ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры с размещенными в них поршнями с поршневыми пальцами, снабженный механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, включающим два крестообразно расположенных шатуна и два коленчатых вала, каждый из которых снабжен цилиндрической шестерней. Шестерни коленчатых валов имеют равный диаметр и выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом с их вращением в противоположных направлениях, а шатунная шейка коленчатого вала шарнирно соединена одним из шатунов с одним из поршневых пальцев (см. заявку WO 9722785, опубл. 26.06.97). Такая симметричная конструкция двигателя исключает боковое прижатие поршня к стенкам цилиндра, благодаря чему снижается износ деталей цилиндропоршневой группы двигателя и снижаются потери на трение, за счет чего повышается кпд двигателя и снижается расход топлива при его работе. Вместе с тем известный двигатель имеет сложный и тяжелый механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, что усложняет конструкцию двигателя, увеличивает его вес, повышает стоимость изготовления и ремонта двигателя.
Наиболее близким к предлагаемому двигателю по существенным признакам является принятый за прототип двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий вал, цилиндры с камерами сгорания, в каждом цилиндре размещен поршень с поршневым пальцем, кривошипно-шатунный механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, состоящий из шатунов, ведущих шестерен и ведомой шестерни рабочего вала, выполненных цилиндрическими и находящихся в зацеплении. Ведущие шестерни снабжены кривошипом с противовесом и осью, закрепленными на торцевой стороне, обращенной к оси цилиндра. Ось кривошипа соединена с нижней головкой одного из шатунов, а верхняя головка каждого шарнирно соединена с поршневым пальцем, ведомые шестерни установлены на рабочем валу или выполнены с ним за одно целое. Указанный двигатель может быть выполнен с несколькими цилиндрами, расположенными в одной плоскости, все ведущие шестерни которых находятся в зацеплении с общим цилиндрическим зубчатым колесом ведомого вала, при этом в смежных цилиндрах шатун и оси кривошипа кривошипно-шатунного механизма расположены относительно шатуна и оси кривошипа смежного цилиндра с обеспечением возможности противофазного движения поршней, согласно рабочего цикла двигателя (патентный документ RU №2381372 С1, МПК F02B 75/32).
В приведенном прототипе при работе двигателя нагрузки на подшипниковые опоры ведущих шестерен увеличены. Возможен перекос зубчатого зацепления ведущих и ведомой шестерни, а так же дисбаланс противовесов отдельных цилиндров и двигателя в целом. При этом нагрузки в кривошипно-шатунном механизме при 4-тактном режиме работы двигателя неравномерные. Максимальные при такте «рабочий ход» и минимальные при тактах «выхлоп» и «всасывание». Следовательно, не исключена вибрация двигателя, а износ зубьев в зубчатых передачах будет неравномерным и интенсивным.
Целью изобретения является снижение потерь на трение при передаче крутящего момента от механизмов преобразования движения каждого цилиндра на рабочий вал двигателя путем рационального расположения и уменьшения количества зубчатых передач и подшипников, а так же повышение плавности работы двигателя.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в снижении потерь на трение, повышении выходной мощности и кпд двигателя, а так же ремонтоспособности и долговечности работы двигателя.
Технический результат изобретения достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий вал с ведомой шестерней, цилиндры с камерами сгорания, поршни с поршневыми пальцами, размещенные в цилиндрах, кривошипно-шатунный механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, состоящий из шатунов, кривошипов с противовесами, ведущих шестерен и ведомой шестерни рабочего вала, ведущие и ведомые шестерни выполнены цилиндрическими и находятся в зацеплении, оси кривошипов соединены шатунами с поршневыми пальцами, при этом в смежных цилиндрах шатун и оси кривошипа кривошипно-шатунного кривошипа расположены относительно шатуна и оси кривошипа смежного цилиндра с возможностью обеспечения противофазного движения поршней, согласно рабочего цикла двигателя оси кривошипов соединены с тягами осей кривошипов других ведущих шестерен. Для оптимального перераспределения усилий в кривошипно-шатунных и зубчатых механизмах, а так же исключения перекосов в зубчатых зацеплениях ведущие шестерни установлены на валах, на концах которых консольно установлены кривошипы с противовесами, ведущая шестерня установлена между подшипниками, противовес, расположенный противоположно оси кривошипа, установлен подвижно с возможностью перемещения, при вращении вала, к периферии и подпружинен к центру вращения. В полой части противовеса установлен упругий элемент, опираясь на ось, установленную неподвижно в корпусе кривошипа и скользяще в пазах противовеса.
Все это обеспечивает достижение поставленной цели изобретения.
Благодаря тому, что кривошипы смежных цилиндров установлены консольно на концах валов, а ведущая шестерня установлена между подшипниками сокращается количество зубчатых зацеплений и подшипников. Тем самым достигается снижение потерь на трение, повышение выходной мощности и кпд двигателя. А сдвиг противовеса к периферии при вращении вала увеличивает маховой момент, что уменьшает вибрацию и повышает надежность двигателя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображены:
Фиг.1 - общий вид двигателя;
Фиг.2 - сечение по А-А Фиг.1.
Заявляемый двигатель внутреннего сгорания содержит блок цилиндров 1, внутри которого находятся поршни 2 с поршневыми пальцами 3, рабочий вал 4 с ведомой шестерней 5, в зацеплении с которой находятся ведущие шестерни 6, установленные на валах 7, на концах которых находятся неподвижно соединенные, например мелкозубчатым эвольвентным соединением, кривошипы 8 с противовесами 9 смежных цилиндров. На оси кривошипа 8 установлены нижняя головка шатуна 10 и головка тяги 11. Верхняя головка шатуна 10 установлена на поршневом пальце 3, а другая головка тяги 11 на оси рядом стоящего кривошипа 8, образуя взаимосвязанную замкнутую систему движущихся элементов всех цилиндров. Противовес 9 установлен телескопически подвижно в кривошипе 8 и подпружинен, в направлении, к центру вращения.
Упругий элемент 12 установлен в полой части противовеса 9 с опорой на ось 13, установленную перпендикулярно и неподвижно в корпусе кривошипа 8 и проходящую через пазы противовеса 9 с возможностью скольжения в этих пазах с одной стороны и опорным буртом внутренней полой части противовеса 9 с другой стороны. На валу 4 со стороны свободного конца имеется маховик (на чертеже не показан).
Двигатель работает следующим образом.
После каждого цикла сгорания топливной смеси в камере сгорания каждого из цилиндров поршень 2 последнего совершает «рабочий ход» от верхней к нижней мертвой точке, приводя во вращение посредством шатунов 10 кривошипы 8, валы 7 и ведущие шестерни 6. Кривошипы 8 смежных цилиндров, установленные на другом конце вала 7 и находящиеся в противофазе кривошипу 8 первых цилиндров, через шатун 10 производит движение поршня 2 в обратном направлении, совершая в цилиндре такт «сжатия» или «выхлопа». Через тягу 11 вращение передается на кривошип 8 бокового цилиндра. Передавая часть нагрузки первого цилиндра, при вращении кривошипов 8, противовесы 9 за счет центробежных сил смещаются к периферии, увеличивая радиус инерции, увеличивают маховой момент, что положительно отражается на плавности работы двигателя. При соответствующей работе система газораспределения произведет чередование тактов и порядок работы цилиндров двигателя.
Согласно предварительным расчетам и эскизной проработке предлагаемое конструктивное решение заявляемого двигателя внутреннего сгорания значительно упростит конструкцию двигателя, особенно систему смазки, при этом повысится механический кпд на 3-5%, увеличится долговечность в 1,5-2 раза.