ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий вал и, по меньшей мере, один цилиндр с размещенным в нем поршнем с двумя поперечными пальцами, снабженный механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, включающим два крестообразно расположенных шатуна равной длины и два коленчатых вала, каждый из которых снабжен эксцентрично расположенным пальцем и цилиндрической шестерней, при этом шестерни коленчатых валов имеют равный диаметр и выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом с их вращением в противоположных направлениях, а палец каждого коленчатого вала шарнирно соединен одним из шатунов с одним из поршневых пальцев (см. заявку WO 9722785, опубл. 26.06.97). Такая симметричная конструкция двигателя исключает боковое прижатие поршня к стенкам цилиндра, благодаря чему снижается износ деталей цилиндропоршневой группы двигателя и снижаются потери на трение, за счет чего повышается КПД двигателя и снижается расход топлива при его работе. Вместе с тем известный двигатель имеет сложный и тяжелый механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, что усложняет конструкцию двигателя, увеличивает его вес и повышает стоимость изготовления и ремонта двигателя.
Наиболее близким к предлагаемому двигателю по существенным признакам является принятый за прототип двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий вал, цилиндры с камерами сгорания, в каждом цилиндре размещен поршень с поршневым пальцем, кривошипно-шатунный механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, состоящий из шатунов, ведущих шестерен и ведомой шестерни рабочего вала, выполненных цилиндрическими и находящихся в зацеплении, ведущие шестерни снабжены осью кривошипа, закрепленной эксцентрично относительно оси шестерни на ее торцевой стороне, обращенной к оси цилиндра, и соединенной с концом одного из шатунов, другой конец каждого из которых шарнирно соединен с поршневым пальцем, ведомые шестерни рабочего вала всех цилиндров установлены на рабочем валу или выполнены с ним за одно целое. Причем указанный двигатель может быть выполнен с несколькими цилиндрами, расположенными в одной плоскости, все ведущие шестерни которых находятся в зацеплении с общим цилиндрическим зубчатым колесом ведомого вала, при этом в смежных цилиндрах шатун и оси кривошипа кривошипно-шатунного механизма расположены относительно шатуна и оси кривошипа смежного цилиндра с обеспечением возможности противофазного движения поршней согласно рабочему циклу двигателя (см. патентный документ DE 3445430 А1, опубл. 19.06.1986).
В приведенном прототипе при 4-тактном режиме работы двигателя нагрузки на кривошипно-шатунный механизм и зубчатые шестерни неравномерные, максимальные при такте «рабочий ход» и минимальные при тактах «выхлоп» и «всасывание», из чего следует, что износ зубьев ведущих шестерен будет также неравномерный.
Целью изобретения является снижение потерь на трение при передаче крутящего момента с ведущих шестерен механизма преобразования движения каждого цилиндра на рабочий вал двигателя за счет введения в конструкцию дополнительных ведущих шестерен и повышение долговечности работы ведущих шестерен за счет возможности периодической смены участка ведущих шестерен с повышенным износом зубчатой поверхности.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в снижении потерь на трение, повышении выходной мощности и КПД двигателя, а также ремонтоспособности и долговечности работы кривошипно-шатунного механизма.
Технический результат изобретения достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем рабочий вал, цилиндры с камерами сгорания, поршни с поршневыми пальцами, кривошипно-шатунный механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала, состоящий из шатунов, ведущих шестерен и ведомой шестерни рабочего вала, выполненных цилиндрическими и находящихся в зацеплении, причем ведущие шестерни снабжены осью кривошипа, закрепленной эксцентрично относительно оси шестерни на ее торцевой стороне, обращенной к оси цилиндра, и соединенной с концом одного из шатунов, другой конец каждого из которых шарнирно соединен с поршневым пальцем, ведомые шестерни рабочего вала всех цилиндров установлены на рабочем валу или выполнены с ним за одно целое, при этом в смежных цилиндрах шатун и оси кривошипа кривошипно-шатунного механизма расположены относительно шатуна и оси кривошипа смежного цилиндра с обеспечением возможности противофазного движения поршней согласно рабочему циклу двигателя, для уменьшения нагрузок в зубчатом зацеплении с шестерней главного вала в зацеплении находятся несколько ведущих шестерен, ось кривошипа одной из которых соединена с шатуном поршня с одной стороны и с тягой оси кривошипа другой ведущей шестерни. Причем для компенсации наиболее изношенной зубчатой поверхности ведущей шестерни ось кривошипа с противовесом установлена на ведущей шестерне с возможностью поворота относительно неравномерно изнашивающейся зубчатой поверхности шестерни с последующим закреплением в другом положении.
Все это обеспечивает достижение поставленной цели изобретения. Благодаря тому, что в кривошипно-шатунном механизме использована возможность передачи прямолинейного движения поршня на ведомую шестерню ведущего вала с использованием нескольких ведущих шестерен и возможности периодической переналадки оси кривошипа с противовесом на менее изношенную зубчатую поверхность ведущей шестерни, достигается снижение потерь на трение, повышение выходной мощности и КПД двигателя, а также улучшение надежности работы кривошипно-шатунного механизма.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображены:
на фиг.1 - общий вид двигателя.
на фиг.2 - сечение по «А-А» фиг.1.
Заявляемый двигатель внутреннего сгорания содержит блок цилиндров 1, внутри цилиндров находятся поршни 2 с поршневыми пальцами 3, рабочий вал 4 с ведомой шестерней 5, в зацеплении с которой находятся ведущие шестерни 6, установленные свободновращающимися на осях 7, на свободной торцевой части которых установлены оси кривошипов 8 с противовесом 9. На оси кривошипа 8 установлена с одной стороны нижняя головка шатуна 10, с другой стороны - верхняя головка тяги 11, при этом верхняя головка шатуна 10 установлена на поршневом пальце 3, нижняя головка тяги 11 установлена на оси кривошипа 8 другой ведущей шестерни 12, также находящейся в зацеплении с ведомой шестерней 5. На валу 4 со свободного конца имеется маховик 13.
Двигатель работает следующим образом.
После каждого цикла сгорания топливной смеси в камере сгорания каждого из цилиндров поршень 2 последнего совершает «рабочий ход» от верхней к нижней мертвой точке, приводя во вращение посредством шатунов 10 ведущие шестерни 6. От шестерни 6 через тягу 11 вращение передается на другую ведущую шестерню 12. От ведущих шестерен 6 и 12 через ведомую шестерню 5 вращение передается на рабочий вал 4, при этом от ведомой шестерни 5 вращения передаются на ведущую шестерню 6 другого цилиндра и через шатун 10 производится движение поршня 2 в обратном направлении, совершая при этом в цилиндре такт «сжатия» или «выхлопа». При наличии в двигателе нескольких параллельно расположенных плоскостей, содержащих цилиндры, вал 4 передает вращение ведущими шестернями 6 соответствующих цилиндров. При соответствующей работе система газораспределения произведет чередование тактов и порядок работы цилиндров двигателя.
Согласно предварительным расчетам и эскизной проработке предлагаемое конструктивное решение заявляемого двигателя внутреннего сгорания значительно упростит конструкцию двигателя, особенно систему смазки, при этом повысится механический КПД на 3-5%, увеличится долговечность в 1,5-2 раза.