Оппозитный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения: двигатель содержит оппозитно расположенные на картере цилиндры, размещенные в них поршни, связанные при помощи шатунов с кривошипами коленчатого вала, расположенными под углом 180° один относительно другого. При синхронном перемещении поршней от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке в камере сгорания каждого цилиндра происходит поочередный перепуск сжатого в картерной полости свежего заряда через перепускные каналы, управляемые золотниковой втулкой, связанной с кривошипным валом при помощи шарового шарнира. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к оппозитным двигателям, работающим по четырехтактному циклу с кривошипно-камерным наддувом.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, цилиндр с поршнем, механизм газораспределения. Поршень посредством шатуна связан с коленчатым валом. В цилиндре выполнены продувочные окна, а механизм газораспределения выполнен верхнеклапанным. Для заполнения цилиндра свежим зарядом используется нагнетатель [1].

Недостатком известного двигателя является необходимость использования нагнетателя для заполнения цилиндра двигателя свежим зарядом и наличие клапанного механизма газораспределения, снижающего механической КПД двигателя.

Известен оппозитный четырехтактный двигатель, содержащий картер, закрепленные на нем цилиндры с головками, поршни, размещенные в цилиндрах с образованием камер сгорания и картерной полости, установленный в картере коленчатый вал, снабженный двумя расположенными под углом 180^о один относительно другого кривошипами с шатунными шейками, связанными с поршнями при помощи шатунов, впускной и выпускной каналы с запорными органами, сообщенные соответственно с картерной полостью и камерами сгорания, а в каждом цилиндре выполнен один перепускной канал с входным и выходным окнами, расположенный с возможностью соединения картерной полости с камерой сгорания при положении поршня в нижней мертвой точке, причем входное отверстие каждого канала расположено в картере, выходное - в камере сгорания и снабжено запорным органом, а запорные органы впускного и выпускного каналов и выходного отверстия связаны с коленчатым валом [2]. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком указанного двигателя является его худшая экономичность из-за больших потерь на привод клапанного механизма газораспределения.

Целью изобретения является повышение экономичности.

Цель достигается за счет снабжения двигателя кривошипными валами, установленными в картере и связанными с коленчатым валом, выполнения запорных органов выпускного канала и выходного отверстия каждого цилиндра в виде золотниковой втулки, установленной соосно с цилиндром и поршнем между их стенками, причем каждая втулка связана с кривошипным валом при помощи шарового шарнира с возможностью ее возвратно-поступательного перемещения вдоль оси цилиндра и возвратно-вращательного движения в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, а по окружности каждой втулки выполнены пояс впускных окон с возможностью сообщения картерной полости с камерой сгорания перед тактом сжатия и пояс выпускных окон с возможностью сообщения камеры сгорания с выпускным каналом в конце расширения.

Цель достигается также тем, что выходное отверстие перепускного канала расположено тангенциально окружности цилиндра.

Цель достигается тем, что шаровой шарнир соединения кривошипного вала с золотниковой втулкой выполнен в виде втулки с внешней сферической поверхностью, установленной в отверстии с внутренней сферической поверхностью, выполненном в кривошипном вале эксцентрично оси его вращения, во внутреннем отверстии втулки шарнира размещен тонкостенный цилиндрический вкладыш с буртиком, в котором расположен палец, связанный с золотниковой втулкой, а также тем, что сопряженные между собой поверхности элементов шарового шарнира снабжены уплотнениями.

Цель достигается тем, что связь пальца с золотниковой втулкой выполнена в виде закрепленного на цилиндрической поверхности втулки хомута, а палец может быть выполнен за одно целое с хомутом.

Цель достигается тем, что на цилиндрической поверхности втулки в месте установки хомута выполнен один кольцевой буртик, расположенный в кольцевой проточке, выполненной на внутренней поверхности хомута.

Коленчатый вал может быть выполнен составным в виде щек, между которыми установлена шатунная шейка, входящая соосными с ней цилиндрическими выступами меньшего диаметра в отверстия щек, а в шейке соосно с ней со стороны одного выступа выполнено резьбовое отверстие, сообщенное с конусной выточкой, выполненной со стороны противоположного выступа с уменьшением ее диаметра внутрь шейки, причем в конусной выточке установлена коническая втулка с резьбовым отверстием, в резьбовые отверстия шейки и втулки ввернут болт с двумя участками резьбы, а резьба последних выполнена с разным шагом.

Цель достигается тем, что во внутренних поверхностях щек соосно с шатунной шейкой выполнены цилиндрические выточки, в которые установлены подпружиненные шайбы с возможностью контактирования своими торцовыми поверхностями с торцовыми поверхностями кривошипной головки шатуна, а шайбы снабжены торцовыми и радиальными уплотнениями.

Цель достигается также тем, что на посадочных поверхностях цилиндра и картера выполнены цилиндрические буртики, соединение цилиндра с картером выполнено в виде хомута, стягивающего буртики картера и цилиндра, а поверхность одного из буртиков, контактирующая с внутренней поверхностью хомута, выполнена конусной.

Цель достигается тем, что цилиндр и головка снабжены элементами охлаждения, при этом элементы цилиндра выполнены в виде ребер, расположенных в плоскости, перпендикулярной продольной оси цилиндра, а элементы головки выполнены в виде конусных выступов, перпендикулярных ее поверхности.

На фиг. 1 показан двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - частичный вырез в месте расположения впускного канала; на фиг. 3 - шарнирное соединение золотниковой втулки с кривошипным валом; на фиг. 4 - то же, вид сверху; на фиг. 5 - крепление цилиндра с картером при помощи хомута; на фиг. 6 - кривошип.

Двигатель содержит картер 1, закрепленные на нем оппозитно два цилиндра 2 с головками 3, поршни 4, размещенные в цилиндрах 2 с образованием камер 5 сгорания и картерной полости 6, установленный в картере 1 коленчатый вал 7, снабженный двумя расположенными под углом 180^о один относительно другого кривошипами 8 с шатунными шейками 9, связанными с поршнями 4 при помощи шатунов 10, и сообщенный с картерной полостью 6 впускной канал 11 с запорным органом 12, связанным с коленчатым валом 7. В каждом цилиндре 2 выполнены выпускной канал 13, сообщенный с камерой 5 сгорания и перепускной канал 14 с входным 15 и выходным 16 отверстиями, расположенный с возможностью соединения картерной полости 6 с камерой 5 сгорания при положении поршня 4 в нижней мертвой точке (НМТ), причем входное отверстие 15 каждого канала 14 расположено в картере 1, а выходное отверстие 16 - в камере 5 сгорания. В картере 1 также установлены два кривошипных вала 17, связанных с коленчатым валом 7. Выпускной канал 14 и выходное отверстие 16 каждого цилиндра 2 снабжены запорным органом, выполненным в виде цилиндрической золотниковой втулки 18, установленной соосно с цилиндром 2 и поршнем 4 между стенками последних, причем каждая втулка 18 связана с соответствующим кривошипным валом 17 при помощи шарового шарнира 19 с возможностью ее возвратно-поступательного движения вдоль оси цилиндра 2 и возвратно-вращательного движения в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра 2, а по окружности каждой втулки 18 выполнены пояс впускных окон 20 с возможностью сообщения картерной полости 6 с камерой 5 сгорания перед тактом сжатия и пояс выпускных окон 21 с возможностью сообщения камеры 5 сгорания с каналом 13 в конце расширения.

Выходное отверстие 16 перепускного канала 14 может быть расположено тангенциально окружности цилиндра 2.

Шаровой шарнир 19 соединения кривошипного вала 17 с золотниковой втулкой 18 может быть выполнен в виде втулки 22 с внешней сферической поверхностью, установленной в отверстии 23 с внутренней сферической поверхностью, выполненном в кривошипном вале 17 эксцентрично оси его вращения, во внутреннем отверстии втулки 22 шарнира 19 размещен тонкостенный цилиндрический вкладыш 24 с буртиком 25, в котором расположен палец 26, связанный с золотниковой втулкой 18.

Сопряженные между собой поверхности элементов шарового шарнира 19 снабжены уплотнениями 27.

Связь пальца 26 с золотниковой втулкой 18 может быть выполнена в виде закрепленного на цилиндрической поверхности втулки 18 хомута 28, а палец 26 может быть выполнен за одно целое с хомутом 28.

На цилиндрической поверхности втулки 18 в месте установки хомута 28 может быть выполнен по меньшей мере один кольцевой буртик 29, расположенный в кольцевой проточке 30, выполненной на внутренней поверхности хомута 28.

Коленчатый вал 7 может быть выполнен составным в виде щек 31, между которыми установлена шатунная шейка 9, входящая соосными с ней цилиндрическими выступами 32 меньшего диаметра в отверстия 33 щек 31, а в шейке 9 соосно с ней со стороны одного из выступов 32 выполнено резьбовое отверстие 34, сообщенное с конусной выточкой 35, выполненной со стороны противоположного выступа 32 с уменьшением ее диаметра внутрь шейки 9, причем в конусной выточке 35 установлена коническая втулка 36 с резьбовым отверстием 37, в резьбовые отверстия 34 и 37 шейки 9 и втулки 36 ввернут болт 38 с двумя участками резьбы, а резьба последних выполнена с разным шагом.

Во внутренних поверхностях щек 31 соосно с шатунной шейкой 9 могут быть выполнены цилиндрические выточки 39, в которые установлены подпружиненные шайбы 40 с возможностью контактирования своими торцовыми поверхностями с торцовыми поверхностями кривошипной головки 41 шатуна 10, а шайбы 40 снабжены торцовыми 42 и радиальными 43 уплотнительными элементами.

На посадочных поверхностях цилиндра 2 и картера 1 могут быть выполнены кольцевые буртики 44, соединение цилиндра 2 с картером 1 выполнено в виде хомута 45, стягивающего буртики 44 картера 1 и цилиндра 2, а поверхность по меньшей мере одного из буртиков 44, контактирующая с внутренней поверхностью хомута 45, выполнена конусной.

Цилиндр 2 и головка 3 могут быть снабжены элементами охлаждения, при этом элементы цилиндра 2 выполнены в виде ребер 46, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра 2, а элементы охлаждения головки 3 - в виде конусных выступов 47, перпендикулярных ее поверхности.

Двигатель работает следующим образом. Во время хода поршней 4 к верхним мертвым точкам (ВМТ) в камере 5 сгорания одного цилиндра 2 происходит сжатие заряда, в камере сгорания 5 другого - выпуск, а в картерной полости 6 - всасывание через впускной канал 11 с запорным органом 12. Во время следующего такта заряд, находящийся в картерной полости 6 и сжимаемый обоими поршнями 4, перепускается в цилиндр 2, в котором закончился выпуск отработавших газов, по перепускному каналу 14, выходные отверстия 16 которого открываются при совпадении их с впускными окнами 20 золотниковой втулки 18, управляемой кривошипным валом 17, связанным с коленчатым валом 7. Во время следующего движения поршней 4 к ВМТ в картерной полости 6 повторяется всасывание свежего заряда по впускному каналу 11, а при движении поршней 4 к НМТ сжатый в полости 6 заряд перепускается в другой цилиндр 2, оппозитный первому и в котором закончился такт выпуска. Перекрытие выходных отверстий 16 перепускного канала 14 осуществляется путем поворота золотниковой втулки 18 и ее перемещения вдоль оси цилиндра 2 в начале такта сжатия. После сгорания и расширения горящих газов выпускные окна 21 золотниковой втулки 18 совмещаются за счет ее движения с выпускным каналом 13 и происходит выпуск отработавших газов в атмосферу. В оппозитном цилиндре 2 в этот момент происходит такт сжатия.

Таким образом выполнение четырехтактного оппозитного двигателя с картерной продувкой позволяет увеличить количество перепускаемого в цилиндр заряда за счет поочередной работы цилиндров и снизить механические потери на привод механизма газораспределения за счет его выполнения в виде золотниковой втулки, связанной с кривошипным валом, и улучшения условий работы трущихся поверхностей механизма за счет сложного движения втулки.

Формула изобретения

1. ОППОЗИТНЫЙ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий картер, по меньшей мере одну пару оппозитно закрепленных на картере цилиндров с головками, поршни, размещенные в цилиндрах с образованием камер сгорания и картерной полости, установленный в картере коленчатый вал, снабженный по меньшей мере двумя расположенными под углом 180^o один относительно другого кривошипами с шатунными шейками, связанными с поршнями при помощи шатунов, и впускной канал, сообщенный с картерной полостью через первый запорный орган, причем в каждом цилиндре выполнены выпускной канал, сообщенный с камерой сгорания через второй запорный орган, и по меньшей мере один перепускной канал с входным и выходным отверстиями, расположенный с возможностью соединения картерной полости с камерой сгорания при положении поршня в нижней мертвой точке, входное отверстие перепускного канала расположено в картере, выходное - в камере сгорания и снабжено третьим запорным органом и запорные органы связаны с коленчатым валом, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, он снабжен по меньшей мере одной парой кривошипных валов, установленных в картере и связанных с коленчатым валом, а второй и третий запорные органы каждого цилиндра выполнены в виде цилиндрической золотниковой втулки, расположенной соосно с цилиндром и поршнем между стенками последних, причем каждая втулка связана с кривошипным валом при помощи шарового шарнира с возможностью ее возвратно-поступательного перемещения вдоль оси цилиндра и возвратно-вращательного движения в плоскости, перпендикулярной к оси цилиндра, а по окружности каждой втулки выполнены пояс впускных окон с возможностью сообщения картерной полости с камерой сгорания перед тактом сжатия и пояс выпускных окон с возможностью сообщения камеры сгорания с выпускным каналом в конце расширения.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выходное отверстие перепускного канала расположено тангенциально окружности цилиндра.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что шаровой шарнир связи кривошипного вала с золотниковой втулкой выполнен в виде втулки с внешней сферической поверхностью, установленной в отверстии с внутренней сферической поверхностью, выполненном в кривошипном валу эксцентрично оси его вращения, во внутреннем отверстии втулки шарнира размещен цилиндрический вкладыш с буртиком, в котором расположен палец, связанный с золотниковой втулкой.

4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что сопряженные между собой поверхности элементов шарового шарнира снабжены уплотнениями.

5. Двигатель по пп.1 - 4, отличающийся тем, что связь пальца с золотниковой втулкой выполнена в виде закрепленного на ее цилиндрической поверхности хомута.

6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что палец выполнен заодно с хомутом.

7. Двигатель по пп.5 и 6, отличающийся тем, что на цилиндрической поверхности втулки в месте установки хомута выполнен по меньшей мере один кольцевой буртик, расположенный в кольцевой проточке, выполненной на внутренней поверхности хомута.

8. Двигатель по пп.1 - 7, отличающийся тем, что коленчатый вал выполнен составным в виде щек, между которыми установлена шатунная шейка, входящая соосными с ней цилиндрическими выступами меньшего диаметра в отверстия щек, а в шейке соосно с ней со стороны одного выступа выполнено резьбовое отверстие, сообщенное с конусной выточкой, выполненной со стороны противоположного выступа с уменьшением ее диаметра внутрь шейки, причем в конусной выточке установлена коническая втулка с резьбовым отверстием, в резьбовые отверстия шейки и втулки ввернут болт с двумя участками резьбы, а резьба последних выполнена с разным шагом.

9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что во внутренних поверхностях щек соосно с шатунной шейкой выполнены цилиндрические выточки, в которые установлены уплотнения, выполненные в виде подпружиненных шайб с возможностью контактирования своими торцевыми поверхностями с торцевыми поверхностями кривошипной головки шатуна, снабженных торцевыми и радиальными уплотнительными элементами.

10. Двигатель по пп.1 - 9, отличающийся тем, что на посадочных поверхностях каждого цилиндра и картера выполнены кольцевые буртики, соединение цилиндра с картером выполнено в виде хомута, стягивающего буртики картера и цилиндра, а поверхность по меньшей мере одного из буртиков, контактирующая с внутренней поверхностью хомута, выполнена конусной.

11. Двигатель по пп.1 - 10, отличающийся тем, что цилиндр и головка снабжены элементами воздушного охлаждения.

12. Двигатель по п.11, отличающийся тем, что элементы охлаждения цилиндра выполнены в виде ребер, расположенных в плоскости, перпендикулярной к оси цилиндра, а элементы охлаждения головки выполнены в виде конусных выступов, перпендикулярных к ее поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6