ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Заявляемое техническое решение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при совершенствовании поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Широко известны поршневые двигатели внутреннего сгорания, содержащие кривошипно-шатунный механизм, поршень, связанный с шатуном посредством штока и крейцкопфа («Двигатели внутреннего сгорания», авторов А.С. Орлина, М.Г. Круглова, М. Машиностроение, 1990 г., стр. 63). Такая конструкция позволяет разгрузить поршень от боковых усилий. При этом под поршнем имеется вторая рабочая полость, через которую проходит шток для совершения двойного действия. Эта полость закрыта крышкой с сальником, с целью уплотнения проходящего через нее штока. Под воздействием сгорающей рабочей смеси шток и сальники подвергаются высоким температурным нагрузкам. В результате происходит быстрый износ штока и сальников, приводящий к прорыву газов и повышению расхода топлива, а также выброс в атмосферу вредных углеводородных газов. Кроме того, этот двигатель имеет большие габариты и массу. В связи с чем он находит применение лишь на больших агрегатах типа судов.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению, является широко известный и имеющий наибольшее распространение V-образный шестицилиндровый двигатель внутреннего сгорания («Двигатели внутреннего сгорания» авторов А.С. Орлина, М.Г. Круглова, М. Машиностроение, 1990 г., стр. 64, рис. 20), содержащий блок цилиндров, в которых размещены поршни, связанные посредством шатунов с коленчатым валом, противовесы.
Недостатком этого двигателя является сложность конструкции, приводящая к тому, что при вращении коленчатого вала под действием давления газа в шатунных вкладышах возникает сила трения, а из-за «клева» поршней на зеркальной поверхности цилиндров образуются «задиры» овальной формы.
Техническим результатом заявляемого решения является повышение эксплуатационных показателей двигателя внутреннего сгорания.
Технический результат достигнут за счет того, что в известном двигателе внутреннего сгорания, содержащем многорядный блок цилиндров, в каждом ряду которого расположено по три цилиндра, один из которых является центральным, а два других цилиндра являются боковыми, в которых расположены поршни, а также кинематически связанный с поршнями механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней посредством кривошипа коленчатого вала во вращательное движение вала двигателя, включающий в себя звено, связанное с кривошипом коленчатого вала, механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала двигателя, выполнен в виде двухсторонних зубчатых реек, жестко связанных с поршнями, и зубчатых колес, установленных на осях, закрепленных на стенках блока цилиндров, при этом зубчатые колеса расположены с возможностью одновременного воздействия на все рейки, а звено, связанное с кривошипом коленчатого вала, выполнено в виде толкателя, связанного шарнирно с центральным поршнем посредством стойки, жестко закрепленной на поршне.
На чертежах схематически (в разрезе) представлены: на фиг. 1 - один ряд блока цилиндров, на фиг. 2 - центральный цилиндр (вид сбоку), на фиг. 3 - боковой цилиндр (вид сбоку), на фиг. 4 - центральный поршень с рейкой и стойкой.
Двигатель внутреннего сгорания содержит блок 1 с центральным цилиндром 2 и боковыми цилиндрами 3 и 4 (фиг. 1). В цилиндрах расположены поршни: центральный 5 (фиг. 2), и два боковые 6 и 7 (фиг. 3). Поршни снабжены жестко связанными с ними двухсторонними зубчатыми рейками соответственно: поршень 5 - рейкой 8, поршень 6 - с рейкой 9, поршень 7 - с рейкой 10.
В боковых стенках 11, 12, 13 и 14 блока 1 закреплены оси 15, 16, 17 и 18, на которые установлены зубчатые шестерни 19, 20, 21, и 22. При этом шестерни расположены с возможностью взаимодействия с упомянутыми рейками.
Центральный поршень 5 посредством толкателя 23 связан посредством кривошипа 24 коленчатого вала с валом двигателя (на чертежах не показаны). При этом поршень 5 снабжен жестко связанной с ним стойкой 25, на которой шарнирно закреплен толкатель 23.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Поршень 5, воспринимающий силу давления сгорающих газов (поскольку это двигатель внутреннего сгорания, содержащий механизм газораспределения), передает свое возвратно-поступательное движение через механизм (включающий в себя рейку 8, стойку 25, толкатель 23) преобразования этого движения во вращательное движение кривошипа 24 коленчатого вала и далее - вала двигателя (на чертежах не показан).
Под действием рейки 8 вращательное движение зубчатых шестерен 19, 20, 21, и 22 и боковых реек 9 и 10 преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней 6 и 7.
Согласно известной конструктивной особенности кривошипа 24 коленчатого вала обеспечивается возможность расположения толкателя 23 и поршня 5 на четырех позициях.
В связи с этим при повороте кривошипа 24 коленчатого вала на пол оборота в центральном цилиндре 2 под действием поршня 5 происходит сжатие.
При дальнейшем повороте кривошипа 24 коленчатого вала на следующие пол оборота (совершен один оборот коленчатого вала) в центральном цилиндре 2 под действием поршня 5 совершается рабочий ход.
При дальнейшем повороте кривошипа 24 (коленчатый вал совершает полтора оборота) в центральном цилиндре 2 под действием поршня 5 происходит выпуск отработанного газа
При дальнейшем повороте кривошипа 24 (коленчатый вал совершает второй полный оборот) в центральном цилиндре 2 под действием поршня 5 происходит впуск воздушного заряда.
Боковые поршни, будучи связанными с центральным поршнем механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала двигателя, совершают такие же четыре хода, а именно:
1) при повороте кривошипа 24 коленчатого вала на пол оборота в центральном цилиндре 2 под действием поршня 5 происходит сжатие, в цилиндре 3 под действием поршня 6 происходит впуск воздушного заряда, а в цилиндре 4 под действием поршня 7 происходит выпуск отработанного газа.
2) при дальнейшем повороте кривошипа 24 коленчатого вала на следующие пол оборота (совершен один оборот коленчатого вала) в центральном цилиндре 2 под действием поршня 5 совершается рабочий ход, цилиндре 3 под действием поршня 6 происходит сжатие, а в цилиндре 4 под действием поршня 7 происходит впуск воздушного заряда.
3) при дальнейшем повороте кривошипа 24 (коленчатый вал совершает полтора оборота) в центральном цилиндре 2 под действием поршня 5 происходит выпуск отработанного газа, в цилиндре 3 поршень 6 совершает рабочий ход, а в цилиндре 4 под действием поршня 7 происходит сжатие рабочей смеси.
4) при дальнейшем повороте кривошипа 24 (коленчатый вал совершает второй полный оборот) в центральном цилиндре 2 под действием поршня 5 происходит впуск воздушного заряда, в цилиндре 3 под действием поршня 6 происходит сжатие рабочей смеси, а в цилиндре 4 под действием поршня 7 совершается рабочий ход.
Таким образом совершается четырехтактный цикл работы двигателя.
За счет выполнения механизма преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала двигателя в виде двухсторонних зубчатых реек, жестко связанных с поршнями, и зубчатых колес, установленных на осях, закрепленных на стенках блока цилиндров, обеспечивается плавное перемещение поршней без перекосов, что исключает возможность образования «задиров» на стенках цилиндров, а также снижает затраты усилий на перемещение поршней, повышая коэффициент полезного действия двигателя.
Таким образом достигнут указанный технический результат.