Двигатель внутреннего сгорания

 

Двигатель предназначен для использования в энергомашиностроении и на транспорте. Двигатель содержит цилиндропоршневую группу, головку с камерой сгорания, механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатун, кривошип с двумя опорными роликами, вращающийся в круговой дорожке, причем диаметр окружности вращения оси шатунной шейки меньше диаметра окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке. Момент с кривошипа снимается муфтой или планетарной передачей и передается на продольный вал двигателя. На конце продольного вала двигателя установлен механизм увеличения крутящего момента, включающий ведущий и ведомые кривошипы. Изобретение обеспечивает увеличение выходной мощности и крутящего момента и повышение контактной прочности. 12 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению и транспорту.

Наиболее близким аналогом является двигатель, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, кривошипа, шатуна и продольного вала, отличающийся тем, что кривошип вращается в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, причем крутящий момент снимается с кривошипа муфтой или планетарной передачей, прикладывая при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качания, или шестерня планетарной передачи, входят в зацепление с шестерней продольного вала (см. Двигатель внутреннего сгорания. Патент 2157899, кл.7 F 02 B 75/32, от 25.08.98 г. ).

Недостаток: диаметр вращения осей опорных роликов кривошипа равен ходу поршня, что ограничивает диаметр опорных роликов. Могут возникнуть сложности с обеспечением контактной прочности между опорным роликом и круговой дорожкой, в опоре качения опорного ролика.

Имеется механизм увеличения крутящего момента, состоящий из ведущего кривошипа, ось вращения которого совпадает с осью его опорных подшипников, отличающийся тем, что в качестве ведомого звена применяется кривошип, вращающийся в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, причем крутящий момент снимается с ведомого кривошипа муфтой, прикладывающей при этом к кривошипу только момент сопротивления пары сил (см. Механизм увеличения крутящего момента. Свидетельство на полезную модель 15372, кл.7 F 16 C 3/22 от 25.04.2000 г.).

Целью предлагаемой конструкции является увеличение выходного крутящего момента и выходной мощности двигателя при сохранении параметров цилиндропоршневой группы и оборотов.

Названная цель достигается конструкцией двигателя, у которой сохраняется цилиндропоршневая группа, головка двигателя с камерой сгорания, механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатун, продольный вал, кривошип вращающийся в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, причем крутящий момент снимается с кривошипа муфтой или планетарной передачей, прикладывая при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты или шестерня планетарной передачи входят в зацепление с шестерней продольного вала.

Новым является то, что диаметр окружности вращения оси шатунной шейки, равный ходу поршня, меньше диаметра окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке и на конце продольного вала двигателя установлен механизм увеличения крутящегося момента.

Причем приведены три возможных варианта конструкции шатунной оси. Из конструктивных соображений, для обеспечения нормальной работы двигателя во время тактов впуска рабочей смеси, ее сжатия и выпуска отработанных газов, кривошип может иметь дополнительные, кроме двух опорных роликов, опоры на круговую дорожку.

На фиг.1 показан поперечный разрез двигателя.

На фиг.2 - поперечный разрез двигателя с первым и вторым вариантами конструкции шатунной оси.

На фиг.3 показана конструкция шатунной оси первого варианта.

На фиг.4 - конструкция не вращающейся шатунной оси второго варианта.

На фиг.5 показан поперечный разрез двигателя с использованием вращающегося варианта конструкции шатунной оси.

На фиг.6 показана конструкция шатунной оси в третьем варианте.

На фиг. 7 - силовая схема, получаемая в первом варианте конструкции шатунной оси.

На фиг.8 - силовая схема, получаемая во втором варианте конструкции шатунной оси.

На фиг.9 - силовая схема, получаемая в третьем варианте конструкции шатунной оси.

На фиг.10 показан продольный разрез двигателя.

На фиг. 11 - поперечный разрез ведущего кривошипа механизма увеличения крутящего момента с приложенными к нему силовыми факторами.

На фиг. 12 - поперечный разрез и силовая схема ведомого кривошипа механизма увеличения крутящего момента.

Конструкция состоит из цилиндра 1, головки двигателя с камерой сгорания, поршня 2, шатуна 3, вращающегося кривошипа 6 в круговой дорожке 4, продольного вала 17. Имеются: механизм газораспределения, системы смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения. Кривошип 6 опирается на круговую дорожку с помощью двух опорных роликов 5, установленных в осях 8 на опорах качения. Ось круговой дорожки перпендикулярна оси цилиндра 1. На один цилиндр приходятся две соосные между собой круговые дорожки 4, два вращающихся в них кривошипа 6 (фиг.10). Причем оси 8 опорных роликов 5 обоих кривошипов должны быть соосны между собой. Ось х-х кривошипа 6 смещена относительно оси круговой дорожки 4 на величину эксцентриситета е, что необходимо для обеспечения работоспособности системы и создания силы N приемлемой величины (фиг.1).

Два кривошипа 6 связаны между собой шатунной осью 9. Шатунная шейка шатунной оси описывает окружность диаметром _ш, которая меньше окружности диаметром D_кр, описываемой осями 8 опорных роликов 5.

Предложены три варианта конструкции шатунной оси, создающие разные силовые схемы.

В первом варианте (фиг.2, 3) шатунная ось 9 крепится на кривошипах 6, минуя оси 8 двух соосных роликов 5. Тангенциальная сила Р, действующая на шатунную ось, распределяется между опорными роликами (фиг.7). Составляющая, действующая на ближайший опорный ролик, используя клиновой эффект, передается с обратным знаком на второй опорный ролик. На втором опорном ролике данная составляющая, за вычетом составляющей от силы Р, создает относительно оси первого опорного ролика момент, равный М_кр=РхБВ. Величина крутящего момента сохранена как на аналоге.

Во втором варианте (фиг.2, 4) ось шатуна 9 выполнена коленчатой, состоящей из двух крайних, соосных между собой, опорных шеек и колена в виде двух щек, соединенных шатунной шейкой. Радиусом колена шатунной оси является размер между центральными осями опорной и шатунной шеек, равный Опорные шейки шатунной оси 9 жестко закреплены на кривошипе 6, соосно оси 8 опорного ролика 5 так, что шатунная ось не вращается относительно кривошипа 6, а шатунная шейка постоянно описывает окружность диаметром D_ш. Тангенциальная сила Р передается (фиг.8) на ось опорного ролика, прикладывая дополнительно к кривошипу 6 момент M₁=PхАБ, направленный против вращения кривошипа. Суммарный момент создаваемый на кривошипе М_кр=РхБС. Величина крутящего момента увеличена по сравнению с аналогом на величину РхАБ (фиг.8).

В третьем варианте (фиг.5, 6) ось шатуна 9 выполнена коленчатой, состоящей (по фиг.6) из двух крайних, соосных между собой, опорных подшипников и колена в виде двух щек, соединенных шатунной шейкой. Радиусом колена шатунной оси является размер между центральными осями опорного подшипника и шатунной шейки, равный Опорные подшипники шатунной оси 9 установлены на осях 10 кривошипов 6, за счет чего шатунная ось может вращаться вокруг оси 10 и относительно кривошипа 6 примерно на 90^o, описывая шатунной шейкой относительно оси 10 траекторию в виде окружности с радиусом, равным радиусу колена r. Ось 10 расположена от оси опорного ролика 8 на размере R≈r. Угол вращения шатунной оси 9 ограничивается упорами 11 и 12, жестко закрепленными на кривошипе 6. Во время тактов наполнения, сжатия и выпуска, когда кривошип 6 двигает поршень 2, ось шатуна 9 прижимается к упору 11 и шатунная шейка оси 9 описывает окружность диаметром D_ш, равную ходу поршня. Во время рабочего такта, когда поршень вращает кривошип 6, под действием тангенциальной силы Р шатунная ось 9 прижимается к упору 12 и шатунная шейка располагается на окружности диаметром D_кр в положении, близком к соосному с осью 8 опорного ролика 5. Крутящий момент, создаваемый силой Р на кривошипе 6, равен _кр=РхАС (фиг.9). Величина крутящего момента увеличена по сравнению с аналогом на величину Рх2АБ. По совершению поршнем полезной работы около нижней мертвой точки ролик 13, установленный на оси 9, набегая плавно на кулачок 14, закрепленный в картере, поворачивает ось 9 с упора 12 на упор 11. На шатунной оси могут устанавливаться два ролика 13 и соответственно два кулака 14.

С кривошипа 6 крутящий момент снимается муфтой или планетарной передачей, прикладывая при этом к кривошипу только момент сопротивления. Приложение к кривошипу со стороны муфты или планетарной передачи других силовых факторов, кроме момента сопротивления, не допускается. Причем у планетарной передачи должно быть не менее трех сателлитов. Полумуфта 15 муфты (фиг.10) или центральное колесо планетарной передачи должны иметь соединение с кривошипом 6, ограничивающее их взаимное невращение друг относительно друга, и допускающее как поперечные, так и угловые взаимные перемещения в пределах, обеспечивающих выполнение требований, предъявляемых к системе съема момента. На выходном валу ведомой полумуфты, вращающейся в подшипниковой опоре картера двигателя, установлена шестерня 16, входящая в зацепление с шестерней 7 продольного вала 17.

На конце продольного вала 17 двигателя установлен механизм увеличения крутящего момента (фиг. 10), состоящий из ведущего кривошипа 18 и ведомого кривошипа 20, установленного в круговой дорожке 21, соосной с осью продольного вала 17. Кривошип 20 опирается на круговую дорожку двумя опорными роликами 22 (фиг. 12) на опорах качения. Ось кривошипа АБ смещена относительно оси круговой дорожки на величину эксцентриситета е. Ведущий кривошип 18 воздействует на ось 19 одного из опорных роликов 22 (фиг.11) кривошипа 20 так, что прикладывается только сила Q. Воздействие других силовых факторов недопустимо. На кривошипе 20 создается силовая схема, приведенная на фиг.12, увеличивающая крутящий момент при сохранении угловой скорости. Чтобы приведенная на фиг.12 силовая схема не нарушалась и было увеличение крутящего момента, необходимо чтобы муфта снимающая с кривошипа 20 крутящий момент, прикладывала к кривошипу только момент сопротивления. Воздействие других силовых факторов не допустимо. Для выполнение этих требований необходимо, чтобы соединение полумуфты 23 с кривошипом 20 было плавающим, аналогичным соединению полумуфты 15 с кривошипом 6. Ведомая полумуфта соединена с выходным валом 24 двигателя.

Преимуществом предлагаемой конструкции со смещением окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке относительно окружности вращения оси шатунной шейки и установка на конце продольного вала двигателя механизма увеличения крутящего момента позволяют увеличить выходные силовые характеристики двигателя, момент и мощность, по сравнению с аналогом более двух раз. При этом представляется возможность увеличить диаметры опорных роликов кривошипа в круговой дорожке, диаметры опор качения данных роликов, что облегчит решение вопросов контактной прочности.

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатуна, продольного вала, по меньшей мере, кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качения, или шестерня планетарной передачи имеют возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, отличающийся тем, что диаметр окружности вращения оси шатунной шейки, шатунной оси прямой или коленчатой, не вращающейся или вращающейся относительно кривошипа в круговой дорожке, меньше диаметра окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке, и на конце продольного вала двигателя установлен механизм увеличения крутящего момента, состоящий из ведущего кривошипа, установленного на продольном валу двигателя, и ведомого кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с ведомого кривошипа муфтой, с возможностью прикладывать при этом к кривошипу только момент сопротивления пары сил.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12