ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПОРШНЕВОЙ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ

Предлагаемая полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в автомобилях в качестве двигателя, который может заменить поршневой двигатель с кривошипно-шатунным механизмом.
Известен поршневой четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, изобретенный Николаусом Августом Отто в 1876 [1] году, который содержит газораспределительный механизм, системы смазки, охлаждения, питания и зажигания, а также кривошипно-шатунный механизм, служащий для взаимного преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, включающий блок цилиндров с головкой блока, поршни с поршневыми кольцами и пальцами, коленчатый вал, шатуны.
Данный двигатель имеет недостатки. При работе механизма, где вращающимся звеном является коленчатый вал, возникают боковые усилия, прижимающие поршень к стенке цилиндра, что приводит к повышенному износу цилиндропоршневой группы двигателя, а в результате - к снижению его моторесурса и механического КПД двигателя, а громоздкость и сложность конструкции коленчатого вала требует большой трудоемкости при его изготовлении, что приводит к повышению затрат.
Предлагаемой полезной моделью решается задача, заключающаяся в увеличении моторесурса двигателя внутреннего сгорания, в уменьшении его удельной массы, в снижении трудоемкости его изготовления и в снижении затрат.
Для достижения этого технического результата предлагается в двигателе внутреннего сгорания поршневом, четырехтактном, содержащем газораспределительный механизм, системы смазки, охлаждения, питания, зажигания, цилиндр с двумя поршнями в качестве механизма взаимного преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное использовать два механизма взаимного преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, каждый из которых имеет наклонный диск, взаимодействующий с двумя роликами и коромыслом, выполненным в виде кольца, плоскость которого параллельна плоскости диска, а его внутренний диаметр больше диаметра диска, причем коромысло соединено подвижно через шарнир со штоком одного из поршней, а наклонные диски механизмов установлены на одном общем валу с маховиком на конце вала и повернуты один относительно другого на угол, величина которого определена с учетом условия устранения «мертвой точки» механизма, кроме этого оси качания коромысел взаимно параллельны, перпендикулярны оси вращения вала и пересекаются с ней.
Признаки, отличающие предлагаемый двигатель от двигателя, взятого за прототип -это использование вместо кривошипно-шатунного механизма двух одновременно действующих механизмов взаимного преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное с вышеуказанной конструктивной компоновкой позволяет:
- уменьшить удельную массу двигателя (исключение коленчатого вала);
- увеличить моторесурс за счет уменьшения износа цилиндропоршневой группы из-за снижения бокового давления поршня на стенку цилиндра и уменьшения амплитуды отклонения штоков от оси цилиндра;
- уменьшить вибрацию двигателя за счет его лучшей уравновешенности из-за движения поршней в противофазе.
Предлагаемый двигатель поясняется чертежами, где на фиг.1 -вид сбоку, на фиг.2 - вид спереди.
Двигатель внутреннего сгорания поршневой, четырехтактный содержит корпус 1, выполненный в виде прямоугольной жесткой рамы, цилиндр 2 с двумя поршнями 10, который закреплен в корпусе 1 в горизонтальном положении посредством кронштейна 3, вал 4, ось вращения которого совпадает с осью симметрии корпуса 1 и маховик 5, закрепленный на конце вала 4, два наклонных диска 6, два коромысла 7 в сборе с роликами 8. Цапфы коромысел 7 установлены в подшипниках 9, которые закреплены на противоположных стенках корпуса 1 так, что оси качания коромысел взаимно параллельны, перпендикулярны оси вращения вала 4 и пересекаются с ней. Два поршня 10 в сборе с поршневыми кольцами 11 с помощью двух пальцев 12 соединяются со штоками 13. Два других пальца 12 предназначены для подвижного соединения штоков 13 с коромыслами 7 посредством шарниров 14, которые выполнены в виде скобы, жестко закреплены на коромыслах 7 и имеют два боковых отверстия под пальцы 12. Снизу корпус 1 закрыт поддоном 15, а сверху -крышкой 16. Наклонные диски 6 установлены и жестко закреплены на шлицах вала 4 с образованием угла между плоскостями дисков, величина которого определяется с учетом условия устранения «мертвой точки» механизма.
Двигатель содержит узлы и детали механизма газораспределения и систем смазки, охлаждения, зажигания и запуска, которые не показаны на чертежах.
Работа предлагаемого двигателя. При запуске двигателя с помощью стартера вращается маховик 5 и вал 4 вместе с наклонными дисками 6. При этом диски воздействуют на ролики 8 и сообщают коромыслу 7 колебательное движение относительно своей оси. Коромысла 7 через штоки 13 перемещают возвратно-поступательно поршни 10. При перемещении поршней от внутренней мертвой точки (ВМТ) к наружной мертвой точке (НМТ) газораспределительный механизм (ГРМ) открывает впускной клапан и в цилиндр двигателя поступает свежий заряд рабочего тела. В НМТ впускной клапан закрывается. При движении поршней от НМТ к ВМТ происходит сжатие рабочего
тела, а в конце сжатия происходит воспламенение и сгорание, в результате чего давление в цилиндре резко повышается. Газы, воздействуя на поршни, заставляют их двигаться к НМТ, совершая при этом полезную работу. Поршни 10, передавая усилия через штоки 13 на коромысла 7 через ролики 8, заставляют вращаться наклонные диски 6 вместе с валом 4 и маховиком 5. Происходит обратный процесс преобразования энергии возвратно-поступательного перемещения поршней в энергию вращательного движения приводного вала. В НМТ газораспределительный механизм открывает выпускной клапан. Поршни, перемещаясь к ВМТ, выталкивают отработавшие газы в выпускной трубопровод. В ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл повторяется снова.
Источник информации
1. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: Учебник для студентов вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / В.П.Алексеев, В.Ф.Воронин, Л.В.Грехов и др.; Под общ. Ред. А.С. Орлина, М.Г.Круглова -4-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1990. -288 с.