2 - общий вид двигателя в разрезе (поперечный);

на фиг.3, 4, 5, 6 представлена силовая кинематическая схема механизма двигателя в 4-х положениях:

I положение - верхняя мертвая точка для поршня 2 и промежуточные положения для поршней 5 и 7;

II - промежуточное положение для поршня 2, НМТ для поршня 5 и ВМТ для поршня 7;

III - нижняя мертвая точка для поршня 2 и 7, промежуточные положения для поршней 5 и 9;

IV - НМТ для поршня 7, ВМТ для поршня 5 и промежуточное положение для поршня 2;

на фиг.7, 8 - поршень (продольный и поперечный разрезы);

на фиг.9, 10 - шестерня в разрезе и общий вид;

на фиг.11, 12 - маховик в разрезе и общий вид.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндры 1 с поршнем 2 и камеры 8, в которых перемещаются поршни 5, 7 с компрессорными кольцами, шестерню 3, соединенную с одной стороны по центру выступом 13 через подшипник 9 со штоком 6, на концах которого находятся поршни 5 и 7, а с другой стороны через выступ 14 и подшипник 10 шестерня 3 соединена с поршнем 2. Крутящий момент с шестерни 3 снимается через зубчатую передачу маховиком 4. Маховик 4 вращается в подшипниках 12. На выходе из цилиндров шток 6 уплотняется компрессионными кольцами. Система зажигания включает свечи, соединенные с генератором (на чертеже не показано). Клапана 11 служат для подвода в камеры сгорания горючей смеси и отвода выхлопных газов.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При сгорании горючей смеси в камере сгорания цилиндра 1 (фиг.3, положение I) поршень 2 под давлением газов совершает прямолинейное движение, перемещая собой выступ 14 шестерни 3, находящийся на ее окружности. Шестерня 3 начинает вращаться вокруг своего центрального выступа 13 на противоположной стороне, закрепленного через подшипник скольжения 9 в штоке 6, перемещая его вместе с поршнями 5 и 7 по дуге маховика 4. Вращение шестерни 3 через зубчатую передачу передается на маховик 4 ДВС. Крутящий момент на шестерне 3 возникает в результате действия сил сжатых газов в камерах сгорания цилиндра 1 и камерах 8, плеча l - расстояния между двумя выступами 13 и 14 шестерни 3, Мкр=Fl. По этому закону происходит постоянное вращение шестерни 3. Из ВМТ поршень 2 перемещается в положение I фиг.3, перемещается вниз в положение II фиг 4. Поршень 7 находится в ВМТ, поршень 5 в НМТ, а поршень 2 занимает промежуточное положение. Шестерня 3 находится в крайне правом положении. Затем происходит воспламенение горючей смеси в камерах сгорания и поршни 7, 5 начинают двигаться под действием сжатых газов в обратном направлении, а поршень 2 продолжает движение к НМТ (фиг.5 положение III). После прихода поршня 2 к НМТ (фиг.6 положение IV) поршень 2 под действием инерционных сил маховика и расширяющихся газов поршней 7 и 5 начинает двигаться к ВМТ, а поршень 7 к НМТ, поршень 5 к ВМТ, шестерня 3 находится в крайнем левом положении. Цикл замкнулся.

Линейная скорость движения поршней 2, 5, 7 в положении I, II будет равна V₁, а в положении III, IV скорость будет равна V₂, причем V₂>V₁, так как при положениях III, IV скорости маховика 4 и шестерни 3 суммируются, а скорость вращения маховика 4 остается постоянной во время всех циклов движения.

В положениях I, II линейные скорости V₁ движения поршней 2, 5, 7 замедляются, и происходит более полное сгорание горючей смеси в камерах сгорания, повышаются давление и мощность двигателя. При медленном движении поршней происходит более полное заполнение камер сгорания.

В положениях III, IV линейные скорости V₂ движения поршней 2, 5, 7 возрастают, и происходит более быстрое освобождение камер сгорания от отработанных газов.

Движение шестерни по окружности маховика необходимо для создания плеча l, необходимого для обеспечения крутящего момента. Шестерня с одной стороны через выступ 13 и подшипник 9 соединена по центру со штоком 6, который соединяет поршни 5 и 7, а с другой стороны через выступ 14 и подшипник - с поршнем, расположенным вертикально относительно делительной линии шестерни 10 с юбкой поршня 2.

Предлагаемое техническое решение дает возможность применять подшипники скольжения или качения, смазываемые под давлением, эффективную систему охлаждения поршней с принудительной циркуляцией масла по замкнутому контуру, способную обеспечивать надежное охлаждение даже при высокой степени форсирования по числам оборотов и наддуву. Данный механизм можно применять и для компрессоров, насосов и других поршневых машин.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания содержит маховик, системы зажигания и отвода выхлопных газов и вертикально расположенный цилиндр, поршень которого связан с бесшатунным механизмом и маховиком. Бесшатунный механизм выполнен в виде шестерни, имеющей выступы, расположенные с разных сторон, один из выступов расположен в центре шестерни и соединен со штоками поршней, расположенных по окружности маховика, а другой выступ расположен по окружности шестерни и соединен с юбкой поршня цилиндра, расположенного вертикально. Шестерня выполнена с возможностью вращения вокруг собственной оси и возвратно-поступательного движения по дуге маховика. Вращение шестерни через зубчатую передачу передается на маховик. Технический результат заключатся в упрощении конструкции двигателя. 12 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий маховик, системы зажигания и отвода выхлопных газов, вертикально расположенный цилиндр, поршень которого связан с бесшатунным механизмом и маховиком, отличающийся тем, что бесшатунный механизм выполнен в виде шестерни, имеющей выступы, расположенные с разных сторон, один из указанных выступов расположен в центре шестерни и соединен со штоками поршней, расположенных по окружности маховика, а другой выступ расположен по окружности шестерни и соединен с юбкой поршня цилиндра, расположенного вертикально, шестерня выполнена с возможностью вращения вокруг собственной оси и возвратно-поступательного движения по дуге маховика, причем вращение шестерни через зубчатую передачу передается на маховик.