БЕСКРИВОШИПНЫЙ ОДНОЦИЛИНДРОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CRANK-FREE SINGLE-CYLINDER ICE

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, и может быть использовано в качестве источника механической энергии.
Известен двигатель, описанный в патенте РФ №2468225, кл. F02B 75/26, 75/32, F01B 9/06, 3/08, 12.07.2011 г.,10.09.2012 г.
Известный двигатель включает головку цилиндра, цилиндр и гильзу с выполненными в стенках продувочными окнами, выпускным окном, впускным окном и каналами подачи горючей смеси, поршень, выполненный составным и содержащий толкатель с подшипником и установленную на нем поршневую головку, выходной вал, кинематически связанный с толкателем посредством шариковых опор с возможностью осевого перемещения. Причем на боковой поверхности толкателя выполнен бесконечный криволинейный паз, который входит в сочленение с роликовыми опорами, установленными на подшипниках, смонтированных в цилиндре. На выходном валу, установленном на опорном подшипнике, смонтированы маховик для равномерной работы и вентильная электромашина для обеспечения работы электрооборудования двигателя, корпус которой закреплен на цилиндре. Цилиндр двигателя снабжен впускным коллектором для крепления карбюратора (не показан) и выпускным коллектором для крепления глушителя (не показан), а также клапаном для подачи горючей смеси в подпоршневую камеру. Воспламенение горючей смеси в камере сгорания производится свечой зажигания, установленной в головке цилиндра. Герметизация двигателя осуществляется уплотнительными элементами, а камеры сгорания - поршневыми кольцами.
Недостатком известного двигателя является сложность конструкции, обусловленная выполнением поршня составным и наличием толкателя.
Известен двигатель, описанный в патенте РФ №2460890, кл. F02B 75/26, 75/32, F01B 9/06, 12.07.2011 г., 10.09.2012 г.
Известный двигатель содержит поршень, установленный в гильзу цилиндра, закрепленного на корпусе с внутренней цилиндрической вставкой, ступенчатый выходной вал, связанный с поршнем посредствам механизма преобразования движения, и отличается тем, что поршень выполнен осесимметричным, наружная поверхность его образована совокупностью линейных образующих, и соединен с механизмом преобразования движения штоком, верхняя головка которого закреплена в подшипнике, установленном на внутренней поверхности днища поршня, а другим концом шток жестко соединен с кареткой механизма преобразования движения, установленной на оси в подшипниках качения, опирающихся на беговую дорожку механизма преобразования движения, при этом одна из поверхностей беговой дорожки выполнена на нижней торцевой поверхности верхней части цилиндрической вставки корпуса, а другая - на верхней торцевой поверхности нижней части цилиндрической части вставки корпуса, кроме того, ступень выходного вала, связанная с поршнем через каретку механизма преобразования движения, выполнена в виде вилки.
Недостатком известного двигателя является сложность конструкции, обусловленная выполнением выходного вала ступенчатым и наличием цилиндрической вставки корпуса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является одноцилиндровый двухтактный двигатель, представленный в патенте РФ №2264546 «Бескривошипный двигатель внутреннего сгорания», кл. F02B 27/25, F01B 3/04, 08.04.2004 г., 20.11.2005 г. и выбранный в качестве прототипа.
Бескривошипный одноцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) содержит поршень, размещенный в гильзе цилиндра, ступенчатый выходной вал, причем одна из ступеней вала, соединенная с поршнем, выполнена в виде стакана, стенки которого охватывают поршень и в котором выполнен сквозной радиальный канал, выполняющий функцию газораспределения, а торцевая поверхность вала имеет криволинейный профиль A. На противоположных концах оси 6, запрессованной в поршне и соединяющей его с выходным валом, установлены по два подшипника качения, причем внутренние по отношению к поршню подшипники опираются на криволинейную поверхность торца выходного вала, а наружные подшипники расположены в прямолинейных направляющих канавках, выполненных в цилиндрической вставке, закрепленной в корпусе. Пружина, одним концом закрепленная в выходном валу, другим концом закреплена на оси. В совокупности подшипники качения и криволинейный профиль торца выходного вала представляют собой передаточный механизм. Поршень при положении в верхней мертвой точке (ВМТ) в совокупности с цилиндром и головкой с установленной свечой зажигания образуют камеру сгорания. Выходной вал установлен в корпусе двигателя на трех подшипниках, а на свободном конце его закреплен маховик.
Основными недостатками такого двигателя являются: сложная конструкция выходного вала, что обусловлено достаточно большим количеством подшипников, а также необходимостью соединения поршня посредством оси и пружины с выходным валом. Кроме того, нагруженность поршня крутящими усилиями, сложная конструкция механизма преобразования движения, повышенная нагрузка на подшипники грузового вала из-за непосредственного воздействия на них усилий со стороны поршня, особенно в период реализации рабочего хода поршня, снижают надежность работы двигателя.
Задачей является упрощение конструкции механизма преобразования при повышении надежности работы двигателя.
Поставленная задача решается тем, что в бескривошипном одноцилиндровом двигателе внутреннего сгорания, содержащем поршень, размещенный в гильзе цилиндра с возможностью вертикального перемещения и связанный с выходным валом, на свободном конце которого закреплен маховик, а второй конец связан с механизмом преобразования поступательного движения во вращательное, имеющим криволинейный профиль для перемещения поршня относительно выходного вала, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси поршня, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, поршень связан с выходным валом через снабженный пальцем шток, механизм преобразования поступательного движения во вращательное представляет собой блок коаксиально расположенных вдоль оси поршня и соединенных между собой штифтами цилиндров, установленных с возможностью вращения в верхнем и нижнем подшипниках механизма преобразования, установленных соответственно снизу в верхней и сверху в нижней крышках подшипников, прикрепленных к картеру, причем шток с обеих сторон от установленного с возможностью вращения в подшипниках пальца имеет опирающийся на блоки подшипников вращения, размещенных сверху верхней крышки и снизу нижней крышки подшипников, трехгранный профиль, а для перемещения пальца штока во внутреннем цилиндре механизма преобразования выполнен паз синусоидальной формы.
Обеспечение связи поршня с выходным валом через снабженный пальцем шток в совокупности с выполнением механизма преобразования поступательного движения во вращательное в виде блока коаксиально расположенных вдоль оси поршня и соединенных между собой штифтами цилиндров, установленных с возможностью вращения в верхнем и нижнем подшипниках преобразователя, установленных соответственно снизу в верхней и сверху в нижней крышках подшипников, прикрепленных к картеру, притом, что шток с обеих сторон от установленного с возможностью вращения в подшипниках пальца имеет опирающийся на блоки подшипников вращения, размещенных сверху верхней крышки и снизу нижней крышки подшипников, трехгранный профиль, а для перемещения пальца штока во внутреннем цилиндре механизма преобразования выполнен паз синусоидальной формы, позволяет достаточно просто преобразовывать поступательное движение поршня во вращательное движение выходного вала и обеспечивает надежную работу двигателя.
Технический результат - более простая конструкция преобразователя поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала и более надежная работа двигателя.
Заявляемый двигатель обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как: связь поршня с выходным валом через снабженный пальцем шток, выполнение механизма преобразования поступательного движения во вращательное в виде блока из двух коаксиально расположенных вдоль оси поршня и соединенных между собой штифтами цилиндров, установленных с возможностью вращения в верхнем и нижнем подшипниках преобразователя, установленных соответственно снизу в верхней и сверху в нижней крышках подшипников, прикрепленных к картеру, выполнение штока с обеих сторон от установленного с возможностью вращения в подшипниках пальца опирающимся на блоки подшипников вращения, размещенных сверху верхней крышки и снизу нижней крышки подшипников, и имеющим трехгранный профиль, выполнение во внутреннем цилиндре механизма преобразования для перемещения пальца паза синусоидальной формы, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Хотя связь поршня с выходным валом через шток и известна из других источников информации (см. например, двигатель мотоцикла «Восход»; патент №2460890), однако тот факт, что этот признак в совокупности с остальными новыми, не известными из других технических решений, существенными отличительными признаками, такими как: выполнение механизма преобразования в виде блока из двух коаксиально расположенных вдоль оси поршня и соединенных между собой штифтами цилиндров, установленных с возможностью вращения в верхнем и нижнем подшипниках преобразователя, установленных соответственно снизу в верхней и сверху в нижней крышках подшипников, прикрепленных к картеру, при выполнении на внутреннем цилиндре механизма преобразования паза синусоидальной формы для перемещения относительно выходного вала пальца штока, который с обеих сторон от установленного с возможностью вращения в подшипнике пальца выполнен с трехгранным профилем и опирающимся на блоки подшипников вращения, размещенных сверху верхней крышки и снизу нижней крышки подшипников, обеспечивает достижение заданного результата (простоту конструкции и надежность работы), что позволяет заявителю сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».
Поскольку заявляемый двигатель может найти широкое применение в области двигателестроения и использоваться в качестве источника механической энергии, то он соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг.1 - общий вид двигателя в разрезе;
- фиг.2 - вид сверху в разрезе механизма преобразования;
- фиг.3 - вид блока цилиндров механизма преобразования.
Заявляемый бескривошипный одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания (фиг.1) содержит поршень 1, размещенный в гильзе 2 цилиндра 3 с возможностью вертикального перемещения и соединенный через снабженный пальцем 4 шток 5 с выходным валом 6 (вал отбора мощности), продольная ось которого перпендикулярна продольной оси поршня 1, а на свободном конце которого закреплен маховик 7, а второй конец связан с механизмом 8 преобразования поступательного движения во вращательное. Механизм 8 преобразования поступательного движения во вращательное представляет собой блок коаксиально расположенных вдоль оси поршня и соединенных между собой штифтами 9 цилиндров 10 и 11, установленных с возможностью вращения в верхнем 12 и нижнем 13 подшипниках механизма преобразования. Подшипники 12 и 13 установлены соответственно снизу в верхней 14 и сверху в нижней 15 крышках подшипников, прикрепленных к картеру 16. Шток 5 с обеих сторон от установленного с возможностью вращения в подшипниках 17 пальца 4 имеет трехгранный профиль и выполнен опирающимся на блоки 18 и 19 подшипников вращения, размещенных сверху верхней крышки 14 и снизу нижней крышки 15 подшипников (фиг.2). Для перемещения пальца 4 штока 5 во внутреннем цилиндре 11 механизма преобразования выполнен паз 20 синусоидальной формы.
Предлагаемый ДВС работает следующим образом.
При воспламенении горючей смеси в цилиндре 3 поршень 1 идет вниз. Через шток 5 и палец 4 движение передается на цилиндр 11 с профильным пазом. Двигаясь по пазу, палец 4 вращает вокруг оси штока 5 цилиндр 11 и соединенный с ним штифтами 9 цилиндр 10 (фиг.3). Блок цилиндров 10 и 11 вращается в подшипниках механизма преобразования - верхнем 12 и нижнем 13. Подшипники 12 и 13 механизма 8 преобразования установлены соответственно снизу в верхней крышке 14 подшипника 12 и сверху в нижней крышке 15 подшипника 13. Крышки 14 и 15 подшипников 12 и 13 механизма 8 преобразования прикреплены к картеру 16. Вращение цилиндров 10 и 11 механизма 8 преобразования через шестерни 21 и 22 отбора мощности передается на вал 6 отбора мощности.
За счет того, что грани профиля штока 5 опираются на подшипники 18, 19, закрепленные на кронштейнах 23, 24, а последние крепятся на крышках 14 и 15 подшипников 12 и 13 механизма 8 преобразования, уменьшается трение между поршнем и цилиндром и повышается КПД ДВС, что также позволяет строить ДВС с одним, двумя, четырьмя и т.д. цилиндрами.
В сравнении с прототипом заявляемый двигатель является более простым по конструкции и более надежным в работе.