ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Решение относится к поршневым двигателям с цилиндрами, расположенными оппозитно относительно коренного вала, в частности, к поршневым двигателям внутреннего сгорания с оппозитным расположением цилиндров.
Ранее такие двигатели предлагали для авиации (см. например SU 26151 и SU 47500, US 1999374, US 2021262, US 2313017, US 2366852 и US 2426877, a также FR 819688).
Оппозитное расположение цилиндров вызвало к жизни неординарные механизмы преобразования поступательного движения поршней во вращение коренного вала (см., например, US 2185902, US 2287673, US 3217698, US 3604402; DE 1110945, DE 2558960 и UK 1325445), a также нетрадиционные приводы вспомогательных агрегатов (см., например, US 2386607, US 2287673 и ЕР 68336).
В некоторых случаях такие двигатели потребовали специфических приемов сборки (JP 52-46567) - объединяли половину картера с одним блоком и другую его часть с другим блоком цилиндров, располагали поверхности обеих частей в плоскости оси коренного вала, а затем вводили каждый поршень в цилиндр и крепили шатун. Аналогичные операции предусмотрены и в двигателе по UK 2150637.
Сокращен габарит двигателя по SU 338662 путем выполнения полости цилиндра. Изменением механизма преобразования отличен двухтактный двигатель по US 5025799. Двухцилиндровый двигатель известен из ЕР 503842. Два расположенных соосно оппозитных цилиндра приведены в US 5402755, при этом корпуса поршней выполнены с прорезями. U-образный кулачковый элемент, образующий эвольвентный элемент предусмотрен в двигателе с размещенными в нем крепежньми поперечинами по WO 9503483.
Двухтактный ДВС по WO 9619651 имеет коленчатый механизм скольжения и несколько рабочих цилиндров. Поршневая машина по FR 2721982 выполнена с противоположными шатунами. Двигатель внутреннего сгорания по RU 2161712 выполнен с противоположно двигаюпщмися поршнями. Двухтактную поршневую машину по RU 2131527 предлагают применять для привода генератора, компрессора и т.п. Двигатель внутреннего сгорания по RU 2178826 содержит остов с отсеком и двумя оппозитно расположенными цилиндровыми втулками, а также кинематически связанные между собой коренной и распределительный валы.
о1эй-1 г2-9
02 В 75/24
На торце опорной шейки кривошипа прикреплен маховик с токосъемными кольцами электродвигателя поршневого двигателя по RU 2122638. Устройство для преобразования возвратно-поступательного движения во враш:ательное и наоборот и устройство с возвратно-поступательно движущимися частями известно из RU 2101511. Механизм преобразования движения поршня во вращение вала поршневой машины по RU 2178537 в основном размещен в корпусе со сферической поверхностью, что сложно выполнить в производстве, также как и такие элементы механизма как наклонный диск, шток и палец.
Одной из наиболее разработанных конструкций с оппозитно расположенными поршнями является конструкция двигателя внутреннего сгорания по US 3568649.
По существу каждый из указанных двигателей внутреннего сгорания являет собой робкую попытку создать работоспособную и надежную конструкцию, но почти ни в одном случае она не удалась.
Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие корпус с расположенным в нем коренным валом, кинематически связанным с размещенными оппозитно и имеющими возможность возвратно-поступательного движения поршнями, а также с распределительными валами, и масляным насосом (см., например, US 3540420).
В этих двигателях подвижные звенья упомянутых элементов установлены в разъемном картере корпуса. Это приводит к неудовлетворительной работе звеньев, тем более в случае установки двигателя на самолет. Каждая из щек коренного вала размещена между перегородками картера, оснащенными многочисленными ребрами, а это существенно увеличило как продольный габарит двигателя внутреннего сгорания, так и его массу. Велики размеры двигателя внутреннего сгорания из-за нерационального размещения агрегатов смазки, в частности, масляного насоса и маслобака-отстойника, а также их конструктивного выполнения. Каждый из цилиндров, а также его головка весьма массивны, а их крепление на картере малонадежно. Сложны элементы кинематической связи коренного и распределительных валов, при этом неоправданно выполнение нескольких элементов корпуса для их установки. Весьма неудачно размещены генератор и топливный насос. По существу не решен вопрос передачи мощности исполнительному механизму и приводу топливного насоса.
Таким образом, упомянутый двигатель внутреннего сгорания сложен, массивен, область его применения ограничена, кроме того, сравнительно велики расходы, как на его изготовление, так и на эксплуатацию.
Задача - создание простой и надежной конструкции двигателя внутреннего сгорания при малых затратах на его изготовление и эксплуатацию в различных условиях.
Простота и надежность конструкцни двнгателя внутреннего сгорания может быть обеспечена вьшолнением компактной жесткой конструкции корпуса при рациональном размещении в нем основных элементов и систем двигателя.
Для этого все подвижные звенья двигателя внутреннего сгорания: коленчатый вал с шатунами и оппозитно расположенными поршнями, откачивающий маслонасос, стартерный диск и элементы приводов распределительных валов, - помещены в жёсткий, безразьёмный корпус-картер, имеющий необходимые посадочные места для цилиндров, редуктора, статора агрегатов и опор коленчатого вала. У коленчатого вала отсутствует онорная шейка между двух оппозитных кривошипов, что позволяет максимально сблизить оси цилиндров и поршней, а это улучшает уравновешенность двигателя и сокращает его осевые размеры. Причём в картере посадочные места для цилиндров смещены симметрично относительно оси коленчатого вала по направлению его вращения на одинаковую величину таким образом, что ось правого цилиндра (и поршня) расположена выше, а левого - ниже оси коленчатого вала, при вращении последнего против часовой стрелки. Этим достигается существенное повышение среднего эффективного давления цикла и снижение удельного расхода топлива, устраняется чрезмерное боковое давление поршня на стенку цилиндра в районе верхней мёртвой точки, устраняется опасность возникновения обратного вращения при запуске двигателя.
Возможность установки подвижных звеньев в жёстком, безразъёмном корпусекартере, позволяет создать простую и надежную конструкцию двигателя внутреннего сгорания. Затраты на его изготовление и эксплуатацию в различных условиях будут малы, поскольку картер и размещение в нем основных подвижных элементов выполнены рационально.
Закрепление стартерного диска, выполняющего одновременно функции ротора
откачивающего масляного насоса, на щеке коленчатого вала просто и надежно. Такое
крепление эффективно сказывается на функционировании насоса. Система смазки, выполненная по схеме «сухой картер, эффективна также благодаря обеспечению непосредственного сообщения полости насоса с полостью маслобака-радиатора.
Эффективность работы масляной системы существенно повышена также за счёт гофрирования наружной стенки маслобака-радиатора и благодаря размещению всех её элементов, включая масляный фильтр и маслобак-радиатор непосредственно на корпусе двигателя с двух противоположных его сторон.
Проста и надежна установка стартерного диска и ротора маслонасоса в зоне между двух опор коленчатого вала, также как и размещение в безразъёмном картере больщей части рабочего цилиндра с установкой головки на выступающей его части.
Рационально размещение с противоположных сторон картера элементов кинематической связи коленчатого и распределительных валов, благодаря чему за счёт сокращения длины приводной цепи существенно увеличена её надёжность. В равной степени рационально размещение привода редуктора и привода генератора с противоположных сторон коленчатого вала, а привода топливного насоса - на выходном валу одноступенчатого щестерённого редуктора с внутренним зацеплением, отличающегося компактностью и малыми механическими потерями.
Изображено:
на фиг.1 - двигатель, продольный разрез;
на фиг. 2 - двигатель, поперечно;
на фиг.З - система смазки;
на фиг. 4 - двигатель, вид сбоку.
Двигатель внутреннего сгорания содержит безразьёмный картер 1, являющийся
основой корпуса, содержащего ещё редукторную крышку 2 и агрегатную крыщку 3 (фиг.1). В картере 1 установлен коленчатый вал 4, соединённый шатунами 5 с поршнями 6 (фиг.2), размещёнными онпозитно относительно оси 7 коленчатого вала 4. Вал 4 цепями 8 (фиг.2) связан с распределительными валами 9 (фиг.2). На валу 4 также размещены стартёрный диск 10, выполняющий одновременно роль ротора откачивающего масляного насоса 11, и ротор 12 нагнетающего масляного насоса 13. Таким образом, коленчатый вал 4 кинематически связан с размещенными оппозитно и имеющими возможность возвратно-поступательного движения поршнями 6, а также распределительньми валами 9 и масляными насосами 11 и 13.
Закрепление стартёрного диска 10 с зубчатым венцом на щеке коленчатого вала 4 просто и надежно.
Ротор 12 установлен непосредственно на коленчатом валу 4 и имеет возможность свободного осевого перемещения относительно статора нагнетающего масляного насоса 13. Такое крепление ротора 12 масляного насоса 13 на коленчатом валу 4 просто и надежно.
Установка коленчатого вала с роторами 10, 12 откачивающего и, соответственно, нагнетающего масляных насосов, связанного кинематически с размещенными оппозитно и имеющими возможность возвратно-поступательного движения порщнями 6, в жёстком, безразъёмном картере 1 рациональна и проста. Это позволяет создать простую
И надежную конструкцию двигателя внутреннего сгорания нри малых затратах на его изготовление и эксплуатацию в различных условиях.
Полость нагнетания насоса 13 соединена каналом 14 (фиг.З) с редукционным клапаном 15 и фильтром тонкой очистки 16. Из фильтра 16 по каналу 17 охлаждённое и очищенное масло поступает под давлением к коренным опорам 18,19,20,21 коленчатого вала 4 и к опорам 22, 23 выходного вала редуктора 42 (фиг.1). Одновременно по каналу 24 (фиг.З) масло поступает к опорам 25 и 26 распределительных валов 9 (фиг.1). От упомянутых элементов горячая вспененная масляная эмульсия самотёком возвращается в полость картера 1, а затем под действием давления картерных газов попадает в рабочую полость откачивающего насоса И (фиг.1), откуда по каналу в картере 27 (фиг.З) - в спиральный канал 28 маслобака-радиатора 29 (фиг.4). При движении по спиральному каналу 28 масляная эмульсия охлаждается под воздействием длительного контакта с гофрированной наружной поверхностью корпуса маслобака-радиатора 29 и сепарируется через сетчатую внутреннюю стенку 30. Охлаждённое, освобождённое от воздуха и картерных газов масло, стекая по внутренней стенке 30, накапливается в нижней части маслобака-радиатора 29 и через заборник 31 по каналу 32 (фиг.З) вновь засасывается в полость нагнетающего маслонасоса 13 (фиг.1). Такая замкнутая система смазки эффективно функционирует благодаря кратчайшему непосредственному соединению откачивающего 12 и нагнетающего 13 маслонасосов с полостью маслобака-радиатора 29.
Корпус маслобака-радиатора 29 выполнен гофрированным, что эффективно для его эксплуатации.
Роторы 10 и 11 маслонасосов 12 и 13 установлены в зоне между опорами 18 и 19 (фиг.З) коленчатого вала 4, что обеспечивает их надежную работу и простоту монтажа.
Маслосистема компактна, все её составные части: откачивающий 12 и нагнетающий 13 маслонасосы, редукционный клапан 15, масляный фильтр 16, маслобак-радиатор 29, размещены на двух противоположных сторонах картера 1 и соединены каналами, вьшолненными непосредственно в его теле. Это позволяет сократить до минимума паразитные объёмы, выполнить простые уплотнения по плоскости, исключив тем самым многочисленные течевые дефекты, присущие конструкциям с навесными маслопроводами, обеспечив тем самым эффективную эксплуатацию и надёжность.
Поршни 6 перемещаются в цилиндрах 33 (фиг.2), монтируемых в безразьёмном картере 1, причём ось правого цилиндра расположена несколько выше, а ось левого настолько же ниже оси коленчатого вала 4, вращающегося против часовой стрелки. На выступающей части цилиндров 33 установлены головки 34 (фиг.2). Размещение V цилиндров 33 с поршнями 6 в теле жёсткого, безразъёмного картера 1 с установкой головок 34 на выступающей их части просто и надежно. Приводные цепи 8, звездочки 35 и 36 (фиг.1) приводов распределительных валов 9 размещены с противоположных сторон картера 1. Тем самым элементы кинематической связи коленчатого 4 и распределительных 9 валов находятся по разные стороны порщней 6. Такое размещение элементов кинематической связи коленчатого и распределительных валов с разных сторон порщней эффективно, тем самым обеспечивается простая и надежная конструкция двигателя внутреннего сгорания при малых затратах на его изготовление и эксплуатацию в различных условиях. Существенно для эксплуатации агрегатов также размещение магдино-генератора 37 (фиг. ) и топливного насоса 38 по разные стороны безразъёмного картера 1. Ротор магдино-генератора 37 размещен непосредственно па цапфе 39 коленчатого вала 4, что эффективно при эксплуатации. На другой цапфе 40 коленчатого вала 4 закреплена шестерня 41, сопряжённая с выходным валом 42, имеющим внутренние зубья 43, что существенно улучщает работу зубчатой передачи. Зубчатый венец внутреннего зацепления 43 выполпен заодно целое с выходным валом 42, что увеличивает надежность узла. Привод топливного насоса 38 осуществлен от выходного вала 42. Эксцентрик 44 (фиг.1) привода топливного насоса размещен между подщипниками опор 22 и 23 (фиг.З). На головках цилиндров 34 вьшолнены ребра 45 (фиг.2). На конце выходного вала 42 закреплён фланец 46 (фиг.1). Непосредственно на картере 1 установлен электростартёр 47(фиг.2) с муфтой свободного хода 48 (фиг. 1). Двигатель, работающий по 4х-тактному циклу, функционирует следующим образом. При запуске двигателя электростартёром 47 зубья муфты свободного хода 48 входят в зацепление с зубчатым венцом стартёрного диска 10, производя вращение коленчатого (коренного) вала 4 с угловой скоростью, обратно пропорциональной отнощению чисел зубьев на стартерном диске и муфте свободного хода. По заверщении запуска, при достижении зубьями стартёрного диска окружной скорости, превышающей окружную скорость зубьев муфты свободного хода, последняя выходит из зацепления с ними, а стартёрный диск теперь продолжает работать в качестве ротора окачивающего маслонасоса. - , w  f (Лц c/r СЛХ  Jt ,При вращении коленчатого (коренного) вала 4, имеющего 2 оппозитно расположенных кривошипа, вследствие возвратно-поступательного перемещения связанных с ним шатунами 5 поршней 6, в каждом цилиндре 33 двигателя поочерёдно в строгой последовательности происходит: такт 1 - всасывание через впускные клапаны 49 рабочей смеси, приготовленной системой питания 50; такт 2 - сжатие рабочей смеси в переменном объёме между стенками пилиндра 33, днищем поршня 6, головкой цилиндра 34 и воспламенение её в конце сжатия; такт 3 - быстрое сгорание рабочей смеси и расширение (рабочий ход) продуктов горения с передачей энергии расширения через поршень и шатун коленчатому валу 4; такт 4 - выпуск отработанных продуктов сгорания рабочей смеси через выпускные клапаны 51. Одноимённые такты повторяются в каждом цилиндре строго через 2 оборота (720°) коленчатого вала, чередуясь между цилиндрами через 1 оборот (360°) Таким образом, коленчатый вал совместно с шатунами и поршнями преобразует энергию расширения продуктов сгорания во врашательный (крутящий) момент, передаваемый выходному валу 42 через одноступенчатый зубчатый редуктор внутреннего зацепления. Одновременно коленчатый вал 4 через звёздочки 35, 36 и приводные цепи 8 вращает находящиеся в головках 34 распределительные валы 9, обеспечивающие, последовательное, синхронное открытие и закрытие газораспределительных клапанов 49 и 51 каждого цилиндра. Совместно с редукционным клапаном 15, фильтром тонкой очистки 16 и маслобаком-радиатором 29 откачивающий и нагнетающий масляные насосы 11, 13 обеспечивают подвод смазки: к опорам 18,19,20,21 коленчатого вала 4; к опорам 22,23 выходного вала 42; к опорам 25,26 распределительных валов 9; к местам силового контакта в зубчатом редукторе, приводе топливного насоса, приводах клапанов; и отвод вьщеляющегося в этих местах тепла, прокачку, очистку и охлаждение находящегося в маслосистеме масла. Система зажигания, состоящая из ротора магдино-генератора 37, статора магдиногенератора 52, высоковольтных трансформаторов 53, коммутатора 54 и свечей зажигания 55, обеспечивает воспламенение рабочей смеси в соответствии с порядком и режимом работы двигателя.