ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к поршневым машинам, в частности к двигателям внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала.
Основной проблемой двигателестроения является упрощение конструкции, повышение мощности и снижение стоимости производства двигателей. Существенным недостатком существующих двигателей является процесс преобразования поступательного (линейного) движения поршня во вращательное движение коленвала. Все это препятствует созданию двигателей с двусторонним рабочим процессом в цилиндрах.
Наиболее близким техническим решением является двигатель внутреннего сгорания, в котором кулачковый диск работает в зацеплении с шатуном, имеющим жесткое направление за счет 4-х направляющих роликов /DE 2800839 A1, МПК2 F02B 75/32, 10.12.1979/. Шатун жестко монтируется в поршне и имеет жесткое направление благодаря роликам. Нижний конец шатуна вставляется во вращающийся кулачковый диск. Нижний конец шатуна направляется в первом варианте двумя роликами, расположенными друг над другом с одной стороны шатуна с жестким допуском, а второй вариант - с одним роликом с зазором, потому что он циклично изменяет направление своего вращения. Задачами кулачкового диска, расположенного горизонтально и вращающегося по часовой стрелке, является выталкивание поршня в самое высокое положение, движение поршня вниз, сжатие, взрыв.
Недостатком известного технического решения является жесткое закрепление шатуна в поршне, но поршень в гильзе цилиндра находится с зазором и уплотняется только компрессионными кольцами, что приводит к нагрузке роликов ударными нагрузками поршня через шатун. Кроме того, кулачковый диск - маховик, вращающийся по часовой стрелке, соединен с шатуном через два расположенных друг над другом ролика. При вращении это приводит к колебаниям нижней части шатуна и в результате тоже ударные нагрузки на ролики и колебания поршня, то есть шатун, несмотря на конструкцию, будет колебаться горизонтально вместе с поршнем. Кулачковый диск - маховик тоже необходимо уравновешивать от центробежных сил. В результате колебаний шатуна с поршнем в цилиндре не удастся обеспечить сжатие горючей смеси в нижней камере сгорания двигателя.
Все вышеперечисленное делает известную конструкцию малоработоспособной.
Технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции в виде применения другой кинематической схемы преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала и, как следствие, повышение мощности двигателя.
Указанный технический результат достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, поршень с силовым механизмом, систему зажигания и отвода выхлопных газов, новым является то, что силовой механизм представляет собой прямой вал, выполненный заодно с Т-образным выступом, встроенным в поршень таким образом, что конец его направляется через подшипники по эллипсовидным поверхностям, выполненным внутри поршня. При этом жесткий вал с Т-образным выступом совершает вращательное круговое движение вокруг своей оси и по двойному эллипсу внутри поршня.
Причинно-следственная связь между заявляемым техническим результатом и существенными признаками предлагаемого изобретения следующая. Упрощение конструкции достигается благодаря выполнению силового механизма в виде прямого вала с Т-образным выступом, что позволяет применить кинематическую схему, имеющую бесшатунный механизм преобразования.
Предлагаемый двигатель показан на чертежах, где:
на фиг.1 показан общий вид двигателя в разрезе (продольный);
на фиг.2 - общий вид двигателя в разрезе (поперечный);
на фиг.3 - положение поршня в верхней мертвой точке;
на фиг.4 - промежуточное положение поршня;
на фиг.5 - положение поршня в нижней мертвой точке;
на фиг.6 - промежуточное положение поршня.
Стрелками показаны направления горючей смеси, а стрелкой направления движения Т-образного выступа вала.
На фиг.3 обозначено I - верхняя мертвая точка для поршня.
На фиг.4 обозначено II - промежуточное положение для поршня и вала.
На фиг.5 обозначено III - нижняя мертвая точка для поршня.
На фиг.6 обозначено IV - 2-е промежуточное положение для поршня и вала.
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2 с силовым механизмом, представляющим собой прямой вал, выполненный заодно с Т-образным выступом 3, расположенным в поршне 1. На конце Т-образного выступа 3 прямого вала имеются два игольчатых подшипника качения 4.
Вал вращается в подшипниках 5, например скольжения. Поршень 1 уплотнен компрессионными и маслосъемными кольцами 6. Система зажигания включает свечи, соединенные с генератором (на чертеже не показано). Также в ДВС имеются клапаны 7 для подвода в камеры сгорания горючей смеси и отвода выхлопных газов.
Внутри поршня 1, например, при отливке, выполнены эллипсовидные поверхности 8 и 9. Вал с Т-образным выступом 3 встроен в поршень 1 таким образом, что сопрягается с поршнем 1 через разные эллипсовидные поверхности 8 и 9, выполненные в поршне 1 по разные стороны от Т-образного выступа 3 вала, и подшипники качения без зазора.
Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
При сгорании горючей смеси в верхней камере сгорания цилиндра 1 (фиг.3) положения I поршень 2 под давлением газов совершает прямолинейное движение, перемещая через подшипники скольжения (качения) Т-образный выступ 3 вала, который вращается вокруг своей оси по окружности, а в поршне 1 по эллипсовидным поверхностям 8 и 9.
Вращение вала снимается маховиком (на чертежах не показано). Положение II - промежуточное положение вала с Т-образным выступом 3. В положение III - НМТ - происходит сгорание горючей смеси в нижней камере сгорания и выпуск отработанных газов в верхней камере сгорания. IV - 2-е промежуточное положение вала-шатуна. В положении I - положение ВМТ - цикл замкнулся.
Предлагаемый силовой механизм дает возможность применять подшипники скольжения или качения, смазываемые под давлением, а также применять эффективную систему охлаждения поршня с принудительной циркуляцией масла по замкнутому контуру, способную обеспечивать надежное охлаждение даже при высокой степени форсирования двигателя, по числам оборотов и надуву.
Данный силовой механизм можно применять для компрессоров, насосов и других поршневых машин.