Двигатель внутреннего сгорания

 

Использование, газовые и гидравлические машины вытеснительного типа, в частности бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель состоит из картера 1, цилиндров 2. 3 с головками цилиндров 4 Поршни 6 и 7 соединены между собой штоком 8 который снабжен ползунами 9, взаимодействующими с траверсой 10 Траверса 10 посажена на шейку центрального коленвала 17 через подшипник 11 и на шейки дополнительных коленвалов 18, 19 через подшипники 12 и 13. Шейки коленвалов 18 и 19 расположены с боков центрального коленвала 17 в плоскости перпендикулярной оси штока 8 По концам траверсы 10 в направляющих размещены грузы 14, выполненные в виде штанг с ползунами 15 по их концам. Ползуны 15 взаимодействуют с направляющими 16 своими опорными поверхностями Направляющие 16 закреплены в картере 17V а их плоскости перпендикулярны оси штока 8 Оси штанг 14 паралелльны оси штока 8, а сами штанги в своих направляющих закреплены подвижно. 1 з.п. ф-лы. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК

1828505 А3 (19) (I I ) (sIIs F 02 B 75/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ.. 1 (1

„( (21) 4915510/06 . (22) 01.03.91 (46) 15.07.93. Бюл, N. 26 (76) А.Т.Белобаба (56) Патент США N. 4694785, кл. F 02 В 75/32, опубл, 1987.

Ф

° » (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Использование: газовые и гидравлические машины вытеснительного типа, в частности бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель состоит иэ картера 1, цилиндров 2, 3 с головками цилиндров 4, Поршни

6 и 7 соединены между собой штоком 8, который. снабжен ползунами 9, взаимодействующими с траверсой 10. Траверса 10 посажена на шейку центрального коленвала .17 через подшипник 11 и на шейки дополни- тельных коленвалов 18, 19 через подшипники 12 и 13. Шейки коленвалов 18 и 19 расположены с боков центрального коленвала 17 в плоскости перпендикулярной оси штока 8. По концам траверсы 10 в направляющих размещены грузы 14, выполненные в виде штанг с ползунами 15 по их концам, Полэуны 15 взаимодействуют с направляющими 16 своими опорными поверхностями.

Направляющие 16 закреплены в картере 17 а их плоскости перпендикулярны оси штока

8. Оси штанг 14 паралелльны оси штока 8, а сами штанги в своих направляющих закреплены подвижно. 1 э.п. ф-лы, 5 ил.

1828505

Изобретение относится к области газовых и гидравлических машин вытеснительного типа, в частности, к бесшатунным поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Целью изобретения является расширение технических возможностей двигателя, Поставленная цель достигается тем, что он снабжен грузами, расположенными. по концам сухаря в направляющих, параллель- 10 ных оси штока, причем грузы выполнены в виде штанг и снабжены по концам лыжами, перемещающимися по направляющим, перпендикулярным оси штока, и расположенными в картере, при этом с боков коленвала 15 в плоскости, перпендикулярной оси штока, размещены. по меньшей мере, два дополнительных колвнвала, взаимодействующие с сухарем.

На фиг. 1 показана конструктивная схе- 20 ма двигателя внутреннего сгорания, вид спереди; на фиг, 2 представлена конструктивная схема двигателя внутреннего сгорания, вид сбоку, разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 изображен разрез Б-Б фиг. 1; на фиг. 4 дана 25 схема сил, на подвижных частях двигателя .при вертикальном расположении щеки коленчатого вала; на фиг. 5 приведена схема сил на подвижных частях двигателя при произвольном положении щеки коленчатого ва- 30 ла.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из картера 1, к которому прикреплены цилиндры 2, 3 с головками цилиндров 4. 8 головки цилиндров 4 ввернуты, например, 35 свечи зажигания 5. Поршни 6 7 соединены между собой штоком 8, который снабжен лыжами 9, взаимодействующими с сухарем

10. Лыжи 9 шарнирно соединены со штоком

8, а своими опорными поверхностями кон- 40 тактируют с плоскостями сухаря 10. Сухарь

10 посажен на шейку основного коленвала через подшипник 11 и на шейки дополниT8llbHblx коленвалов через подшипники 12 и

13. Шейки коленвалов в подшипниках в пло- 45 скости перпендикулярной оси штока 8. Но вместе с тем коленвалы с шейками в подшипниках 12 и 13 могут быть размещены и в плоскости, не проходящей через ось шейки коленвала с шейкой в подшипнике 11, а 50 также и в разных плоскостях, т.е. разнесены по высоте. По концам сухаря 10 в направляющих помещены грузы 14, выполненные в виде штанг с лыжами 15 по их концам. Лыжи

15 шарнирно, например, соединены со 55 штангами и своими опорными поверхностями взаимодействуют с плоскостями направляющих 16. Направляющие 16 закреплены в картврв 1, а их плоскости перпендикулярны оси штока 8, Оси штанг 14 параллельны оси штока 8, т.е, параллельны и оси штока 8 и оси направляющих штанг 14. Штанги 14 в своих направляющих закреплены подвижно.

Основной. коленвал 17. своей шейкой, опирающийся на подшипник 11, установлен в картере 1 на подшипниках и имеет шлицевой хвостовик, выходящий за пределы картера 1, Дополнительные коленвалы 18, 19, установленные своими шейками через подшипники 12 и 13 в сухаре 10, тоже установлены в картере 1 на подшипниках.

Относительно сухаря 10 дополнительные коленвалы 18 и 19 и основной поленвал 17 установлены оппозитно. Вместе с тем коленвалы 18, 19 и коленвал 18 могут быть расположены и с одной стороны от сухаря

10, Кроме тога, при нескольких штоках 8, расположенных последовательно один за другим, коленвал 17 и коленвалы 18 и 19 относительно сухарей могут быть расположены и с двух сторон их. Если при одном штоке 8 коленвалы 17, 18 и 19 представляют собой, по.существу, кривошипные валы, то при нескольких штоках они являются полностью коленчатыми валами, практически. В этом случае сухарь 10, например, выполнен с разъемом по плоскости осей шеек, помещенных в подшипниках 11, 12 и 13. Лыжи 15 . соединены шарнирно с грузами 14, т.е. со штангами, с помощью пальцев 20. Лыжи 9 соединены шарнирно со штоком 8 посредством пальцев 21.

Количество грузов 14, т.е. штанг, может быть, как минимум, один на одной стороне за коленвалами 17, 18, 19, так и несколько, например, четыре.

При расположении шейки 22 коленвала

17 параллельно оси штока 8 на движущиеся звенья двигателя будут действовать силы, направленные по оси штока 8. Центробежная сила сухаря 10, с размещенными в нем подшипниками и шейками коленвалов, 61

Р« = — аг Вкш, где 61 — вес укаэанных

g выше звеньев, g — ускорение земного тяготения, в — частота вращения коленвала 17, R — радиус кривошипа коленвала 17. flopшни 6, 7 вместе со штоком 8 и его лыжами в этом случае дают инерционную силу Рин6 ..2. — ш Rg, где 6г — вес деталей поршg невой группы, перечисленных выше, Грузы

14 с их лыжами в этом случае никакой инерционной силы на в каком направлении не дают. Следовательно; центробежная сила

Р« и инерционная сила Рин равны будут между собой в случае, если G> - 62. Тогда подвижные звенья двигателя будут динами1828505 чески полностью уравновешены. Это— крайний случай. Второй крайний случай возникает при положении шейки 22 коленвала

17 перпендикулярно оси штока 8. В этом случае. поршневая группа никакой инерционной силы не дает, т.е. P» - О, а грузы, т.е, штанги 14, дают инерционную силу, направленную в противоположную сторону Р«, т.е. центробежной силе сухаря 10 и связанных с ним элементов. Если же вес Оз штанг

10 с их лыжами и пальцами будет равен весу

G>, то и в этом направлении подвижные звенья двигателя будут полностью уравновешены динамически.

При равенстве 61- 62 - 6з и в любом промежуточном положении щеки 22 между крайними положениями подвижные звенья двигателя остаются по йрежнему полностью динамически сбалансированными.

Проекция центробежной силы Рцс на ось штока 8 будет равна по величине P«„61

Рцс 3IAp= — Cgy- кв s10@1., где

Рцсп — проекция силы Рцс на ось штока 3, р— угловое положение щеки 22 коленвала 17.

Проекция центробежной силы Рцс на ось штанги 14 будет равна по величине: Рцсг =

61

Рцс CGS p — — Ф Rxm соз р, где Рцсг9 проекция силы Рцс на ось штанги 14. Инерционная сила поршневой группы равна по

6р р величине: Рип = — — аг . R«sing . А

g инерционная сила грузов с лыжами и пальцами, т.е. группы штанг,. равна по величине

Риг - — — 0J йка cos р, где Р г.— инер6з.

9 ционная сила группы штанг. Нот.к. G> =

" 6г - 6э, то по модулю P«> - P„ P«ãРиг. А раз эти составляющие направлены в разные стороны, то суммарное значение их равно нулю. Следовательно, подвижные звенья двигателя полностью уравновешены динамически, Работает двигатель внутреннего cropsния следующим образом. При вращении коленвала 17 одновременно с ним в том же направлении вращаются и дополнительные коленвалы 18 и 19, Сухарь 10 на шейках коленвалов, помещенных в подшипники 11, 12 и 13, перемещается плоско-параллельно в картере 1. Два дополнительных коленвала

18.и 19 полностью определяют кинематику плоско-параллельного движения сухаря 10.

При одном дополнительном коленвале присутствует полная неопределенность движения сухаря 10. Два дополнительных коленвала 18 и 19 могут двигаться только as основным коленвалом 17. Если допустить, 10

15 может перемещаться только .вдоль своей шток 8, и связанные с ним, поршни 6 и 7

20 перемещаются возвратно-поступательно в цилиндрах 2 и 3, изменяя обьем камеры

25 случае двухтактного двигателя: продувка и

30 сжатие, рабочий ход и выхлоп. Топливно35

40 также возможна компоновка двигателя в Н55 образном варианте с двумя или четырьмя

50 что они движутся в разные стороны, тогда шейка коленвала 17 должна двигаться по лемнискате Бернулли, а она может двигаться только по окружности. Следовательно, возможно только одно движение шеек коленвалов 17, 18, 19 — no окружностям одинакового радиуса, т.к, Й«у них у всех один и тот же. В результате плоско-параллельного движения сухаря 10 он действует на лыжи 9 штока 8. Сухарь 10 перемещается своими опорными плоскостями по опорным поверхностям лыж 9, между поверхностей лыж.

Шток 8, установленный в подшипниках, образованных, например, в направляющих 16, оси, что он и осуществляет при движении сухаря 10, т.к. лыжи 9 через пальцы 21 увлекают при своем движении шток 8. f.o сгорания, заключенной между днищем поршня 2 или 3, головкой цилиндра 4 и цилиндрами 2 или 3. Изменение этого объема может быть реализовано для организации рабочего процесса двигателя. В случае четырехтактного двигателя это будет; всасывание, сжатие; рабочий ход, выхлоп. В воздушная смесь поджигается свечой 5.

Вместе с тем не исключаются варианты двигателя форсуночного питания типа дизелей, а также форсуночного питания и зажигания от свечи 5. При плоско-параллельном движении сухаря 10 он своими направляющими перемещается и по штангам, т.е. грузам 14, вдоль оси штока 8. При этом сами грузы 14 перемещаются на своих лыжах 15 перпендикулярно оси штока 8. Перемещаются грузы 14 точно так же как и шток 8 с поршнями

2 и 3 возвратно-поступательно со сдвигом фазы на 90О. При этом составляющие центробежной силы сухаря 10 и связанных с ними вращающихся звеньев полностью уравновешиваются инерционными силами поршневой группы и группы штанг. Двигатель может быть выполнен в одноцилиндровом варианте удалением цилиндра З.и поршня 7 с нижней частью штока 8, например. Кроме того, двигатель может быть выполнен и многоцилиндровым с рядным или оппозитным расположением цилиндров. А цилидрами в одной плоскости, Грузы 14 могут быть выполнены и в виде, например, рамок, охватывающих сухари и перемещающихся по направляющим 16 в картере 1, Но рамки более сложные технологически и тре1828505 буют еще закрепления от смещения по сухарю вдоль осей коленвалов и закрепления от опрокидывания их.

Как следует из конструкции двигателя и описания его работы, имеется возможность существенно расширить технические возможности бесшатунного двигателя внутреннего сгорания за счет увеличения количества возможных возможных компоновок двигателя при сохранении его полной динамической сбалансированности как по силам, так и по моментам. Это позволяет значительно расширить потребительские возможности двигателя, увеличйть рынки сбыта его, А также добиться полной согласованности двигателя с остальными агрегатами машин.

В настоящее время разработаны эскизные проекты двигателя. Внедрение двигателя в промышленность в промышленность возможно после 1992 года

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус, соосно расположенные цилиндры, установленные в них поршни, 5 жестко связанные между собой штоком, расположенные по обе стороны от оси цилиндров коленчатые валы, кривошипы которых шарнйрно связаны с траверсой, кинематически связанной со штоком, о т л и10 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности. двигатель снабжен противовесами, выполненными в виде штанг с ползунами на концах, оси которых параллельны оси цилиндров. траверса выполнена Ilo

15 краям с направляющими, взаимодействующими со штангами, а ползуны контактируют с направляющими корпуса, расположенными перпендикулярно к оси цилиндров.

2. Двигатель по и. 1, о т л и ч а ю щ и й20 с я-тем, что он снабжен дополнительным центральным коленчатым валом, ось которого пересекает ось цилиндров. а кривошип шарнирно связан с траверсой. l828505 ЮР

ФЬг. 4

1828505

Составитель А. Белобаба

Техред М..Моргентал Корректор Н.РЕвСкая

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2368 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета.по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5