Двигатель внутреннего сгорания

Полезная модель относится к поршневым машинам, в частности, к двигателям внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного двигателя поршня во вращательное движение вала-эксцентрика.
Основной проблемой двигателестроения является повышение надежности, увеличение моторесурса, экономичности и габаритной мощности, а также снижение стоимости их производства. Существенным недостатком современных двигателей является процесс преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Все вышеизложенное препятствует созданию двигателей с двухсторонним рабочим процессом в цилиндрах.
Наиболее близким техническим решением из известных является двигатель внутреннего сгорания, содержащий эксцентрик с двумя шарикоподшипниками по окружности, который размещен на рулежной дорожке из специальной стали патенте /Франции N1313749 кл. F16j от 27 июня 1961 года/. Эксцентрик в данной конструкции скользит в желобе (8) с одной стороны и попадает на рулежные дорожки с противоположной.
Недостатками известного технического решения, препятствующими достижению заявляемого технического результата являются:
1. Сложная кинематическая схема, связанная с применением горизонтального возвратно-поступательного скольжения подшипников качения по рулежным дорожкам.
2. Повышенный износ рулежных дорожек, и наружных поверхностей подшипников, что приводит к увеличению зазоров и ударным нагрузкам на механизм.
2
3. Отсутствие жесткой связи эксцентрика с поршнями двигателя, необходимое требование ко всем двигателям, из-за больших давлений в камерах сгорания достигающих 60 кг/см и более, при сгорании горячей смеси. Все вышеперечисленное делает конструкцию практически неработоспособной.
Аналогичные недостатки имеет и двигатель, где подшипник скольжения, выполненный в виде прямоугольника, совершает вместе с эксцентриком возвратно-поступательные горизонтальные движения по внутренним поверхностям днища поршня и позволяет производить эксцентрику вращательные движения /патент Франции F02b//F05b №1454036 от 19 августа 1966 года/. К трем вышеперечисленным недостаткам в данной конструкции добавляется невозможность осуществления смазки трущихся поверхностей.
В итальянском патенте №683628, Кл F02b от 2 февраля 1962 года те же проблемы, но в данной конструкции возможен двухсторонний рабочий процесс.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является многократное повышение мощности, экономичности, ресурса двигателя и уменьшение его габаритов.
Поставленная проблема решается за счет достижения технического результата, который заключается в упрощении конструкции бесшатунного двигателя в виде применения другой кинематической схемы преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное вала-эксцентрика и, как следствие, многократное повышение мощности, за счет применения двухстороннего процесса в цилиндрах двигателей.
Указанный технический результат достигается тем, что в четырехтактном бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, поршень с силовым механизмом, систему зажигания и отвода выхлопных газов, новым является то, что силовой механизм представляет собой выступ, выполненный на наружной обойме с отверстием под поршневой палец и через подшипник скольжения соединенной с валом-эксцентриком. В данной конструкции выступ, совершая колебательные движения на пальце поршня и круглом эксцентрике-вале, обеспечивает жесткое соединение поршня с валом, делая работоспособной предлагаемую конструкцию.
В автомобильных двигателях подшипники скольжения изготавливают из тонкой стальной ленты, покрытой антифрикционным сплавом.
Причинно-следственная связь между заявляемым техническим результатом и существенными признаками предлагаемого изобретения следующая.
Упрощение конструкции достигается благодаря выполнению силового механизма в виде выступа, с отверстием под поршневой палец, выполненного заодно с наружной обоймой круглого эксцентрика-вала и совершающей вокруг поршневого пальца и эксцентрика колебательные движения через подшипники скольжения, что позволяет применить новую кинематическую схему, имеющую бесшатунный механизм преобразования. Конструктивное выполнение обеспечивает многократное повышение мощности, экономичности и увеличение моторесурса за счет ликвидации горизонтальных возвратно-поступательных перемещений подшипниковых узлов и колебательных движений наружной обоймы эксцентрика вокруг поршневого пальца.
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 (ВМТ)
На фиг. 4 промежуточное положение поршня;
На фиг. 5 положение поршня в нижней мертвой точке (НМТ);
На фиг. 6 промежуточное положение поршня.
Стрелками показаны направления горючей смеси, а стрелкой направление движения эксцентрика-вала.
На фиг. 3 обозначено: I - верхняя мертвая точка для поршня.
На фиг. 4 обозначено: II - промежуточное положение для поршня и эксцентрика-вала.
На фиг. 5 обозначено: - III - нижняя мертвая точка.
На фиг. 6 обозначено: IV - 2 -е промежуточное положение для поршня и эксцентрика - вала.
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр 1, поршень 2 с силовым механизмом, представляющим собой выступ с отверстием под поршневой палец, выполненный заодно с наружной обоймой 5 круглого эксцентрика - вала 3 и соединенного с последним через подшипник скольжения 4.
Эксцентрик - вал 3 вращается в подшипниках 9, например скольжения. Поршень 2 уплотнен компрессионным и маслосъемными кольцами 7. Система зажигания включает свечи, соединенные с генератором и аккумулятором (на чертеже не показано). Также в ДВС имеются клапаны 8 для подвода в камеры сгорания горючей смеси и отвода выхлопных газов. Выступ на обойме 5 круглого эксцентрика встроен в поршень 2 таким образом, что сопрягается с поршнем 2 через поршневой палец 6 с одной стороны и с эксцентриком - валом 3 с другой, что обеспечивает жесткое соединение через подшипник скольжения 4 и в результате работоспособность двигателя.
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 выступ обоймы 5 и подшипник скольжения (качения) круглый эксцентрик-вал 3, который вращается вокруг своей оси по окружности, а выступ с обоймой 5 совершает колебательные движения с одной стороны вокруг поршневого пальца бис другой эксцентрика-вала 3, вращение с которого снимается маховиком (на чертежах не показано).
Положение II промежуточное положение выступа-обоймы 5 на круглом эксцентрике-вале 3.
кр
кр
В данном положении - максимальный крутящий момент М, определяемый по формуле М=F*1.
В положении III - НМТ происходит сгорание горючей смеси в нижней камере сгорания и выпуск отработанных газов в верхней камере сгорания.
кр
IV 2ое промежуточное положение выступа-обоймы, с максимальным крутящим моментом, определяемым по той же формуле М=F*1.
В положении I - ВМТ - цикл замкнулся.
Прилагаемый силовой механизм дает возможность применять жесткую связь поршня с эксцентриком-валом и 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 наддуву. Данный силовой механизм можно применять для компрессоров, насосов и других поршневых машин.