ЧЕТЫРЕХВАЛЬНЫЙ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению.
Известны поршневые многовальные двигатели внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями (Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. / Под ред. А.С. Орлина, И.Т. Круглова. - М.: Машиностроение, 1984. - 384 с, ил.).
В известном двигателе цилиндры расположены в виде ромба и образованы двумя V-образными блоками цилиндров с углами развала менее 90°. В представленном схематично двигателе предполагается двухтактный рабочий процесс.
Наиболее близким по техническому решению является четырехвальный четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания (см. RU №108493, F02B 75/28), принятый за прототип. Согласно приведенной схеме данный двигатель так же предназначен для организации двухтактного рабочего процесса с щелевой продувкой цилиндров.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание компактного четырехтактного двигателя, обладающего значительно более малой удельной массой по сравнению с традиционными одновальными поршневыми ДВС.
Для решения данной задачи разработан четырехвальный четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), состоящий из четырех соединенных между собой V-образных блоков цилиндров с углами развала 90° и горизонтальными осями цилиндров, смещенными относительно друг друга в вертикальной плоскости на ширину нижней головки шатуна, из восьми шатунно-поршневых групп, четырех коленчатых, четырех распределительных валов и одного центрального вала, расположенных вертикально и соединенных кинематически между собой цилиндрическими зубчатыми передачами, причем блоки имеют фланцевые элементы для крепления друг к другу и получения смещенных камер сгорания, а так же клапанные механизмы, выполненные по схеме «нижнее расположение клапанов».
На фиг. 1 показана условная схема предлагаемого двигателя. Двигатель состоит из четырех цилиндров 1, 2, 3 и 4 с восемью шатунно-поршневыми группами 5. Цилиндры получены в результате соединения четырех V-образных блоков 6 с углами развала 90°. В горизонтальной плоскости цилиндры образуют квадрат с вертикально расположенными коленчатыми валами 7 в его вершинах. Блоки выполнены по подобию блоков цилиндров классических V-образных (с углом развала 90°) двухцилиндровых ДВС с шатунами, установленными параллельно на одной шатунной шейке. Так же по аналогии с этими двигателями в развале блоков установлены распределительные валы 8.
Для крепления друг к другу с помощью болтовых соединений блоки цилиндров имеют специальные фланцевые элементы 9. Со стороны развала цилиндров фланцевые элементы имеют углубления, которые при соединении блоков образуют смещенные камеры сгорания 10. В развале блоков цилиндров расположены клапанные механизмы 11, которые выполнены по классической схеме «нижнее расположение клапанов».
Нижней частью блоки крепятся к основанию 12 (см. фиг. 2). Снизу к основанию крепится картер 13. В подшипниковых опорах основания и картера установлен центральный вал 14 с маховиком 15. Валы кинематически связаны между собой зубчатыми колесами коленчатых валов 16, распределительных валов 17 и центрального вала 18.
h
e
На основе приведенных схем была выполнена конструктивная эскизная компоновка двигателя с литражом iV=1,13 л, диаметром цилиндра D=60 мм, ходом одного поршня S=50 мм. При степени сжатия ε=12 ДВС может создать среднее эффективное давление p=0,9 МПа, что при скорости коленчатых валов 6000 об/мин даст мощность в 51 кВт и крутящий момент 81,2 Н⋅м. В этом случае средний крутящий момент, воспринимаемый одним коленчатым валом, равен 20,3 Н⋅м. Если максимальная амплитуда крутящего момента будет превышать его среднее значение в 7 раз, то нагрузки, воспринимаемые коленчатыми валами и зубчатыми колесами, будут небольшие. Поэтому и массы зубчатых колес, связывающих валы двигателя, будут небольшими. К тому же моменты инерции зубчатых колес позволят уменьшить момент инерции маховика по обеспечению равномерности хода двигателя, а, следовательно, и его массу.
3
3
Примерная оценка массы данного двигателя, в котором валы, маховик, шатуны, клапанные механизмы выполнены из материала с плотностью 7,8 кг/дм, а корпусные детали - из материала с плотностью 2,7 кг/дм, показала, что можно получить удельную массу двигателя около 1 кг на 1 кВт включая масляный и водяной насосы, впускные и выпускные трубы. Это значительно меньше традиционных одновальных двигателей. Габаритные размеры такого ДВС (в плане по габаритам V-образных блоков) укладываются в пределы 450×450 мм, а высота от нижней плоскости маховика до верхнего торца коленчатого вала - в 250 мм.
Основные преимущества четырехвального ДВС по сравнению с одновальными поршневыми двигателями:
- значительно меньше удельная масса;
- двигатель уравновешен по силам инерции возвратно-поступательно движущихся масс;
- меньшие средние скорости поршня, что увеличивает ресурс цилиндро-поршневой группы;
- при одинаковых рабочих объемах меньше диаметр цилиндра и, как следствие, выше антидетонационные свойства ДВС;
- короткие впускные трубы обеспечат более высокие коэффициенты наполнения:
- короткие однопролетные коленчатые валы можно установить на подшипники качения. При составном вале можно применить подшипники качения для шатунных шеек. Отсутствие для таких валов набегающих крутящих моментов. Размеры шеек определяются условиями износостойкости, могут иметь трубчатое поперечное сечение.