Привод ДВС, снабженный механизмами Рёло
INTERNAL COMBUSTION ENGINE DRIVE EQUIPPED WITH REULEAUX MECHANISMS

Изобретение относится к поршневым машинам с кривошипно-шатунным механизмом привода и может быть использовано в их конструкциях.
Известен поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с приводом, содержащим картер, цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал [1].
В четырехтактных ДВС поступательное движение поршня через шатун преобразуется во вращательное движение коленчатого вала в ряде последовательных подготовительных процессов, в совокупности, образующих рабочий цикл: впуск - сжатие - сгорание смеси воздуха и топлива (рабочий ход) - выпуск. Рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала.
Известен кривошипно-ползунный четырехзвенный прямолинейно-направляющий механизм  [2], в котором точка, находящаяся на окружности, проходящей через точки ползунов, находящихся в направляющих и точку пересечения осей направляющих, описывает прямолинейную траекторию, проходящую через точку пересечения осей ползунов, а в частном случае, при совпадении ее с точкой пересечения осей ползунов, описывает прямолинейную траекторию, перпендикулярную к оси, образующей равные углы с осями направляющих.
Задачей предлагаемого изобретения является создание компактного ДВС высокой удельной мощности с механизмом привода, обеспечивающего двустороннюю передачу нагрузок шатуну, передаваемых им на коленчатый вал в циклах «рабочий ход».
Технический результат достигается снабжением ДВС с приводом, содержащим картер, цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал механизмом, содержащим шарнирно соединенные посредством коромысел ползуны и направляющие, в котором ползуны заменены поршнями, а направляющие - цилиндрами.
На Фиг. 1 показана упрощенная модель единичного блока ДВС в разрезе по осям цилиндров, содержащая картер, средний цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал, снабженная, содержащими шарнирно соединенные посредством коромысел ползуны и направляющие, образующие механизмы  в которых ползуны заменены поршнями, а направляющие - цилиндрами. Элементы, не относящиеся к предмету данного изобретения, на модели не показаны.
На Фиг. 2 показана упрощенная модель единичного блока ДВС в разрезе по осям цилиндров, содержащая картер, средний цилиндр с ползуном и направляющими, шатун, коленчатый вал, снабженная, содержащими шарнирно соединенные посредством коромысел ползуны и направляющие, образующие механизмы  в которых ползуны заменены поршнями, а направляющие - цилиндрами. Элементы, не относящиеся к предмету данного изобретения, на модели не показаны.
На Фиг. 3 показана упрощенная, частично детализованная модель многоблочного ДВС, содержащая картер, цилиндры, поршни, шатуны, коленчатый вал, в рядном исполнении средних цилиндров. Элементы, не относящиеся к предмету данного изобретения, на модели не показаны.
На Фиг. 4 показана частично детализованная модель многоцилиндрового ДВС с одним поршнем в среднем цилиндре и четырьмя парами боковых поршней без элементов, не относящихся к предмету данного изобретения.
На Фиг. 5 показана модель компоновки двух ДВС с редуктором между ними.
ДВС, фиг. 1, с приводом, содержащим картер, цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал, снабженный, содержащими шарнирно соединенные посредством коромысел ползуны и направляющие, образующие механизмы  в которых ползуны заменены поршнями, а направляющие - цилиндрами, состоит из картера 1, в котором установлены средний цилиндр 2 и боковые цилиндры 3, а также коленчатый вал 4, имеющий шарнирную связь посредством шатуна 5 со штоком 6, который шарнирно соединен с коромыслами 7, на которых шарнирно установлены поршни 8, помещенные в боковые цилиндры 3. В средний цилиндр 2 помещен поршень 9, соединенный со штоком 6.
Работа ДВС с указанным выше приводом заключается в преобразовании возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение выходного вала и происходит следующим образом.
В установленных в картер 1 среднем цилиндре 2 и боковых цилиндрах 3, поршни 8 и 9, имеющие возможность перемещения и получающие энергию от теплового расширения газов, посредством штока 6 и коромысел 7 через шатун 5 передают движение на коленчатый вал 4, заставляя его вращаться. Особенностью работы данного ДВС является то, что в боковых цилиндрах 3, образующих механизмы  организованы и одновременно происходят одноименные рабочие процессы, отличные от процесса в среднем цилиндре 2, что обеспечивает равномерное чередование рабочих тактов и способствует равномерному распределению боковых нагрузок, передаваемых посредством штока 6 и связанного с ним поршня 9 на стенки среднего цилиндра 2, а также уменьшает усилия, стремящиеся сместить и повернуть ось штока 6, связанного с шатуном 5 от оси симметрии коромысел 7. В боковых цилиндрах 3 рабочие процессы происходят как при прямом, так и при обратном перемещении штока 6, передающего усилия на шатун 5, в обоих направлениях. В среднем цилиндре 2 вместо поршня 9 может быть установлен ползун 10, взаимодействующий с направляющей 11 (см. фиг. 2).
Коромысло 7 входит во вращательные пары А и В с ползунами (поршнями 8), скользящими в неподвижных направляющих b-b и d-d (скользящими в цилиндрах 3). При движении поршня 8 (ползуна) в цилиндре 3 (в направляющих b-b) точка С коромысла 7, совпадающая с точкой пересечения осей направляющих b-b и d-d (совпадающая с точкой пересечения осей цилиндров 3) описывает прямолинейную траекторию а-а, перпендикулярную к оси Ох, образующей равные углы α с осями направляющих b-b и d-d. Таким образом, привод ДВС оснащен кривошипно-ползунным четырехзвенным прямолинейно-направляющим механизмом  что подтверждается графически и проверено объемным моделированием.
Ход поршня L(cp.) в среднем цилиндре определяется по формуле:
L(cp.)=2R, где R - радиус кривошипа коленчатого вала.
Ход поршня L(бок.) в боковом цилиндре определяется по формуле:
L(бок.)=2R Sinα, где R - радиус кривошипа коленчатого вала, α - 0,5 угла между осями боковых цилиндров (см. фиг. 1).
Рабочий объем среднего цилиндра для выравнивания усилий, передаваемых его поршнем посредством штока и шатуна на коленчатый вал, с суммарными усилиями, передаваемыми на шатун двумя поршнями в боковых цилиндрах, должен быть, примерно, равен суммарному рабочему объему боковых цилиндров, что обеспечит равномерную нагрузку на шатун во всех тактах работы двигателя.
Единичные блоки ДВС, с целью повышения мощности, могут быть соединены в многоблочный агрегат с общим картером и единым коленчатым валом (см. фиг. 4).
Для уравновешивания двух ДВС, например, в двухмоторном летательном аппарате, может быть использован принцип взаимного гашения колебаний одинаковых встречно движущихся масс, при их симметричном расположении по отношению к редуктору 12, имеющему выходной вал 13, на который они передают крутящий момент (см. фиг. 5).
Источники информации
1. А.С. Орлин, М.Г. Круглов, «Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей», Москва, «Машиностроение», 1990, стр. 5, 6.
2. И.И. Артоболевский, «Механизмы в современной технике» в 7 томах, том 2, Москва, «Наука», 1979, стр. 473, 474, механизмы 1471, 1472.