ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при проектировании и изготовлении двигателей внутреннего сгорания.
Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие два параллельно расположенных и связанных друг с другом шестернями с возможностью встречного синхронного вращения коленчатых вала, одноименные шатунные шейки которых посредством шатунов связаны с траверсой, в свою очередь шарнирно соединенной с поршнем (патент RU №2064599, 25.10.2004, МПК F02B 75/32 (2006.01).
Такие двигатели значительную часть от времени работы тратят на подготовительные процессы сжатия и выпуска, а процесс расширения составляет половину одного оборота коленчатого вала, кроме того, при увеличении частоты вращения коленчатого вала снижается коэффициент наполнения цилиндра воздухом.
7
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, размещенный в нем поршень, соединенные с ним два шатуна, снабженный сателлитом и двумя центральными колесами, образующими дифференциальный механизм, причем один шатун соединен с осью сателлита, а другой - с одним центральным колесом (патент RU 2182982, МПК F02B 75/32, 2002).
У такого двигателя дифференциальный механизм в определенных случаях сложно разместить в картере двигателя. За одну пару циклов вверх-вниз поршня в цилиндре на выходном валу, соединенном с внутренним центральном колесом, получается несколько оборотов вала по сравнению с существующими двигателями с коленчатым валом, когда на одну пару циклов вверх-вниз поршня в цилиндре приходится один оборот выходного вала. В связи с чем передаточное отношение коробки передач у такого двигателя больше по сравнению с передаточными отношениями коробок передач на существующих двигателях с коленчатым валом.
Была поставлена задача создать конструкцию ДВС с увеличенной мощностью, причем размещение дифференциального механизма со сниженными оборотами выходного вала не требовало бы усложнения конструкции картера двигателя.
Указанная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндропоршневую группу, состоящую из цилиндра и размещенного в нем поршня, с которым соединены шатуны, и дифференциальный механизм, образованный из сателлита и колес, один из шатунов связан через вал с колесом, а другой - с сателлитом или сателлитами через другой вал, причем сателлит или сателлиты и колеса могут быть выполнены коническими, кроме того, дифференциальных механизмов может быть более одного, причем каждый дифференциальный механизм соединен со своим блоком цилиндропоршневых групп, количество которых соответствует числу дифференциальных механизмов, все поршни в каждом блоке цилиндропоршневых групп находятся примерно в одном положении относительно верхней и нижней мертвых точек.
Связывание одного шатуна через вал с одним из колес, а другого шатуна с сателлитом или сателлитами через другой вал, причем сателлит или сателлиты и колеса могут быть выполнены коническими, позволяет установить дифференциальный механизм вне картера двигателя, облегчая компоновку двигателя. Также выполнение сателлита или сателлитов и колес коническими позволяет снизить обороты выходного вала дифференциального механизма.
Установка дифференциальных механизмов в количестве один и более, и при этом, когда каждый дифференциальный механизм соединен со своим блоком цилиндропоршневых групп, количество которых один и более, причем все поршни в каждом блоке цилиндропоршневых групп находятся примерно в одном положении относительно верхней и нижней мертвых точек, позволяет выполнить двигатель многоцилиндровым, что значительно увеличивает мощность двигателя.
Анализ заявляемого технического решения в сравнении с уровнем техники по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Анализ известных технических решений в данной области показал, что заявляемое решение имеет совокупность существенных признаков, не известную ранее, которая при использовании их в заявляемом техническом решении дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, заявляемое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение иллюстрируется на чертежах:
Фиг.1 - двигатель внутреннего сгорания, схема соединения одного шатуна через вал с центральным колесом, который совершает колебательное вращение, а другой шатун связан с сателлитами через другой вал.
Фиг.2 - двигатель внутреннего сгорания, схема соединения одного шатуна с центральным колесом через кривошип, который одним концом закреплен в корпусе, а другой шатун связан через вал с сателлитами.
Фиг.3 - двигатель внутреннего сгорания, схема соединения одного шатуна через вал с центральным колесом, а другой шатун связан с сателлитами через другой вал, при этом сателлиты совершают колебательное вращение.
Фиг.4 - двигатель внутреннего сгорания, схема соединения одного шатуна с колесом через вал, а другой шатун связан с сателлитами через другой вал, при этом сателлиты и колеса выполнены коническими, где одно из колес совершает колебательное вращение.
Фиг.5 - двигатель внутреннего сгорания, схема соединения одного шатуна с колесом через вал, а другой шатун связан с сателлитами через другой вал, при этом сателлиты и колеса выполнены коническими, где сателлиты совершают колебательное вращение.
Фиг.6 - двигатель внутреннего сгорания, конструктивное изображение в разрезе части двигателя, в котором один шатун связан с колесом через вал, а другой шатун связан с сателлитами через другой вал, при этом сателлиты и колеса выполнены коническими.
Фиг.7 - двигатель внутреннего сгорания, схема многоцилиндрового двигателя, содержащего два дифференциальных механизма.
Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндропоршневую группу, состоящую из цилиндра 1 с поршнем 2. На поршне 2 шарнирно установлены два шатуна 3 и 4. Шатуны 3 и 4 соединяются с дифференциальным механизмом, состоящим из сателлита 5, валов 6 и 7, кривошипов 8 и 9, центральных колес 10 и 11, выходного вала 12. Шатун 3 соединен с сателлитами 5 через вал 6 и кривошип 8, а шатун 4 соединен с центральным колесом 10 через вал 7 и кривошип 9. На одной оси с центральным колесом 10 установлено центральное колесо 11, которое соединено с выходным валом 12. Возможно исполнение, когда шатун 3 связан с центральным колесом 10 через вал 6 и кривошип 8. Соответственно, при этом шатун 4 связан с сателлитами 5 через вал 7 и кривошип 9. Возможно изготовление сателлитов 5, колеса 10 и колеса 11 коническими.
Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
При движении поршня 2, во время такта рабочего хода от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, шатун 3 вращает сателлиты 5 через вал 6 и кривошип 8. Шатун 4 вращает центральное колесо 10 через вал 7 и кривошип 9. При этом сателлиты 5 будут вращаться в противоположную сторону от вращения центрального колеса 10. При достижении нижней мертвой точки центральное колесо 11 будет вращать вокруг себя сателлиты 5 за счет накопленной маховиком энергии (маховик не изображен). Сателлиты 5, в свою очередь, будут толкать через вал 6, кривошип 8 и шатун 3 поршень 2. При этом поршень 2 через шатун 4, кривошип 9 и вал 7 вращает центральное колесо 10. В процессе работы двигателя, за счет разности соотношений параметров деталей, сателлиты 5 будут совершать вращательное движение, а центральное колесо 10 вращательно-колебательное. При движении поршня 2 вниз направления вращений сателлитов 5 и центрального колеса 10 будут разными, и поэтому скорость движения поршня 2 будет пониженной. При движении поршня 2 вверх направления вращений сателлитов 5 и центрального колеса 10 будут одинаковыми, и поэтому скорость движения поршня 2 при этом будет выше, чем при ходе вниз. Все это будет происходит при неизменности скорости вращения выходного вала 12 за счет маховика. Поэтому, соответственно, процесс сжатия и процесс выпуска будут происходить быстрее, чем процессы рабочего хода и впуска. В определенных случаях, например для снижения оборотов выходного вала, возможно соединение шатуна 3 с центральным колесом 10 через кривошип 8 и вал 6, а шатуна 4 через кривошип 9 и вал 7 с сателлитами 5.
Для снижения габаритов двигателя также возможно изготовление сателлитов 5 и колес 10 и 11 коническими. Применение дифференциального механизма в различных вариациях позволяет увеличить скорость движения поршня в процессе прохождения тактов сжатия и выпуска для четырехтактного двигателя и такт сжатия для двухтактного двигателя, что дает увеличение литровой мощности двигателя.
Данный дифференциальный механизм, состоящий из сателлитов 5 и центральных колес 10 и 11, возможно применить и в многоцилиндровых двигателях. При этом каждый дифференциальный механизм может быть подсоединен к одному блоку цилиндропоршневых групп, где все поршни в каждом блоке цилиндропоршневых групп находятся примерно в одном положении относительно верхней и нижней мертвых точек и в процессе работы движутся в одном направлении.
Возможность осуществления изобретения и обеспечения при этом технического результата, выражающегося в возможности размещения дифференциального механизма без особого усложнения конструкции картера двигателя, к снижению оборотов выходного вала дифференциального механизма, подтверждена приведенными чертежами и описанием конструкции двигателя внутреннего сгорания в статическом состоянии и в действии.
Заявляемый двигатель внутреннего сгорания может быть изготовлен на стандартном оборудовании из известных материалов с использованием известных технологий и соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».