ОППОЗИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
OPPOSED-PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Предлагаемый двигатель обладает двумя существенными полезными свойствами: движение поршней взаимно уравновешено, что устраняет причины вибрации и при этом не требуется дополнительно противовесов, что облегчает и удешевляет конструкцию, и второе - поршни двигателя разгружены от боковых нагрузок между стенками поршней и гильзами цилиндров. Это уменьшает трение и, следовательно, износ поршней и тем самым увеличивается моторесурс, повышается КПД и уменьшается расход топлива.
Двигатели, в которых поршни соединены штоками и двигаются навстречу или в противоположных направлениях, известны. См. Л. 1. Патент РФ №2296871. Этот патент принят за прототип.
Недостатки прототипа. Поршни двигаются каждый по своей оси. Силы инерции и создаваемый ими инерционный момент - плечо этого момента - расстояние между осями цилиндров, в которых одновременно совершается рабочий ход, является причиной неуравновешенности и вибрации. См. Л. 2., Неугодников Н., Двухцилиндровый двигатель «ОКИ», “За рулем”, 9/91, стр. 11. В упомянутом патенте такое плечо есть - это четверть оборота центрального вала. В прототипе отсутствуют свечи зажигания или форсунки, без которых двигатель внутреннего сгорания работать не может. Также недостаток прототипа - большое число цилиндров - 16, что серьезно усложняет конструкцию. В предлагаемой конструкции оси всех цилиндров совпадают - источник вибрации сведен к минимуму.
Известны конструкции, в которых поршни разгружены от боковых усилий. См. Л. 3. Баландин С.С., Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания. Машиностроение. 1972. стр. 4. В этой конструкции цилиндры расположены оппозитно, поршни соединены штоками, и. следовательно,. двигаются в одном направлении, а для снижения вибрации используют встречное движение в другой четверке цилиндров. Чем больше цилиндров, тем меньше вибрации, но это приводит к многоцилиндровой схеме. Расположение цилиндров по Х-образной или ┼-образной схеме цилиндров существенно усложняет эксплуатацию. Конструкция известна давно, но распространения не получила.
На фиг. 1 показан общий вид двигателя,
на фиг.2 показан разрез фиг.1,
на фиг.3 показан узел фиг.1.
Двигатель содержит четыре цилиндра 1, четыре поршня 2. Два штока 3 и 27, клапаны 4, свечи 5, два картера 7. На каждом картере размещены два цилиндра. Цилиндры расположены противоположно - оппозитно. См. Л. 4. Роговцев В.Л. и др. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств. М.: Транспорт, 1991. Стр. 20-21, рис. 1.5, г. Со штоком 3 соединен палец 8, а со штоком 27 соединен палец 25. Картеры соосно расположены на раме 10. Также на раме 10 расположены первичный вал 11, промежуточный вал 17 и вал отбора мощности 21. На концах валов 11 и 17 неподвижно посажены маховики 14 и 16. Маховики - это металлические диски с максимальным размещением металла на ободе. Они служат для накопления энергии при рабочем ходе поршней и обеспечивают движение поршней во время вспомогательных тактов и для прохода поршней через мертвые точки. Для превращения возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение валов 11 и 17 служат шатуны 26 и 12. Шатуны - это металлические стержни, на концах которых имеются кольцеобразные наконечники, называемые головками. На маховиках 14 и 16 имеются эксцентрично расположенные пальцы. Оси пальцев на маховиках каждой оси параллельны осям валов, на которых насажены маховики. Расстояние между осями пальцев и валов равно половине расстояния хода поршней. Связь между пальцами на штоках поршней и пальцами на маховиках осуществляют шатуны 12 и 26. Два шатуна 12 для связи пальца 8 с пальцами 15 и два шатуна 26 для связи пальца 25 с пальцами 13. Так образуется эксцентриковый механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение валов. Симметричное расположение шатунов относительно оси цилиндров, практически исключает изгибающие нагрузки на штоки и соответственно, на поршни. Расположение шатунов позволяет сравнительно легко установить подшипники качения в головки шатунов, что уменьшит потери на трение, повысит КПД и моторесурс. Для исключения дисбаланса и уменьшения вибраций, вызываемых несимметричным расположением пальцев и шатунов на маховиках, маховики снабжены противовесами на сторонах? противоположных пальцам.
Сопряжение пальцев 8 и 25 со штоками 3 и 27 желательно иметь прямоугольной формы. Между деталями должен быть зазор, исключающий передачу боковых усилий на поршни 2 от пальцев 8 и 25 через штоки 3 и 27. Этот зазор должен быть несколько больше зазора между ползунами 9 и картерами 7. Штоки 3 и 27 должны передавать усилия только вдоль своей оси. Поскольку сопряжения ползунов с картерами работают в зоне нормальных температур, то потери на трение могут быть минимальные за счет применения материалов с малыми коэффициентами трения.
Валы 11 и 17 снабжены неподвижно посаженными зубчатыми колесами 18 и 19. Колеса 18 и 19 одинаковые по размерам и находятся в постоянном зацеплении с передаточным отношением 1:1. При сборке двигателя колеса 18 и 19 устанавливают так, чтобы поршни работали синхронно, т.е. одновременно приходили или в ВМТ /верхние мертвые точки/, или в НМТ /нижние мертвые точки/. При этом должны одновременно происходить рабочие такты в крайних и одновременно рабочие такты в средних цилиндрах. Так же одновременно должны происходить вспомогательные такты. Для этого надо предварительно согласовать положение пальцев 15 на маховиках 16 и пальцев 13 на маховиках 14 с зубчатым колесом 19 и зубчатым колесом 18 и нанести на колеса 18 и 19 установочные метки. Такая работа обеспечит взаимную компенсацию сил инерции поршней и штоков. Зубчатое колесо 19 находится в постоянном зацеплении с кожухом сцепления 20, который свободно вращается на валу отбора мощности 21. Кожух 20 и диски 22, неподвижно сидящие на валу 21. совместно образуют сцепление, при включении которого движение поршней 2 передается на вал 21. Кожух 20 может быть выполнен как единая деталь, или может быть составным, и иметь венец с зубьями, выполненный в виде отдельной детали, соединенной с колесом. См. Л. 5. Мовнин М.С. и др. Техническая механика, ч. III, Детали машин, Судпромгиз, 1963, стр. 158, рис. 119 и стр. 112, рис. 137. Вал 17 через зубчатое колесо 19 и постоянно с ним связанное зубчатое колесо сцепления 20, при включении сцепления, передает вращение на вал отбора мощности 21.
Газораспределительная система двигателя состоит из общего вала привода 24, распределительных валов 6, отдельного для каждого цилиндра и клапанов 4. Вал 24 получает вращение от вала 17 через неподвижно закрепленные конические зубчатые колеса 23 и 28, а распределительные валы 6 от вала 24 через конические зубчатые колеса 29 и 30. На валах 6 имеются кулачки, которые воздействуют на клапаны 4. Зубчатое колесо 31, неподвижно закрепленное на валу 24, предназначено для привода механизмов зажигания, смазки, питания, электроснабжения.
Достоинства конструкции
1. Практическое отсутствие вибраций.
2. Практическое отсутствие трения между поршнями и гильзами цилиндров, что увеличивает моторесурс, повышает КПД и уменьшает расход топлива.
3. Доступность к каждому цилиндру в отдельности при эксплуатации и ремонте.
4. Простота конструкции - отсутствуют сложные детали - коленчатый вал и блок цилиндров.
Перечень обозначений на фигурах
1 - Цилиндр; 2 - Поршень; 3 - Шток; 4 - клапан; 5 - Свеча зажигания; 6 - Распределительный вал; 7 - Картер; 8 - Палец; 9 - Ползун;
10 - Рама;
11 - Первичный вал; 12 - Шатун; 13 - Палец; 14 - Маховик;
15 - Палец; 16 - Маховик; 17 - Промежуточный вал;
18 - Зубчатое колесо;
19 - Зубчатое колесо; 20 -. Кожух; 21 - Вал отбора мощности; 22 - Диск сцепления; 23 - коническое зубчатое колесо; 24 - Общий вал привода газораспределительных механизмов; 25 - Палец; 26 - Шатун; 27 - Шток; 28 - Коническое зубчатое колесо; 29 - Коническое зубчатое колесо; 30 - Коническое зубчатое колесо; 31 - Зубчатое колесо.