Двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: в машиностроении, в частности в устройствах двигателей внутреннего сгорания с противоположно движущимися рабочими органами. Сущность изобретения: двигатель содержит оппозитно расположенные цилиндры 2, в которых установлены связанные между собой при помощи продольной тяги 20 подвижные втулки 3. В последних размещены поршни 6, связанные между собой штоком и перемещающиеся возвратно-поступательно в сторону, противоположную движению втулок. Втулки совершают возвратно-качательное движение с поворотом относительно цилиндров 2 и поршней 6 вокруг своей продольной оси, что улучшает условия трения в цилиндро-поршневой группе. Поршни 6 и втулки 3 соединены шарнирно соответственно с силовым и дополнительным рычагами, установленными на оси, и связаны с кривошипным валом при помощи механизма преобразования движения. За счет возможности форсирования по оборотам вала улучшаются удельные показатели двигателя, а за счет снижения механических потерь и отсутствия инерционных нагрузок в механизме достигается высокая надежность его работы. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с противоположно движущимися рабочими элементами.

Известен двигатель, содержащий оппозитно расположенные цилиндры с размещенным в них поршнем двухстороннего действия и механизм преобразования возвратно-поступательного и возвратно-качательного движения поршня (1).

Недостатками аналога являются малая надежность работы механизма из-за непосредственной связи кривошипа с поршнем, что приводит к сравнительно большим углам качания сферического шарнира, а также большие инерционные и газовые нагрузки, воспринимаемые соответственно кривошипом и корпусом.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, два закрепленных на нем оппозитных цилиндра, установленные в цилиндрах втулки, снабженные головками и днищами, поршни, размещенные во втулках между днищами и головками с образованием подпоршневой и рабочей камер переменного объема, установленный в картере кривошипный вал, шатуны, соединенные с последним, и силовой рычаг с двумя плечами, расположенный свободно на оси, закрепленной в картере, причем поршни связаны между собой при помощи штока, установленного коаксиально с осями цилиндров, первое плечо силового рычага соединено со штоком при помощи шарнира, а второе его плечо связано с шатуном (2).

Недостатками прототипа являются малая надежность работы цилиндро-поршневой группы вследствие неудовлетворительных условий трения, а также невозможность форсирования двигателя из-за действия значительных сил инерции при повышении оборотов и ухудшения надежности работы ползунного механизма связи штока с рычагом при увеличении нагрузки из-за сравнительно большой величины угла качания рычага.

Целью изобретения является улучшение удельных показателей двигателя и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что известный двигатель снабжен установленным свободно на оси дополнительным рычагом с плечами, головки и днища жестко соединены с втулками, последние выполнены подвижными и связаны между собой при помощи продольной тяги, соединенной шарнирно с первым плечом дополнительного рычага, второе плечо последнего связано кинематически с кривошипным валом, а поршни и втулки синхронизированы между собой с возможностью перемещения в противоположные стороны, причем втулки установлены с возможностью возвратно-качательного движения вокруг своей продольной оси, а плоскость качания первого плеча дополнительного рычага смещена относительно оси цилиндров.

Поставленная цель достигается тем, что шарнирное соединение первого плеча дополнительного рычага с продольной тягой может быть выполнено сферическим в виде установленной в плече сферической обоймы с отверстием и закрепленного на тяге перпендикулярно продольной оси пальца, расположенного в отверстии сферической обоймы. При этом плоскость качания первого плеча силового рычага может быть смещена относительно продольной оси штока, а шарнирное соединение последнего с плечом рычага выполнено сферическим идентично соединению продольной тяги с плечом дополнительного рычага, или шарнирное соединение штока с первым плечом силового рычага может быть выполнено в виде кулисного механизма, причем ползун связан с плечом, а плоскость качания последнего совпадает с продольной осью штока.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель может быть снабжен механизмом поворота втулок вокруг их продольной оси, при этом шарнирные соединения штока с первым плечом силового рычага и продольной тяги с первым плечом дополнительного рычага выполнены в виде кулисных механизмов.

Поставленная цель достигается также тем, что первое плечо дополнительного рычага может быть выполнено вильчатым, а втулки снабжены связанной с ними дополнительной продольной тягой, расположенной симметрично первой тяге относительно оси штока и шарнирно соединенной с вильчатым плечом, при этом оси качания дополнительного и силового рычагов расположены коаксиально.

Цель достигается тем, что механизм поворота втулок может быть выполнен в виде установленного на оси свободного рычага, связанного с втулками при помощи сферического шарнира, причем плоскость качания рычага не совпадает с продольной осью втулок.

Цель достигается тем, что двигатель может быть снабжен синхронизирующим двуплечим рычагом, а дополнительный рычаг выполнен трехплечим, при этом второе плечо силового и третье плечо дополнительного рычагов соединены с плечами синхронизирующего рычага при помощи шарнирных тяг, а второе плечо дополнительного рычага шарнирно соединено с шатуном.

Поставленная цель достигается тем, что плоскость качания синхронизирующего рычага может быть расположена параллельно осям качания рычагов.

На фиг.1 представлен предлагаемый двигатель; на фиг.2 - то же, поперечный разрез; на фиг.3 - то же, вариант; на фиг.4 - то же, вариант; на фиг.5 - то же, вариант.

Двигатель содержит картер 1, два закрепленных на нем оппозитных цилиндра 2, установленные в цилиндрах 2 втулки 3, снабженные головками 4 и днищами 5, жестко соединенными с втулками 3, поршни 6, размещенные во втулках 3 с образованием подпоршневой 7 и рабочей 8 камер переменного объема, установленный в картере 1 кривошипный вал 9, соединенный с ним шатун 10, установленные свободно на оси 11 силовой рычаг 12 с плечами 13 и 14 и дополнительный рычаг 15 с плечами 16, 17 и 18. Поршни 6 связаны между собой при помощи штока 19, установленного коаксиально с осями цилиндров 2 и соединенного шарнирно с плечом 13 силового рычага 12. Втулки 3 выполнены подвижными и связаны между собой при помощи продольной тяги 20, соединенной шарнирно с плечом 16 дополнительного рычага 15. На оси 21 установлен синхронизирующий рычаг 22 с плечами 23 и 24, соединенными при помощи шарнирных тяг 25, соответственно, с плечами 14 и 18 силового 12 и дополнительного 15 рычагов, а плечо 17 дополнительного рычага 15 соединено с шатуном 10.

Плоскость качания плеча 16 дополнительного рычага 15 смещена относительно оси цилиндров 2, а шарнирное его соединение с продольной тягой 20 выполнено сферическим в виде установленной в плече 16 сферической обоймы 26 с отверстием 27 и закрепленного на тяге 20 перпендикулярно продольной оси пальца 28, расположенного в отверстии 27.

В варианте выполнения двигателя (фиг.2) шарнирное соединение штока 19 с плечом 13 может быть выполнено в виде кулисного механизма, при этом ползун 29 связан с плечом 13, а плоскость его качания совпадает с продольной осью штока 19.

В варианте выполнения двигателя (фиг.3) плоскость качания плеча 13 может быть смещена относительно продольной оси штока 19, при этом шарнирное их соединение выполнено сферическим в виде установленной в плече 13 сферической обоймы 30 с отверстием 31 и закрепленного на штоке 19 перпендикулярно его продольной оси пальца 32, установленного в отверстии 31.

В варианте выполнения двигателя (фиг.4) шарнирные соединения продольной тяги 20 с плечом 16 и штока 19 с плечом 13 могут быть выполнены в виде кулисных механизмов с ползунами, соответственно 33 и 29, при этом втулки 3 снабжены механизмом их поворота, выполненным, например, в виде свободного рычага 34, связанного с соединенной с втулками 3 дополнительной продольной тягой 35 при помощи сферического шарнира 36. Плоскость качания свободного рычага 34 не совпадает с продольной осью втулок 3.

В варианте выполнения двигателя (фиг.5) плечо 16 дополнительного рычага 15 может быть выполнено вильчатым, при этом дополнительная продольная тяга 35 расположена симметрично тяге 20 относительно оси втулок 3, плечо 13 и одно из плеч 16 связаны соответственно со штоком 19 и тягой 20 при помощи кулисных механизмов, другое плечо 16 соединено с дополнительной продольной тягой 35 при помощи шарового шарнира 37, а оси 11 качания рычагов 12 и 15 расположены коаксиально.

Оба вильчатых плеча 16 могут быть соединены с тягами 20 и 35 при помощи кулисных механизмов, тогда втулки 3 снабжены механизмом их поворота, выполненным, например, в виде связанного с ними шарнирно свободного рычага 34, идентично варианту (фиг.4).

Описываемый двигатель работает следующим образом. Поршни 6 и втулки 3 перемещаются в цилиндрах 2 возвратно-поступательно в противоположных направлениях, преобразуя энергию расширения в рабочих камерах 8 горящих газов во вращение кривошипного вала 9. Рычаги 12 и 15, связанные соответственно с поршнями 6 и втулками 3, также качаются в противоположных направлениях на оси 11. Движение поршней 6 и втулок 3 синхронизировано между собой за счет связи плеч 14 и 18 рычагов 12 и 15 с плечами, соответственно, 23 и 24 синхронизирующего рычага 22. Качание обоих рычагов 12 и 15 преобразуется во вращение кривошипного вала 9 за счет связи с ним плеча 17 рычага 15 при помощи шатуна 10.

Втулки 3 одновременно с возвратно-поступательным совершают вовзратно-качательное движение вокруг своей продольной оси за счет связи плеча 16 с продольной тягой 20 при помощи сферического шарнира (фиг.2 и 3) или за счет установки свободного рычага 34, связанного с дополнительной продольной тягой 35 при помощи сферического шарнира 36 (фиг.4). В варианте выполнения (фиг.3) возвратно-качательное движение вокруг своей продольной оси совершают также и поршни 6, например, в сторону, противоположную вращению втулок 3.

Связь втулок 3 между собой при помощи двух тяг 20 и 35, соединенных с плечом 16, выполненным вильчатым, позволяет симметрировать нагрузки в цилиндро-поршневой группе.

Выполнение втулок 3 подвижными позволяет в два раза уменьшить величину хода рабочих органов (поршней 6 и втулок 3) при неизменном рабочем объеме двигателя. При этом уменьшаются и угловые перемещения звеньев механизма преобразования движения, например, рычагов 12 и 15, что приводит к значительному снижению боковой нагрузки в цилиндро-поршневой группе, повышает надежность работы механизма и дает возможность форсировать двигатель по скорости вращения вала, а движение втулок 3 с поворотом относительно поршней 6 и цилиндров 2 позволяет резко улучшить условия трения в цилиндро-поршневой группе. Повышению надежности работы механизма способствует также полное уравновешивание в нем инерционных нагрузок, при проведении в камерах 8 двухтактного рабочего процесса, за счет движения втулок 3 и поршней 6 в противоположные стороны.

Таким образом, изобретение позволяет повысить удельные показатели двигателя путем его форсирования как по оборотам вала, так и по нагрузке за счет снижения механических потерь в цилиндро-поршневой паре и отсутствия инерционных нагрузок в механизме при высокой надежности его работы.

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий картер, по меньшей мере два закрепленных на нем оппозитных цилиндра, установленные в цилиндрах втулки, снабженные головками и днищем, поршни, размещенные во втулках между днищами и головками с образованием подпоршневой и рабочей камер переменного объема, установленный в картере кривошипный вал, по меньшей мере один шатун, соединенный с последним, и силовой рычаг по меньшей мере с двумя плечами, расположенный свободно на оси, закрепленной в картере, причем поршни связаны между собой при помощи штока, установленного коаксиально с осями цилиндров, первое плечо силового рычага соединено со штоком при помощи шарнира, а второе его плечо связано кинематически с шатуном, отличающийся тем, что он снабжен установленным свободно на оси дополнительным рычагом с плечами, головки и днища жестко соединены с втулками, последние выполнены подвижными и связаны между собой при помощи продольной тяги, соединенной шарнирно с первым плечом дополнительного рычага, второе плечо последнего связано кинематически с кривошипным валом, а поршни и втулки синхронизированы между собой с возможностью перемещения в противоположные стороны, причем втулки установлены с возможностью возвратно-качательного движения вокруг своей продольной оси, а плоскость качания первого плеча дополнительного рычага смещена относительно оси цилиндров.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что шарнирное соединение первого плеча дополнительного рычага с продольной тягой выполнено сферическим в виде установленной в плече сферической обоймы с отверстием и закрепленного на тяге перпендикулярно к ее продольной оси пальца, расположенного в отверстии сферической обоймы.

3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что плоскость качания первого плеча силового рычага смещена относительно продольной оси штока, а шарнирное соединение последнего с плечом рычага выполнено сферическим, идентично соединению продольной тяги с плечом дополнительного рычага.

4. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что шарнирное соединение штока с первым плечом силового рычага выполнено в виде кулисного механизма, при этом ползун связан с плечом, а плоскость качания последнего совпадает с продольной осью штока.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен механизмом поворота втулок вокруг их продольной оси, а шарнирные соединения штока с первым плечом силового рычага и продольной тяги с первым плечом дополнительного рычага выполнены в виде кулисных механизмов.

6. Двигатель по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что первое плечо дополнительного рычага выполнено вильчатым, а втулки снабжены связанной с ними дополнительной продольной тягой, расположенной симметрично первой тяге относительно оси штока и шарнирно соединенной с вильчатым плечом, при этом оси качания дополнительного и силового рычагов расположены коаксиально.

7. Двигатель по пп. 1,5 и 6, отличающийся тем, что механизм поворота втулок выполнен в виде вильчатого плеча дополнительного рычага, соединенного с дополнительной продольной тягой при помощи сферического шарнира.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5