БЕСШАТУННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С СИНУСОИДАЛЬНЫМ МЕХАНИЗМОМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ

Полезная модель относится к области к области машиностроения, в частности к конструкции многоцилиндровых бесшатунных двигателей внутреннего сгорания.
Известен бесшатунный многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, содержащий два закрепленных оппозитно на общем для них картере как минимум восьмицилиндровых блока с цилиндрами, расположенными симметрично и параллельно оси вала веретенообразной формы, центральная часть которого расположена в полости картера, поршни, попарно оппозитно закрепленные на штоках, два газораспределительных узла, расположенных над блоками цилиндров. Картер выполнен в форме полого цилиндра с фланцами с обеих сторон, при этом во фланцах выполнены окна для поршневых штоков. В корпусе картера параллельно его оси выполнены как минимум четыре паза, а между фланцами над пазами в корпусе картера и параллельно им установлены планки с пазами. Вал веретенообразной формы имеет центральный, расположенный в полости картера, увеличенный в диаметре по сравнению с двумя полуосями узел, на цилиндрической поверхности которого выполнена замкнутая синусоидальная профильная канавка с амплитудой размаха синусоиды, равной ходу поршня между "верхним" и "нижним" мертвыми положениями, длина синусоиды равна двум ее периодам. Две полуоси вала с установленными на них подшипниками качения проходят через центральные отверстия в блоках цилиндров. Каждые четыре поршня с использованием двух штоков и жесткой перемычки между штоками попарно оппозитно соединены в Н-образные штокопоршневые узлы. При этом на межштоковой перемычке перпендикулярно осям штоков и валу двигателя установлена ось с, по меньшей мере, тремя роликами - кулачками. Один из роликов входит в синусоидальную канавку, выполненную на боковой поверхности центральной части вала, и передает полезную работу на вал двигателя, а два других ролика входят соответственно в паз картера и в паз направляющей планки, воспринимают тангенциальные нагрузки и обеспечивают перемещение штокопоршневого узла параллельно оси двигателя. Число штокопоршневых узлов, расположенных вокруг вала, не менее четырех, при этом их может быть четыре, восемь или шестнадцать, а штоки поршней могут быть выполнены регулируемой длины. Газораспределительные механизмы выполнены раздельно для каждого из оппозитно расположенных блоков цилиндров в виде закрепленных на полуосях вала двигателя шайб или втулок с, как минимум, четырьмя сегментами-кулачками, при этом каждый из кулачков последовательно воздействует на одноименные клапаны как минимум, четырех цилиндров, расположенных вокруг вала. (RU 2296871, МПК F02B 75/26, 75/26, F01B 3/04 опубл. 10.04.2007).
Недостатками известного двигателя является одновременный приход во время работы противоположно расположенных вокруг вала двигателя штокопоршневых узлов в каждом блоке цилиндров в крайние их положения, согласно синусоидальной профильной канавки, выполненной на увеличенной в диаметре части веретенообразного вала, то есть соответственно в верхние и нижние мертвые точки, что не исключает одномоментного «замирания» всех роликов-кулачков штоков в данном положении и вызывает определенную неравномерность работы двигателя. Схема положения поршней данного двигателя в развертке на плоскость представлена на Фиг 1.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с поршневыми масляным насосом и компрессором, использующий устройство преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, содержащий вал с маховиком, по меньшей мере, один шток с двумя опорными роликами, две замкнутые синусоидальные направляющие поверхности, причем продольная ось штока параллельна продольной оси вала и маховика, опорные ролики штока закреплены на оси перпендикулярно штоку, две замкнутые синусоидальные направляющие поверхности выполнены на выступе маховика, каждый из опорных роликов передает усилие на маховик путем качения по сопряженной с ним синусоидальной направляющей поверхности при давлении штока на его ось в направлении контакта с этой поверхностью, а оси опорных роликов установлены в штоках на подшипниках, а масляный насос и компрессор имеют поршневые штоки в форме единой штокопоршневой группы со штоком рабочего поршня двигателя (RU 2476700, МПК F02B 75/26, 75/32, 67/04 опубл. 27.02.2013).
Недостатками известного двигателя является одновременный приход во время работы противоположно расположенных вокруг вала двигателя поршней в каждом блоке цилиндров и их штоков в крайние положения, согласно синусоидальной направляющей поверхности, выполненной на выступе маховика, то есть соответственно в верхние и нижние мертвые точки, что не исключает одномоментного «замирания» всех опор штоков в данном положении и вызывает определенную неравномерность работы двигателя. Схема положения поршней данного двигателя в развертке на плоскость представлена на Фиг 2.
Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит четное количество пар цилиндров и штоков, с двумя оппозитно расположенными блоками цилиндров, опирающимися на картер, масляный насос, компрессор, кулачковую шайбу газораспределительного механизма и устройство преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот, включающее в себя вал с маховиком, две замкнутые синусоидальные направляющие поверхности имеющие два периода, штоки с опорными роликами, соединяют пары оппозитно расположенных поршней, причем продольная ось штока параллельна продольной оси вала и маховика, а опорные ролики штока закреплены на осях перпендикулярно штоку, две замкнутые синусоидальные направляющие поверхности выполнены на выступе маховика, каждый из опорных роликов выполнен с возможностью передачи усилия на маховик за счет качения по сопряженной с ним синусоидальной направляющей поверхности при рабочем ходе ближайшего к нему поршня, а кулачковая шайба газораспределительного механизма жестко соединена с валом.
Основными принципиальными отличиями предлагаемого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания с синусоидальным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное от существующих аналогов является следующее: в каждом блоке цилиндров во всех противолежащих парах цилиндров, расположенных вокруг вала, один из них смещен в сторону противоположную его вращению таким образом, что линия проведенная через центры их торцевых осей не пересекает центр общей продольной оси вала двигателя.
Данная конструкция двигателя позволяет при его работе осуществлять последовательное поступательное движение всех поршней, при отсутствии одномоментного нахождения противоположно расположенных вокруг вала двигателя поршней и штоков в каждом блоке цилиндров в их крайних положениях, что исключает «замирание» штоков, более плавное прохождение верхней и нижней мертвых точек и в целом обеспечивает более равномерную работу двигателя.
Техническим результатом полезной модели является повышение равномерности передачи движущей силы на вал при работе бесшатунного двигателя внутреннего сгорания с синусоидальным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.
Указанный технический результат достигается тем, что у бесшатунного двигателя внутреннего сгорания с синусоидальным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, в каждом блоке цилиндров во всех противолежащих парах цилиндров, расположенных вокруг вала, поршни и их штоки всегда располагаются ассиметрично относительно вершин или впадин синусоид направляющих механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.
Предлагаемая конструкция двигателя поясняется схемой общего вида поперечного разреза блока цилиндров двигателя, представленной на Фиг. 3.
На схеме (фиг. 3) используются следующие обозначения:
1 - смещенные цилиндры,
2 - блок цилиндров,
3 - линии, соединяющие центры осей противоположно расположенных пар цилиндров.
Стрелкой на Фиг. 3 показано направление вращения вала двигателя.
Работа предлагаемой конструкция двигателя поясняется схемой общего вида его развертки на плоскость, представленной на Фиг. 4. Стрелкой на Фиг. 4 показано направление вращения вала двигателя. На фиг. 4 смещены в сторону противоположную вращению вала двигателя цилиндры третий 6 и пятый 8, и соединенные с ними штоками соответствующие цилиндры четвертый 7 и шестой 9. При передаче через штоки возвратно-поступательного движения поршней (рабочий ход) на синусоидальный механизмом преобразования его во вращательное, штоки поршней в противоположно расположенных парах цилиндров в каждом блоке цилиндров (первый 4, второй 5 и пятый 8, шестой 9; третий 6, четвертый 7 и седьмой 10, восьмой 11), располагаются ассиметрично относительно вершин или впадин синусоид направляющих механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. При этом, например на схеме Фиг. 4, шток поршня цилиндров пятого 8 и шестого 9, смещенных в сторону противоположную вращению вала, не будет доходить до верхней точки вершины, а штоки поршней цилиндров третьего 6 и четвертого 7 - до нижней точки впадины синусоиды направляющей механизма преобразования возвратно-поступательного движения (т.е. положения поршня соответственно в верхней или нижней мертвых точках), в то время, когда парные противолежащие относительно вала штоки поршней будут располагаться соответственно в положении верхней точки вершины (цилиндры первый 4 и второй 5) или нижней точки впадины (цилиндры седьмой 10 и восьмой 11) синусоиды направляющей механизма преобразования возвратно-поступательного движения.
Применение предлагаемого конструктивного решения позволяет повысить равномерность передачи движущей силы на вал при работе многоцилиндрового бесшатунного двигателя внутреннего сгорания с синусоидальным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. Данное конструктивное решение является универсальным и может использоваться для различных вариантов синусоидальных механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное в многоцилиндровых двигателях внутреннего сгорания.