Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, в том числе к двигателям внутреннего сгорания. Технический результат изобретения состоит в повышении экономичности двигателя при относительно простой кинематической схеме и без увеличения габаритов. Двигатель внутреннего сгорания содержит два параллельных друг другу цилиндра 1, установленные в цилиндрах поршни 2, систему газообмена, средства подачи и поджига топлива и вал 3, имеющий наклонный кривошип 4, на котором по скользящей посадке установлена кривошипная головка 5. В плоскости расположения цилиндров установлено коромысло 7 с полостью в центральной части, внутри которой размещена кривошипная головка 5, механически связанная с коромыслом 7. На внешних боковых поверхностях коромысла выполнены полуоси, которые вставлены в выполненные в несущих пластинах 19 отверстия, имеющие общую линию симметрии, совмещенную с точкой пересечения осей вала и наклонного кривошипа. Концы коромысла механически связаны с поршнями, а несущие пластины жестко связаны с цилиндрами. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с противоположно установленными поршнями, систему газообмена, средства подачи и поджига топлива и два взаимосвязанных вала, которые через шатуны связаны с поршнями [1] К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного двигателя, относится то, что в нем для передачи движения от вала к поршням и для осуществления противоположного движения поршней требуется сложная кинематическая схема с большим числом передаточных звеньев, что делает двигатель громоздким и приводит к снижению механического КПД из-за большого числа трущихся пар.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры, расположенные параллельно друг другу, установленные в цилиндрах поршни, чистему газообмена, средства подачи и поджига топлива и вал, расположенный между цилиндрами, к которому пристыкован неподвижный кривошип, на котором по скользящей посадке установлена кривошипная головка, связанная через штоки с поршнями, а через зубчатую передачу с блоком цилиндров [2] К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного двигателя, относится то, что в нем относительно велики потери на трение из-за значительного момента сил трения при скольжении кривошипной головки по торцовой части кривошипа.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков является двигатель внутреннего сгорания, содержащий два параллельных друг другу цилиндра, установленные в цилиндрах поршни, систему газообмена, средства подачи и поджига топлива и вал, расположенный между цилиндрами и имеющий наклонный кривошип, на котором по скользящей посадке установлена кривошипная головка [3] К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного двигателя, принятого за прототип, относится то, что в нем силы со стороны поршней полностью прикладываются к кривошипной головке и к механизму Кардано, который фиксирует центр кривошипной головки. Однако механизм Кардано предназначен в основном для передачи усилий при вращении, при наличии значительных освых усилий в нем возникают большие силы трения, что уменьшает механический КПД и экономичность двигателя. Кроме того, при передаче колебательного движения от кривошипной головки к поршням требуются шарниры, обеспечивающие повороты в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что усложняет конструкцию двигателя.

Технический результат, который может быть получен прни осуществлении изобретения, состоит в повышении экономичности двигателя внутреннего сгорания при относительно простой кинематической схеме и без увеличения габаритов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем два параллельных друг другу цилиндра, установленные в цилиндрах поршни, систему газообмена, средства подачи и поджига топлива и вал, расположенный между цилиндрами и имеющий наклонный кривошип, на котором по скользящей посадке установлена кривошипная головка, в соответствии с изобретением в плоскости расположения цилиндров установлено коромысло с полостью в центральной части, внутри которой размещена кривошипная головка, механически связанная с коромыслом, на внешних боковых поверхностях коромысла выполнены полуоси, которые вставлены в выполненные в несущих пластинах отверстия, имеющие общую линию симметрии, совмещенную в точкой пересечения осей вала и наклонного кривошипа, концы коромысла механически связаны с поршнями, а несущие пластины жестко связаны с цилиндрами.

Кроме того, внутренняя полость коромысла может быть связана с кривошипной головкой посредством закрепленных на коромысле штырей, оси которых совмещены между собой и с точкой пересечения осей вала и наклонного кривошипа. Концы коромысла могут быть связаны с поршнями через поводки. В цилиндрах могту быть выполнены продольные прорези, в которые вставлены концы коромысла. Двигатель может быть механически снабжен идентичным коромыслом, с помощью которого поршни механически связаны с валом через дополнительный кривошип, наклонный в противоположную сторону по отношению к первому кривошипу.

Установка в плоскости расположения цилиндров коромысла с полостью в центральной части, внутри размещена кривошипная головка, механически связанная с коромыслом, причем на внешних боковых поверхностях коромысла выполнены полуоси, которые вставлены в выполненные в несущих пластинах отверстия, имеющие общую линию симметрии, совмещенную с точкой пересечения осей вала и наклонного кривошипа, концы коромысла механически связаны с поршнями, а несущие пластины связаны жестко с цилиндрами, повышает экономичность без увеличения габаритов и при относительно простой кинематической схеме благодаря снижению тепловых потерь и повышению механического КПД. Тепловые потери снижаются расположения поршней без относительного увеличения габаритов и массы двигателя, а механический КПД повышается благодаря тому, что основную часть усилий со стороны поршней воспринимает коромысло и на кривошипную головку передается лишь разностный крутящий момент, возникающий в процессе воздействия сил со стороны поршней, при этом момент сил трения в коромысле может быть сделан относительно малым.

Выполнение связи внутренней полости коромысла с кривошипной головкой посредством закрепленных на коромысле штырей, оси симметрии которых совмещены между собой и с точкой пересечения осей вала и наклонного кривошипа, способствует повышению экономичности двигателя благодаря малым потерям на трение в штырях, учитывая неизбежность некоторой децентровки механизма, в результате которой кривошипная головка может совершать небольшие перемещения вдоль оси штырей.

Выполнение связи концов коромысла с поршнями посредством поводков снижает боковые усилия на поршень, особенно в районе нахождения поршней в мертвых точках, что повышает механический КПД двигателя.

Выполнение в цилиндрах продольных прорезей, в которые входят концы коромысла, позволяет уменьшить продольные размеры двигателя.

Снабжение двигателя идентичным коромыслом, с помощью которого поршни механически связаны с валом через дополнительный кривошип, наклоненный в противоположную сторону по отношению к первому кривошипу, позволяет кинематически уравновесить двигатель, снизить вибрации при работе и тем самым повысить механический КПД и экономичность. Кроме того, в этом случае снижается относительная поверхность камеры сгорания благодаря оппозитному расположению поршней, что способствует снижению тепловых потерь и повышению экономичности двигателя.

На фиг. 1 изображен двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1.

Двигатель внутреннего сгорания содержит два параллельных друг другу цилиндра 1, установленные в цилиндрах поршни 2, вал 3 с наклонными кривошипами 4, на которых по скользящей посадке установлены кривошипные головки 5, связанные через штыри 6 с соответствующими коромыслами 7, концы которых через поводки 8 связаны с поршнями. Система газообмена двигателя состоит из впускных каналов с лепестковыми клапанами 9, перепускных каналов 10, 11, отверстий 12, выполненных в поршнях, и выпускных каналов 13. Средство подачи и поджига топлива состоит из карбюратора (не показан) и свечей 14 зажигания. Подпоршневые пространства уплотнены с помощью уплотняющих вставок 15, рабочие объемы уплотнены поршневыми кольцами 16. Основой для крепления элементов конструкции служит каркас, состоящий из торцевых крышек 17, жестко связанных с цилиндрами, перекладин 18, поддерживающих вал, и боковых несущих пластин 19, закрепленных на торцовых крышках. На боковых поверхностях коромысла выполнены полуоси 20, которые вставлены в выполненные в несущих пластинах отверстия, имеющие общую линию симметрии, совмещенную с точкой пересечения осей вала и наклонного кривошипа, внутри коромысла выполнена полость 21.

Двигатель работает следующим образом.

При вращении вала 3 противоположные части наклонного кривошипа 4 совершают круговые движения вокруг оси вала 3 с относительным фазовым сдвигом 180^о, что приводит к периодическим поворотам кривошипной головки 5 как вокруг оси, проходящей через штыри 6, так и вокруг перпендикулярной ей оси, проходящей через точку пересечения осей вала и наклонного кривошипа. Эти периодические повороты через штыри 6 во внутренней полости 21 передаются коромыслу 7, которое, периодически поворачиваясь на полуосях 20, придает посредством поводков 8 возвратно-поступательное движение поршням 2, в результате чего в цилиндрах 1 проходят рабочие процессы. Через впускные каналы с лепестковыми клапанами 9 в подпоршневое пространство, уплотненное вставками 15, всасывается горючая смесь, которая после сжатия вблизи нижней мертвой точки хода поршней 2 продувается через отверстия 12 и каналы 10 и 11, вытесняя отработавшие газы через выпускной канал 13. После этого горючая смесь сжимается в рабочем пространстве между поршнями, уплотненном кольцами 16, и вблизи верхней точки хода поршней она поджигается искрой от свечи 15, после чего совершается рабочий ход, передающий энергию валу 3, поддержка которого в двигателе осуществляется с помощью торцовых крышек 17, жестко связанных с торцами цилиндров 1, и перекладин 18, закрепленных на несущих пластинах 19, жестко связанных с торцовыми крышками 17.

В рассматриваемом двигателе основную часть усилий со стороны поршней 2 воспринимает коромысло 7 и на кривошипную головку 5 передается лишь момент разности этих усилий. Это обеспечивает высокий механический КПД благодаря относительно малому моменту сил трения в полуосях 20. Размещение кривошипной головки 5 внутри полости 21 коромысла 7 делает двигатель компактным и позволяет выполнить его длинноходовым с оппозитным расположением поршней, что снижает тепловые потери и повышает экономичность двигателя. Кроме того, в рассматриваемом двигателе удобно использовать прямоточно-щелевую продувку, что обеспечивает высокую степень очистки рабочих объемов цилиндров от остаточных газов и способствует повышению экономичности двигателя.

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий два параллельных друг другу цилиндра, установленные в цилиндрах поршни, систему газообмена, средства подачи и поджига топлива и вал, расположенный между цилиндрами и имеющий наклонный кривошип, на котором по скользящей посадке установлена кривошипная головка, отличающийся тем, что в плоскости расположения цилиндров установлено коромысло с полостью в центральной части, внутри которой размещена кривошипная головка, механически связанная с коромыслом, а на внешних боковых поверхностях коромысла выполнены полуоси, которые вставлены в выполненные в несущих пластинах отверстия, имеющие общую линию симметрии, совмещенную с точкой пересечения осей вала и наклонного кривошипа, при этом концы коромысла механически связаны с поршнями, а несущие пластины жестко связаны с цилиндрами.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что внутренняя полость коромысла связана с кривошипной головкой посредством закрепленных на коромысле штырей, оси которых совмещены между собой и с точкой пересечения осей вала и наклонного кривошипа.

3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что концы коромысла связаны с поршнями через поводки.

4. Двигатель по пп.1 3, отличающийся тем, что в цилиндрах выполнены продольные прорези, в которые вставлены концы коромысла.

5. Двигатель по пп.1 4, отличающийся тем, что он снабжен идентичным коромыслом, с помощью которого поршни механически связаны с валом через дополнительный кривошип, наклоненный в противоположную сторону по отношению к кривошипу по п.1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2