Двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: двигатели внутреннего сгорания поршневого типа, для мобильных средств малой и большой мощности. Сущность изобретения: двигатель внутреннего сгорании содержит компрессор 1, картер 2, коленчатый вал 3 с рабочей шейкой 4, опорными шейками 6, входящими в кривошипы 7 с дополнительной шейкой 5 привода компрессора 1. Синхронизирующий вал 12 кинематически связан с кривошипами 7. На рабочей шейке 4 и на дополнительной шейке 6 привода компрессора установлены штоки, связанные с поршнями при помощи соединительных узлов, содержащих детали со сферическими поверхностями. Штоки поршней содержат ползуны, взаимодействующие с башмаками направляющих картера через сферические поверхности. 4 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания поршневого типа для мобильных средств малой и большой мощности.

Известны двигатели внутреннего сгорания (1), содержащие картер с установленным в нем цилиндром с системой газораспределения, поршень, соединенный штоком с кулисой, снабженной направляющими, два коленчатых вала с добавочными противовесами, размещенных в картере параллельно один другому и кинематически связанных между собой для синхронного вращения в противоположные стороны, два ползуна, установленных на кривошипных шейках валов и перемещающихся по направляющим кулисы.

Недостатком такого двигателя является сложность конструкции кулисы и ее большой вес.

Известны также поршневые двигатели (2), выбранные в качестве прототипа, содержащие картер, по крайней мере, одну пару цилиндров с поршнями, расположенных соосно по обе стороны картера, шатун, головка которого вращается на оси и соединена с одним из двух концов поршня, коленчатый вал, включающий шатунную шейку, суппорт, который обеспечивает вращательное движение коленчатого вала с уровнем эксцентричности, синхронным вращению коленвала и муфты, в противоположные стороны, группу противовесов.

Недостатком таких конструкций является технологическая сложность изготовления, большой вес, габариты, низкий КПД.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления при одновременном уменьшении веса, габаритов и повышении КПД.

Указанная цель достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, по меньшей мере одну пару цилиндров, поршни которых расположены соосно по обе стороны картера и соединены между собой общей тягой, два кривошипа, соосно и оппозитно закрепленных в подшипниковых узлах и кинематически соединенных с зубчатой передачей устройства синхронного вращения кривошипов, коленчатый кал, включающий рабочую шейку и опорные концевые шейки, которые соосны друг другу, расположены в одной плоскости с рабочей шейкой и каждая из которых эксцентрично входит в зацепление с соответствующим кривошипом с возможность вращения в нем с заданным эксцентриситетом, дополнительно снабжен компрессором, шейкой привода компрессора, выполненной на коленвале, по меньшей мере двумя ползунами с направляющими, двумя специальными подшипниками плавающего типа, двумя подшипниками скольжения, двумя сферическими шарнирными узлами, размещенными к каждом цилиндре, поршни которых соединены общим штоком, в разрыве средней части которого размещен первый ползун таким образом, что разомкнутые концы штока прикреплены к нему неподвижно, оппозитно и соосно, составляя единую жесткую тягу, противоположные концы которой, входящие в зацепление с поршнями, выполнены сферическими, несущими функцию опорных подвижных элементов в шарнирном узле, содержащем, кроме того, подвижную пяту, подвижный концевой вкладыш, регулировочное кольцо, фиксаторы и гайку, причем шарнирный узел установлен в поршневой выемке, таким образом, что подвижная пята сопряжена плоскостью с днищем поршня, а своей сферической поверхностью с зеркально отраженной внутренней сферической поверхностью опорного подвижного элемента штока, взаимное перемещение которых ограничено фиксаторами, жестко установленными на днище поршня и на сферической поверхности пяты, при этом наружная сферическая поверхность опорного элемента штока подвижно сопряжена с зеркально отраженной внутренней сферической поверхностью кольцевого вкладыша, зафиксированного с определенным зазором гайкой, через регулировочное кольцо в поршне, кроме того, рабочая шейка коленвала зафиксирована внутри первого ползуна через первый подшипник скольжения, установленный перпендикулярно оси штока, а сам ползун расположен в первом подшипнике плавающего типа, выполненного в виде двух оппозитно расположенных башмаков, подвижно сопряженных своими сферическими внутренними поверхностями с зеркально отраженными поверхностями ползуна, причем наружные плоскости башмаков подвижно сопряжены с направляющими картера. Второй аналогичный ползун через второй подшипник плавающего типа установлен на шейке привода компрессора в направляющих, перпендикулярных направляющим первого ползуна. Таким образом, заявляемый двигатель внутреннего сгорания соответствует критерию "новизна".

Сравнительный анализ известных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии и них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом двигателе внутреннего сгорания. Сравнение заявляемого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с другими техническими решениями показывает, что некоторые отличительные признаки предлагаемого ДВС известны в науке и технике, например, "поршни каждой пары цилиндров расположены соосно по обе стороны картера и соединены общим штоком". Однако их введение в указанной связи с остальными элементами в заявляемом ДВС придает последнему, во первых, совершенно новые свойства, проявляющиеся в значительном упрощении технологии изготовления двигателя, а во вторых, позволяет достичь дополнительный эффект в виде получения более высокого КПД.

Таким образом, анализ известных технических решений, аналогов в исследуемой области позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид двигателя; на фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 показан узел I, механизм соединения поршня со штоком (продольный разрез цилиндра); на фиг.4 показано сечение Б-Б на фиг.2 (поперечный разрез специального подшипника плавающего типа).

Двигатель внутреннего сгорания (фиг.1, 2) содержит компрессор 1, картер 23, включающий вал 3, содержащий рабочую шейку 4, шейку 5 привода компрессора и опорные концевые 6, эксцентрично входящие в зацепление с соответствующими кривошипами 7, 8, оппозитно и соосно закрепленными относительно концевых шеек 6, пару цилиндров 9, поршни 10, которые соосно и оппозитно расположены по обе стороны картера 2 и соединены общим штоком 11, устройство 12 синхронного вращения кривошипов 7, 8.

Двигатель по фиг.3 снабжен подвижной сферической пятой 13, сопряженной своей плоскостью с днищем поршня 10, а сферической поверхностью с зеркально отраженной внутренней поверхностью торцевой части 14 штока 11, внешняя поверхность которой сопряжена с подвижным кольцевым вкладышем 15, поджатым с определенным зазором гайкой 16, через регулировочное кольцо 17. Для ограничения перемещения шарнирного узла фиксаторы 18 жестко установлены на днище поршня 10 и сферической поверхности пяты 13, а в сопрягаемых поверхностях выполнены отверстия с зазором, куда утоплены фиксаторы 18.

Двигатель (фиг.4) снабжен ползуном 19, жестко закрепленным к средней части штока 11, в котором через подшипник скольжения 20 перпендикулярно к оси штока 11 зафиксирована рабочая шейка 4 коленвала 3. Ползун 13 зафиксирован в подшипнике плавающего типа, выполненного в виде двух оппозитно расположенных башмаков 21 со сферическими внутренними поверхностями, подвижно сопряженными с зеркально отраженными поверхностями ползуна 19, причем наружные поверхности башмаков 21 закреплены в направляющих 22 картера 2 с возможностью возвратно поступательного движения. На шейке коленвала 3 в направляющих, перпендикулярных направляющим 22, установлен аналогичный подшипник плавающего типа 23.

Двигатель внутреннего сгорания работает по двухтактному циклу. В рабочую полость цилиндра 9 поступает предварительно сжатый в компрессоре 1 воздух, которым вытесняет отработанные газы через выпускные окна цилиндров 9. После перекрытия верхнем кромкой поршня 10 впускных и выпускных окон в рабочей части цилиндра 9 происходит сжатие и впрыск порции топлива в камеру сгорания. Сила давления газов, образующихся при сгорании рабочей смеси, действует на поршень 10, заставляя его совершать поступательное движение к нижней мертвой точке (НМТ).

При движении поршень 10, соединенный со штоком 11, через шарнирный узел передает поступательное движение штоку 11, ползуну 19 и рабочей шейке 4 коленвала 3, зафиксированной в подшипнике плавающего типа 21.

Ползун 19, перемещаясь по направляющим 22, заставляет вращаться рабочую шейку 4 коленвала 3 в кривошипах 7, 8, передавая последним крутящий момент. Для уравнения угловых скоростей кривошипов 7, 8 служит устройство 12, содержащее синхровал, соединенный с кривошипами 7, 8 через зубчатую передачу.

Рабочая шейка 4 и шейка привода компрессора 5 коленвала 3 двигаются во взаимоперпендикулярных плоскостях, что позволяет вывести кривошипы 7, 8 из мертвых точек 90 и 270 градусов при их вращении. В случае перекоса осей цилиндров, расположенных оппозитно, при нарушении их соосности и других погрешностях, возникаюших из-за неточности изготовления, сборки отдельных деталей и узлов или их износа в процессе эксплуатации, вступает в работу самоустанавливающийся механизм соединения поршня со штоком (фиг.3). При этом в течение всего процесса поступательного движения поршня 10 от верхней мертвой точки (ВМТ) к НМТ торцевая часть 14 штока 11 как в направляющих скользит своей наружной выпуклой сферической поверхностью по внутренней поверхности кольцевого вкладыша 15, представляющей зеркальное отражение с сопрягаемой поверхностью, а своей внутренней вогнутой сферической поверхностью по выпуклой зеркально сопряженной поверхности пяты 13 поршня 10, регулируя тем самым положение оси штока 11 относительно оси цилиндра 9.

Общий для двух оппозитных цилиндров 9 жесткий шток 11 за счет его концевых 14 плавающих шарнирных соединений и плавающей опоры (фиг.4) его среднем части позволяет скомпенсировать погрешности изготовления.

Применение в конструкции ДВС на каждую оппозитную пару цилиндров 9 одного общего штока 11 плавающей конструкции позволило уменьшить удельную массу конструкции, его габариты, уменьшить удельный расход топлива, упростить технологию изготовления ДВС, что значительно снижает затраты на изготовление двигателей предлагаемой конструкции.

Такие двигатели могут быт широко использованы в речном, железнодорожном, автомобильном транспорте, в сельхозмашинах и других областях.

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, по меньшей мере одну пару рабочих цилиндров, компрессор с приводом, штоки, поршни, установленные в цилиндрах и связанные между собой разъемными штоками с ползунами, два кривошипа, соосно и оппозитно установленных в картере, синхронизирующий вал, кинематически связанный с кривошипами через зубчатую передачу, коленчатый вал с рабочей и опорными концевыми шейками, выполненными соосно и расположенными в одной плоскости, подшипники скольжения, направляющие картера с башмаками, выполненные с возможностью взаимодействия с ползунами, причем торцы штоков связаны с внутренними поверхностями днищ поршней через соединительные узлы, рабочая шейка коленчатого вала установлена внутри ползуна штока через подшипник скольжения, а соединительные узлы расположены во внутренних выемках поршней, отличающийся тем, что коленчатый вал снабжен дополнительной шейкой привода компрессора, кинематически связанной с рабочим органом компрессора через дополнительный ползун, каждый соединительный узел выполнен в виде подвижной пяты с плоской и сферической поверхностями, внутренней вогнутой и наружной выпуклой сферических поверхностей торца штока, подвижного кольцевого вкладыша с вогнутой сферической поверхностью, фиксаторов и гайки с регулировочным кольцом, плоская поверхность пяты сопряжена с внутренней поверхностью днища поршня, сферическая поверхность пяты сопряжена с вогнутой сферической поверхностью торца штока, подвижный кольцевой вкладыш зафиксирован в поршне гайкой через регулировочное кольцо с возможностью взаимодействия своей вогнутой сферической поверхностью с наружной выпуклой сферической поверхностью торца штока, фиксаторы жестко соединены с внутренней поверхностью днища поршня и со сферической поверхностью пяты, причем взаимодействующие поверхности ползунов и башмаков выполнены сферическими, башмаки подвижно сопряжены с направляющими картера, а направляющие картера взаимодействующие с дополнительным ползуном привода компрессора, выполнены перпендикулярно к аналогичным направляющим картера, взаимодействующими с ползунами штоков поршней рабочих цилиндров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4