Двигатель внутреннего сгорания Спирякова Советский патент 1992 года по МПК F02B41/06 F02B75/32 

Изобретение относится к механике и может быть использовано в отраслях промышленности, занятых производством двигателей внутреннего сгорания, а также в качестве автономной силовой установки.

Известен двигатель внутреннего сгорания (ДВС), состоящий из цилиндра, внутри которого размещен поршень с возможностью продольного перемещения, при этом поршень взаимодействует с шатуном и коленчатым валом, такие ДВС имеют широкое применение в народном хозяйстве в качестве элемента силовой установки в автомобилях, самолетах, судах и др.

Известен также ДВС, содержащий корпус с цилиндром, в котором размещен поршень, который через палец крепится к двум шатунам, соединенным с двумя кривошипами двух параллельных коленчатых валов с шестернями, входящими в зацепление между собой, с возможностью обеспечения встречного направпения вращения.

Этот ДВС имеет ряд существенных недостатков: низкую удельную мощность, т.е. отношение мощности к общему весу двигателя, .а также невысокую долговечность в связи с наличием узлов трения скольжения между поршнем и цилиндром.

Целью изобретения является повышение удельной мощности двигателя за счет увеличения объема цилиндра.

Для достижения этой цели двигатель снабжен по меньшей мере двумя дополнительными камерами расширения, боковые стенки которых установлены под углом к боковой поверхности цилиндров, по меньшей мере двумя подпружиненными лопатками, на боковых поверхностях цилиндра выполнены прорези, соединяющие полость цилиндра с полостями дополнительных камер расширения, ч на боковых поверхно

о

1Ю

стях поршня выполнены вырезы, в которых размещены подпружиненные лопатки с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, причем лопатки установлены с возможностью взаи- модействия торцевыми поверхностями со стенками цилиндра и с боковыми стенками дополнительных камер расширения через прорези, выполненные в боковых поверхностях цилиндра. При этом цилиндр и пор- шень выполнены квадратными, а двигатель снабжен телами качения, установленными по периметру поршня и на торцевых поверхностях лопаток. Применение дополнительных камер расширения, расположенных под углом к боковой поверхности цилиндра, снабжение поршня подпружиненными лопатками, которые взаимодействуют с боковыми поверхностями расширительных камер, позволяет достичь увеличения объе- ма цилиндра и повышения значения средней силы, действующей на поршень в период рабочего такта. При этом падение давления в цилиндре при движении поршня не снижает действующую на поршень силу. Этому способствуют подпружиненные лопатки, установленные в вырезах на боковой поверхности поршня с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра. При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней происходит автоматическое увеличение действующей площади поршня, что компенсирует падение давления продуктов сгорания топливной смеси и повышает эффективность двигателя. Изготовление цилиндра и поршня квадратной формы позволяет использовать преимущества трения качения по сравнению с трением скольжения. Так, если в прототипе поршень взаимодействует с бо- ковой поверхностью цилиндра через кольца, к которым предъявляются высокие требования по прочности точности изготовления, то в предложенной конструкции вместо колец применены тела качения. например цилиндрической формы, что позволило снизить потери на трение и обеспечить более высокую герметичность сопряженных поверхностей цилиндра и поршня. Это также повышает надежность и долговечность двигателя. Применение квадратной формы цилиндра и поршня позволяет повысить технологичность изготов- ления, сборки и ремонта двигателя, поскольку изготовление плоскопараллель- ных частей цилиндра и поршня проще, чем изготовление сложной цилиндрической формы этих элементов в прототипе. Кроме того в предложенной конструкции достигается практическая возможность изготовления основных узлов и деталей из промышленной керамики, что позволяет повысить ресурс двигателя и его эффективность по сравнению с прототипом.

На чертеже изображен двигатель внутреннего сгорания, разрез вдоль осевой линии.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из корпуса 1, выполненного из металла или иного конструктивного материала. Внутри корпуса 1 может находиться емкость с маслом для смазки трущихся элементов конструкции.

К корпусу 1 прикреплен цилиндр 2, выполненный квадратной формы. Цилиндр 2 может быть выполнен из плоскопараллельных металлических или керамических пластин, скрепленных посредством болтового соединения. Двигатель может содержать более одного цилиндра. Цилиндр 2 оборудован входным клапаном 3 для заполнения цилиндра топливной смесью, выходным клапаном 4 для выброса вовне отработанных продуктов сгорания, свечой зажигания 5. Цилиндр 2 обеспечен по крайней мере двумя диаметрально расположенными расширительными камерами 6,7, боковые стенки которых установлены под углом к боковой поверхности цилиндра 2. Расширительных камер может быть четыре по количеству боковых стенок цилиндра. Дополнительные расширительные камеры позволяют увеличить рабочий объем цилиндра 2. Расширительные камеры 6, 7 соединены с полостью цилиндра 2 посредством прорезей 8, 9, выполненных на боковых поверхностях цилиндра 2. Ширина прорези 8, 9 несколько меньше ширины поршня и боковой стенки цилиндра 2. Это необходимо для обеспечения продольного опорного движения поршня в цилиндре. В полости цилиндра 2 размещен с возможностью продольного перемещения поршень 10, выполненный так же, как и цилиндр 2, квадратной формы. Поршень 10 также может быть выполнен из отдельных плоскопараллельных металлических или керамических пластин. С целью снижения трения поршня 10 о стенки цилиндра 2 на поршне 10 выполнены по периметру пазы, в которых установлены тела качения 11, выполненные в виде цилиндров. Тела качения 11 могут быть подпружиненными, полыми и установлены не в один, а несколько параллельных рядов. В пазах, где установлены тела качения 11, могут быть выполнены отверстия для подвода смазочных веществ к телам качения 11, что значительно повысит их ресурс работы. В поршне 10 на боковых поверхностях выполнены по крайней мере два выреза 12, в

которых установлены с возможностью движения подпружиненные лопатки 13,14, торцы которых также снабжены телами качения 15, по устройству аналогичные тем, что установлены на поршне 10. Подпружиненные лопатки 13,14 плотно примыкают к боковым поверхностям цилиндра 2 и дополнительных камер расширения 6, 7. Это обеспечивается посредством пружины 16, установленной между подпружиненными лопатками 13, 14. В поршне 10 установлен палец 17, к которому присоединены два шатуна 18, 19 для передачи усилия от поршня к коленчатым валам двигателя. Оба шатуна 18, 19 связаны с кривошипами 22, 23, которые кинематически связаны между собой посредством зубчатого зацепления двух коленчатых валов 20, 21.

Устройство работает следующим образом.

При заполнении цилиндра 2 топливной смесью посредством входного клапана 3 сжатия этой смеси поршнем 10 воспламенения этой смеси свечей зажигания 5 происходит движение поршня 10 от верхней мертвой точки к нижней. Продукты сгорания топливной смеси, расширяясь, перемещают поршень 10 по цилиндру 2. При этом на поршень 10 действует сила, равная произведению давления продуктов сгорания топ- ливной смеси. Но в этот момент подпружиненные лопатки 13, 14 входят в полость дополнительных камер расширения 6, 7. При этом действенная площадь поршня 10 увеличивается и стабилизируется сила, действующая на поршень 10 со стороны продуктов сгорания топливной смеси. Коленчатые валы 20, 21 посредством зубчатого зацепления вращаются встречно, обеспечивая этим наиболее благоприятные условия передачи силы от поршня 10 через шатуны 18, 19. При достижении нижней мертвой точки поршнем 10 подпружиненные лопатки 13, 14 выведены из поршня на максимально большую величину. В это время открывается выходной клапан 4 и через него продукты сгорания выходят вовне.

Поршень 10 под воздействием коленчатых валов 20, 21 начинает движение вверх к верхней мертвой точке. При этом подпружиненные лопатки 13, 14, взаимодействуя с

установленными под углом поверхностями дополнительных камер расширения 6. 7, через вырезы 12 перемещаются в полость поршня 10. Объем цилиндра 2 перед поршнем 10 уменьшается. При достижении поршнем

10 верхней мертвой точки начинается новый цикл работы двигателя.

Формула изобретения

1,Двигатель внутреннего сгорания, со- держащий корпус с цилиндром, поршень,

размещенный в цилиндре, два параллельно установленных коленчатых вала с шестернями, дьа шатуна, соединяющих поршень с коленчатыми валами, причем шестерни двух

коленчатых валов кинематически соединены между собой, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной мощности, двигатель снабжен по меньшей мере двумя дополнительными камерами расширения, боковые стенки которых установлены под углом к боковой поверхности цилиндра, по меньшей мере двумя подпружиненными лопатками, на боковых поверхностях цилиндра выполнены прорези,

соединяющие полость цилиндра с полостями дополнительных камер расширения, а на боковых поверхностях поршня выполнены вырезы, в которых размещены подпружиненные лопатки с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, причем лопатки установлены с возможностью взаимодействия торцевыми поверхностями со стенками цилиндра и с боковыми стенками дополнительных камер

расширения через прорези, выполненные в боковых поверхностях цилиндра.

2.Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что цилиндр и поршень выполнены квадратными и двигатель снабжен телами

качения, установленными по периметру поршня и на торцевых поверхностях лопаток.

& 4

K....I.....4....U,

12

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель снабжен по меньшей мере двумя дополнительными камерами расширения 6, 7, боковые стенки которых установлены под углом к боковой поверхности цилиндра, по меньшей мере двумя подпружиненными лопатками 13, 14, на боковых поверхностях цилиндра выпол2 йены прорези 8 и 9, соединяющие полость цилиндра с полостями дополнительных камер расширения, а на боковых поверхностях поршня выполнены вырезы, в которых размещены подпружиненные лопатки 13 и 14 с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, причем лопатки установлены с возможностью взаимодействия торцевыми поверхностями со стенками цилиндра и с боковыми стенками дополнительных камер расширения через прорези, выполненные в боковых поверхностях цилиндра. Цилиндр 2 и поршень 10 выполнены квадратными и поршень снабжен телами качения 11. установленными по периметру поршня и на торцевых поверхностях лопаток. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. (Л С