Оппозитный двигатель внутреннего сгорания и его коленчатый вал

 

Использование: машиностроение, в частности, двигателестроение, а именно двигатели внутреннего сгорания с оппозитным расположением цилиндров. Сущность изобретения: двигатель содержит картер 1, закрепленные на нем оппозитно цилиндры 2, подвижные втулки 3 с днищами 5 и головками 4, между которыми расположены поршни 6 с образованием рабочей 7 и подпоршневой 8 камер переменного объема, и коленчатый вал 9. Каждый поршень 6 жестко связан с днищем 5 втулки 3 противоположного цилиндра 2, а днища 5 соединены шарнирно при помощи шатунов 10 с коленвалом 9. Втулки 3 могут быть выполнены в виде золотников газораспределения с поясами впускных 15, продувочных 16 и выпускных 17 окон, расположенных на цилиндрической поверхности втулок 3. Коленчатый вал 9 содержит одну среднюю шатунную шейку, выполненную заодно с первой крайней шатунной шейкой, вторую крайнюю шейку, выполненную заодно с щекой, а также цапфы. На торцевой плоскости средней шейки выполнены эксцентрично относительно ее оси торцевое отверстие и цилиндрический выступ, установленный в посадочном отверстии щеки, а последняя соединена со средней шейкой при помощи штифта, запрессованного в торцевое отверстие средней шейки через сквозное отверстие щеки. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к двигателестроению, а именно к оппозитным двигателям внутреннего сгорания.

Известен оппозитный двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, закрепленные на нем цилиндры с головками, размещенные в них поршни, и коленчатый вал, установленный в картере и связанный с поршнем при помощи шатунов (1).

Недостатками аналога являются большие радиальные габариты при малых удельных его показателях.

Известен оппозитный двигатель, содержащий картер, закрепленные на нем два цилиндра, втулки цилиндров, установленные в последних и снабженные головками и днищами, поршни, размещенные во втулках цилиндров между днищами и головками с образованием рабочей и подпоршневой камер переменного объема, коленчатый вал, установленный в картере и связанный с поршнями при помощи шатунов, впускной и выпускной каналы и механизм газораспределения (2).

Недостатками прототипа являются также большие габариты из-за вынесения шатунов за пределы цилиндров, большие радиальные габариты из-за необходимости увеличения высоты поршня для перекрытия его боковой поверхностью пазов под поршневые пальцы, а также низкие удельные показатели.

Известен коленчатый вал оппозитного двигателя, содержащий одну среднюю и две крайние шатунные шейки, смещенные последовательно одна относительно другой на 180^о, щеки, расположенные между шейками, две цапфы (3).

Недостатками прототипа в части вала являются сложность его изготовления, необходимость применения шатунов с разъемными головками, что приводит к увеличению их веса и малая точность относительного расположения колен вала.

Целью изобретения являются снижение габаритов, как радиальных, так и осевых, а также повышение удельных показателей двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном двигателе втулки цилиндров выполнены подвижными, их днища шарнирно соединены с шатунами, а каждый поршень жестко связан с днищем втулки противоположного цилиндра.

Поставленная цель достигается тем, что поршень может быть связан с днищем при помощи пары штоков, расположенных в отверстиях днища другой втулки.

Поставленная цель достигается тем, что оппозитные цилиндры могут быть расположены соосно.

Цель достигается тем, что втулки цилиндров могут быть установлены с образованием между их днищами картера полости переменного объема.

Цель достигается тем, что впускной канал сообщен с картерной полостью, втулки цилиндров могут быть выполнены в виде золотников механизма газораспределения с поясами впускных, продувочных и выпускных окон на цилиндрической поверхности втулок, а в цилиндре выполнены перепускные и выпускные каналы, причем впускные окна расположены с возможностью их сообщения с картерной полостью при положении поршней в районе верхней мертвой точки, а перепускные каналы выполнены с возможностью их сообщения с впускными и продувочными окнами при положении поршней в районе нижней мертвой точки.

Цель достигается тем, что головки и днища могут быть связаны со втулкой при помощи разъемных соединений.

Поставленная цель в части коленчатого вала достигается тем, что в известном вале средняя и одна из крайних шатунные шейки выполнены заодно с расположенной между ними щекой, другая крайняя шейка выполнена заодно с второй щекой, на торцевых поверхностях крайних шеек эксцентрично их оси расположены пальцы, а в цапфах параллельно оси вала выполнены эксцентричные отверстия, в которых закреплены пальцы шеек, при этом во второй щеке выполнены посадочное и сквозное отверстия, на торцевой плоскости средней шейки выполнены эксцентрично оси последней торцовое отверстие и цилиндрический выступ, установленный в посадочном отверстии второй щеки, а последняя соединена со средней шейкой при помощи по меньшей мере одного штифта, запрессованного в торцевое отверстие шейки через сквозное отверстие щеки.

Цель достигается также тем, что вторая щека соединена со средней шейкой дополнительно при помощи резьбового соединения и что в цапфе перпендикулярно оси эксцентричного отверстия может быть выполнено радиальное отверстие, на поверхности пальца шейки в районе радиального отверстия выполнены лыски с образованием между ними двугранного угла, вершина которого направлена в сторону радиального отверстия, в последнем размещен стержень, в торце которого выполнен двугранный угловой вырез, а лыски пальца расположены в последнем, причем стержень снабжен фиксатором его осевого перемещения относительно радиального отверстия.

Цель достигается тем, что фиксатор может быть выполнен в виде гайки, ввернутой в радиальное отверстие и контактирующей со стержнем.

На фиг.1 представлена схема оппозитного двигателя при положении поршней в верхней мертвой точке (ВМТ); на фиг.2 - то же, при положении поршней в нижней мертвой точке (НМТ); на фиг.3 - коленчатый вал двигателя; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3.

Описываемый двигатель содержит картер 1, закрепленные на нем два цилиндра, втулки 3 цилиндров 2, установленные в цилиндре 2 и снабженные головками 4 и днищами 5, поршни 6, размещенные во втулках 3 между днищами 5 и головками с образованием рабочей 7 и подпоршневой 8 камер переменного объема, коленчатый вал 9, установленный в картере 1 и связанный с шатуном 10, и впускной 11 и выпускной 12 каналы, причем втулки 3 выполнены подвижными, их днища 5 шарнирно соединены с шатунами 10, а каждый поршень 6 жестко связан, например, при помощи пары штоков 13, с днищами 5 втулок 3 противоположных цилиндров 2.

Цилиндры 2 могут быть расположены соосно, втулки 3 могут быть установлены с образованием между их днищами картерной полости 14 переменного объема. При этом впускной канал 11 сообщен с картерной полостью 14, втулки 3 могут быть выполнены в виде золотников газораспределения с поясами впускных 15, продувочных 16 и выпускных 17 окон на цилиндрической поверхности втулок 3; а в цилиндре 2 выполнены перепускные каналы 18.

Головки 4 и днища 5 могут быть связаны втулкой 3 при помощи разъемных соединений.

Коленчатый вал 9 содержит одну среднюю 19 и две крайние 20 шатунные шейки, смещенные последовательно одна относительно другой на 180^о, щеки 21 и 22, расположенные между шейками 19 и 20, и две цапфы 23, при этом средняя 19 и одна из крайних 20 шатунные шейки выполнены заодно с расположенной между ними щекой 21, другая крайняя шейка 20 выполнена заодно с второй щекой 22, на торцевых плоскостях крайних шеек эксцентрично их оси 24 расположены пальцы 25, а в цапфах 23 параллельно оси вала 9 выполнены эксцентричные отверстия 26, в которых закреплены пальцы 25. В щеке 22 выполнены посадочные отверстия 27 и сквозное отверстие 28, на торцевой плоскости средней шейки 19 выполнены эксцентрично ее оси торцевое отверстие 29 и цилиндрический выступ 30, установленный в посадочном отверстии 27 щеки 22, а последняя соединена со средней шейкой 19 при помощи штифта 31, запрессованного в торцевое отверстие 29 шейки 19 через сквозное отверстие 28 щеки 22.

Щека 22 может быть соединена с шейкой 19 дополнительно при помощи резьбового соединения (на фиг. не показано), например, винтов.

В цапфе 23 перпендикулярно оси эксцентричного отверстия 26 может быть выполнено радиальное отверстие 32, на поверхности пальца 25 в районе радиального отверстия 32 выполнены лыски 33 с образованием между ними двугранного угла, вершина которого направлена в сторону радиального отверстия 32. В последнем размещен стержень 34, в торце которого выполнен двугранный угловой вырез, а лыски 33 пальца 25 расположены в угловом вырезе стержня 34, причем стержень 34 снабжен фиксатором его осевого перемещения, выполненным, например, в виде гайки 35, ввернутой в радиальное отверстие 32 и контактирующей со стержнем 34.

Двигатель работает следующим образом. Вращение вала 9 преобразуется в возвратно-поступательное движение втулок 3 при помощи шатунов 10. Так как каждая втулка 3 жестко связана с поршнем 6 противоположного цилиндра 2, то при положении втулки 3 одного цилиндра 2 в НМТ поршень 6 другого цилиндра находится в ВМТ, и наоборот. При перемещении втулок 3 к ВМТ, а поршней 6 - к НМТ, в картерную полость 14 через впускной канал 11 подается свежий заряд. В следующем такте происходит сжатие свежего заряда днищами 5 втулок 3 в картерной полости 14 и его перепуск при положении втулок 3 в НМТ в подпоршневую камеру 8 через впускные окна 15. При следующем такте поршни 6 и днища 5 втулок 3 перемещаются навстречу. В подпоршневой камере 3 заряд сжимается и при положении поршней 6 в НМТ перепускается через перепускные каналы 18, совмещенные с впускными 15 и продувочными 16 окнами в рабочую камеру 7. Выпускные окна 17 в рабочей камере 7 при этом совмещаются с выпускными каналами 12 и происходит продувка камеры 7 свежим зарядом.

В следующем такте поршни 6 и головки 4 перемещаются навстречу друг другу и в рабочей камере 7 происходит сжатие заряда с последующим его воспламенением и расширением во время рабочего хода горящих газов.

Указанное выполнение двигателя позволяет в два раза уменьшить радиус кривошипа при неизменной величине рабочего хода, за счет чего коленчатый вал с шатунами размещается в габаритах цилиндра 2, что приводит к уменьшению осевых габаритов двигателя.

Попарное соединение поршней 6 с днищами 5 втулок 3 разных цилиндров, а также связь шатунов с днищами 5 позволяет перенести действие боковой силы из цилиндро-поршневой группы в менее термически напряженную пару трения (а значит и надежно смазываемую): втулка - цилиндр.

Отсутствие связи поршня непосредственно с валом позволяет максимально снизить высоту поршня (необходимую в прототипе для перекрытия прорезей под поршневые пальцы в цилиндре), а значит, и вес двигателя в целом. Кроме того, жесткая связь поршня с втулкой противоположного цилиндра позволяет увеличить длину опорной базы цилиндро-поршневой группы без увеличения поверхности трения.

Выполнение трехколенного вала с одним разъемом, а также со съемными цапфами позволяет повысить точность и удобство его сборки при высокой надежности соединения и использовании шатунов с неразъемными головками.

Таким образом, предложение позволяет снизить габариты двигателя и улучшить удельные, в частности, весовые, показатели двигателя.

Формула изобретения

1. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, закрепленные на нем два цилиндра, втулки цилиндров, установленные в последних и снабженные головками и днищами, поршни, размещенные во втулках цилиндров между днищами и головками с образованием рабочей и подпоршневой камер переменного объема, коленчатый вал, установленный в картере и связанный с поршнями при помощи шатунов, впускной и выпускной каналы и механизм газораспределения, отличающийся тем, что втулки цилиндров выполнены подвижными, их днища шарнирно соединены с шатунами, а каждый поршень жестко связан с днищем втулки противоположного цилиндра.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что поршень связан с днищем при помощи пары штоков, расположенных в отверстиях днища другой втулки.

3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что оппозитные втулки цилиндров установлены с образованием между их днищами картерной полости переменного объема.

4. Двигатель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что впускной канал сообщен с картерной полостью, втулки цилиндров выполнены в виде золотников механизма газораспределения с поясами впускных, продувочных и выпускных окон, расположенных на цилиндрической поверхности втулок, а в цилиндре выполнены перепускные и выпускные каналы, причем впускные окна расположены с возможностью их сообщения с картерной полостью при положении поршней в районе верхней мертвой точки, а перепускные каналы выполнены с возможностью их сообщения с впускными и продувочными окнами при положении поршней в районе нижней мертвой точки.

5. Двигатель по пп.1 - 4, отличающийся тем, что головки и днища связаны с втулкой при помощи разъемных соединений.

6. Коленчатый вал, содержащий одну среднюю и две крайние шатунные шейки, смещенные последовательно одна относительно другой на 180^o, щеки, расположенные между шейками, и две цапфы, отличающийся тем, что средняя и одна из крайних шатунные шейки выполнены заодно с расположенной между ними щекой, другая крайняя шейка выполнена заодно с второй щекой, на торцевых плоскостях крайних шеек эксцентрично их оси расположены пальцы, а в цапфах параллельно оси вала выполнены эксцентричные отверстия, в которых закреплены пальцы шеек, при этом во второй щеке выполнены посадочное и сквозное отверстия, на торцевой плоскости средней шейки выполнены эксцентрично оси последней торцевое отверстие и цилиндрический выступ, установленный в посадочном отверстии второй щеки, а последняя соединена со средней шейкой при помощи по меньшей мере одного штифта, запрессованного в торцевое отверстие шейки через сквозное отверстие щеки.

7. Вал по п.6, отличающийся тем, что щека соединена со средней шейкой дополнительно при помощи резьбового соединения.

8. Вал по пп.6 и 7, отличающийся тем, что в цапфе перпендикулярно к оси эксцентричного отверстия выполнено радиальное отверстие, на поверхности пальца шейки в районе расположения радиального отверстия выполнены лыски с образованием между ними двугранного угла, вершина которого направлена в сторону радиального отверстия, в последнем размещен стержень, в торце которого выполнен двугранный угловой вырез, а лыски пальца расположены в последнем, причем стержень снабжен фиксатором его осевого перемещения относительно радиального отверстия.

9. Вал по пп.6 - 8, отличающийся тем, что фиксатор выполнен в виде гайки, ввернутой в радиальное отверстие и контактирующей со стержнем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4