ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым машинам (как 4-тактные двигатели внутреннего сгорания).
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный цилиндр, поршень с шатуном, распределительный вал с кулачками, приводящими в движение впускные и выпускные клапана, коленчатый вал, соединенный с шатуном механизмом разгрузки поршня от боковых сил [1].
Однако недостатком этого устройства является наличие дорогостоящего и трудноизготавливаемого коленчатого вала, имеющего малую жесткость и неуравновешенные массы. Кроме того, в поршнях таких устройств возникает боковая сила, увеличивающая износ поршневого уплотнения и стенок цилиндра, увеличивая при этом механические потери.
Известно также выполнение в двигателе внутреннего сгорания муфт с поршнями в виде зубчато-реечного зацепления [2] и механизма синхронизации движения поршня в виде конического зубчатого зацепления [3].
Однако недостатком этих устройств является то, что связь распределительного вала с промежуточным валом, снабженным муфтами свободного хода, приводит к ухудшению работы двигателя вплоть до его остановки из-за отсутствия жесткой зависимости в механизме между положением поршня и положением клапанов газораспределения (поворотом распределительного вала).
Кроме того, известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий V-образные цилиндры с размещенными в них поршнями, связанными с муфтами свободного хода, расположенными на выходном валу, с возможностью его однонаправленного вращения [4].
Однако это устройство тоже имеет недостаток в виде больших механических потерь из-за воздействия боковых нагрузок.
Технический результат изобретения выражается в снижении механических потерь путем уменьшения действий боковых нагрузок в цилиндропоршневой группе и в повышении эксплуатационных характеристик.
Указанная цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем V-образно расположенные цилиндры с размещенными в них поршнями, связанными с муфтами свободного хода, расположенными на выходном валу, с возможностью его однонаправленного вращения. Связь муфты свободного хода с поршнями выполнена в виде зубчато-реечного зацепления, распределительный вал двигателя кинематически связан с промежуточным валом, снабженным муфтами свободного хода, а механизм синхронизации движения поршней выполнен в виде конического зубчатого зацепления, совмещенного с муфтами свободного хода.
На фиг.1 представлен двигатель внутреннего сгорания, поперечный разрез, а на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.
Двигатель внутреннего сгорания состоит из неподвижных V-образно расположенных цилиндров 1 с поршнями 2 и с шатунами 3, распределительного вала 4 с кулачками 5, механизма разгрузки поршня от действия боковых сил в цилиндропоршневой группе, выполненного в виде прямого вала 6 с установленной на нем муфтой свободного хода 7 на одном конце наружной обоймы 8, к которой жестко прикреплено зубчатое колесо 9, кинематически связанное с шатуном 3, контактирующая поверхность которого выполнена в виде зубчатой рейки, а к другому концу наружной обоймы 8 прикреплена коническая зубчатая шестерня 10, соединенная через коническую пару 11 с такой же конической шестерней 12 наружной обоймы муфты свободного хода 13 другой пары V-образно расположенных цилиндров 14.
Распределительный вал 4 кинематически связан с промежуточным валом 15, на котором установлена муфта свободного хода 16, наружная обойма которой также выполнена в виде зубчатого колеса 17 и имеет зацепление с зубчатым колесом 9. Прямой вал 6 жестко связан с внутренней обоймой 18 муфт свободного хода 7 и 13. Цилиндры 1 и 14 снабжены клапанами 19 и 20, а прямой вал 6 - маховиком 21, который обеспечивает равномерное его вращение.
Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом
При движения поршня 2 одного из цилиндров 1 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке через шатун 3 движение передается наружной обойме 8 муфты свободного хода 7, которая через внутреннюю обойму 18 осуществляет поворот прямого вала 6, при этом в другом V-образно расположенном цилиндре 14 поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. В это же время наружная обойма муфты свободного хода 13 получает вращательное движение через коническую пару 11, но это движение не передается прямому валу 6 в виду того, что муфта свободного хода 13 работает в режиме проскальзывания, обеспечивая однонаправленное движение прямого вала.
В следующий момент времени один из поршней в V-образно расположенных цилиндрах 14 через шатун 3 провернет наружную обойму муфты свободного хода 13 в обратном направлении, и внутренняя ее обойма проворачивает прямой вал 6 в том же направлении, что и в первом случае работы муфты свободного хода 7, который в этот момент будет работать в режиме проскальзывания. Так возвратно-поступательное движение поршней преобразуются в непрерывное однонаправленное вращательное движение прямого вала 6.
Точно таким же образом непрерывное однонаправленное вращательное движение получает промежуточный вал 15, который, в свою очередь, приводит в движение распределительный вал 4.
Равномерность вращения прямого вала 6 обеспечивается маховиком 21.
Предлагаемая конструкция двигателя внутреннего сгорания имеет значительные преимущества по сравнению с известными, имеющими кривошипно-ползунный механизм. Это объясняется тем, что предлагаемое устройство вследствие значительного уменьшения сил инерции из-за исключения неуравновешенных масс обеспечивает устранение дополнительных динамических нагрузок на поршни. Кроме того, строго прямолинейное движение поршней и шатунов в цилиндрах исключает силу реакций неподвижных направляющих - стенок цилиндров на поршни, т.е. действие боковых нагрузок.
Такой двигатель не имеет («мертвых») крайних положений, как двигатель с коленчатым валом, когда шатун накладывается или является продолжением кривошипа по одной прямой, и крутящий момент от движущей силы на прямой вал не передается, что исключает колебания и вибрации деталей двигателя и всей машины, что сказывается на значительное повышение КПД двигателя.
Таким образом, предложенная конструкции разгрузочного механизма двигателя внутреннего сгорания позволяет разгрузить поршень от действий боковых сил и, тем самым, увеличить ресурс работы поршневого уплотнения, снизить массу и габариты подвижных частей, уменьшить долю механических потерь, а также исключить дорогостоящий и трудноизготавливаемый коленчатый вал, имеющий малую жесткость, и, тем самым, упрощается технология изготовления двигателя.
Источники информации
1. Авторское свидетельство №1121470, кл. F02B 75/32, 1984 г.
2. Патент Англии №1489092, кл. F1B, 1977 г.
3. Патент США №3945359, кл. F02B 75/26, 1978 г.
4. Патент США №3943894, кл. F02B 75/26, 1975 г. - прототип.