ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КАЧАЮЩИМСЯ ЦИЛИНДРОМ
FOUR-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH SWINGING CYLINDER

Изобретение относится к машиностроению, в частности к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортном и стационарном двигателестроении.
Известен четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с принудительной продувкой (патент РФ на изобретение №2310080, опубл. 10.11.2007, бюл. №31), содержащий картер (корпус), цилиндр с кольцеобразной полостью, коленчатый вал с двумя эксцентриками, поршни, шатуны, головку цилиндра и газораспределительный механизм. На картере установлен цилиндр с кольцеобразной полостью и лепестковым клапаном во впускном канале. Коленчатый вал связан основным шатуном с рабочим поршнем, а на эксцентриках коленчатого вала установлены дополнительные шатуны, связанные с кольцеобразным продувочным поршнем. Впускной канал головки цилиндра соединен посредством соединительного канала с объемом, образованным кольцеобразной полостью цилиндра и кольцеобразным продувочным поршнем.
Известен четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (патент РФ на изобретение №2028471, опубл. 09.02.1995), который содержит цилиндр, размещенный в нем поршень, связанный с коленчатым валом при помощи шатуна, картерную полость, сообщенную с атмосферой при помощи впускного канала с запорным органом, и перепускной канал с входным и выходным отверстиями, расположенный с возможностью соединения картерной полости с камерой сгорания при положении поршня в нижней мертвой точке, причем во входном отверстии установлен обратный клапан, а выходное снабжено запорным органом, выполненным в виде цилиндрической золотниковой втулки, связанной с кривошипным валом при помощи шарового шарнира.
Недостатком известных двигателей является высокий износ поршня и цилиндра, что приводит к снижению долговечности, надежности и эффективности их работы.
Изобретение направлено на повешение долговечности, надежности и эффективности работы двигателя за счет уменьшения его износа.
Это достигается тем, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся цилиндром содержит неподвижный корпус, на котором установлен связанный с поршнем через кривошипно-шатунный механизм, и возможностью качания цилиндр. На цилиндре выполнены впускные и выпускные каналы и соответствующими им клапаны, отверстие для свечи зажигания и установлено храповое колесо с четырьмя зубьями, на котором выполнены выступы впуска, выпуска и зажигания. На корпусе установлены две собачки механизма газораспределения и выполнены входное отверстие для горючей смеси и выходное отверстие для выхлопных газов.
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежами на фиг. 1 изображен внешний вид двигателя; фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; фиг. 3 - вид сверху на фиг. 1; фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3; фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 3; фиг. 6 - вид сверху разреза Д-Д фиг. 1 на цилиндр; фиг. 7 - вид снизу Г-Г фиг. 1 на храповое колесо; фиг. 8 - вид выступа на храповом колесе сбоку; фиг. 9 - схема работы двигателя.
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с качающимся цилиндром, содержит неподвижный корпус 1, на котором расположены кривошипно-шатунный механизм 2 с маховиком 3 и поршень 4 со штоком 5. На корпусе 1 установлены две собачки 6 и 7 механизма газораспределения и выполнены входное отверстие 8 для горючей смеси и выходное отверстие 9 для выхлопных газов с двумя золотниками, соответственно, 10 и 11. Цилиндр 12 установлен на корпусе с возможностью качания на двух опорных полуосях 13. На цилиндре выполнен впускной канал 14 для горючей смеси и выпускной канал 15 для выхлопных газов, в которых установлены впускной клапан 16 для горючей смеси и выпускной клапан 17 для выхлопных газов. На стержнях клапанов 16 и 17 расположены ролики 18, выполнены отверстия для свечи зажигания 19 и установлен контакт зажигания 20. На цилиндре закреплена ось 21, на которой установлено храповое колесо 22 механизма газораспределения с зубьями 23, 24, 25, 26. На храповом колесе выполнены выступ впуска 27 горючей смеси, выступ выпуска 28 выхлопных газов и выступ зажигания 29 для замыкания контакта зажигания 20.
Качаясь на опорных полуосях 13 во время работы двигателя, цилиндр совершает колебательное движение - одно полное колебание за один оборот кривошипно-шатунного механизма, а храповое колесо, установленное на оси за это время совершает половину оборота. Таким образом, за два оборота маховика двигателя, храповое колесо совершает один оборот, что дает возможность установить на храповом колесе органы управления газораспределением и зажиганием при четырехтактном цикле работы двигателя.
ДВИГАТЕЛЬ РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ.
При работе двигателя поршень 4 совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра 12, а сам цилиндр 12 качается на опорных полуосях 13, при этом храповое колесо 22, установленное на оси 21 в верхней части цилиндра 12, с помощью собачек 6, 7 совершает вращательное движение вокруг оси 21 и выступами 27, 28, 29 управляет впускным клапаном 16, выпускным клапаном 17 и контактом зажигания 20. Таким образом осуществляется четырехтактный цикл работы двигателя.
ИСХОДНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ (фиг. 2, фиг. 3).
Поршень 4 находится в верхней мертвой точке, а ось 21 храпового колеса 22 находится в среднем положении, при этом собачка 6 зацеплена за зуб 26, а собачка 7 за зуб 24, при этом выступ впуска 27 и выступ выпуска 28 храпового колеса 22 расположены так, что они не нажимают на ролики 18 впускного клапана 16 и выпускного клапана 17, то есть они закрыты.
ТАКТ ВПУСКА (фиг 9).
Из исходного положения маховик 3, обладая моментом инерции от предыдущего цикла, поворачивается против часовой стрелки от 0° до 90°, при этом цилиндр 12 вместе с осью 21 поворачивается направо, а храповое колесо 22, удерживаемое собачкой 6, поворачивается вокруг зуба 26, а собачка 7 выходит из зацепления с зубом 24, и так до тех пор, пока собачка 7 не зайдет в зацепление с зубом 23, при этом храповое колесо 22 повернулось от 0° до 45°. В начале поворота храповое колесо 22 своим выступом впуска 27 наезжает на ролик 18 впускного клапана 16 и открывает клапан. Далее продолжается такт впуска. Маховик 3, продолжая движение против часовой стрелки от 90° до 180°, при этом цилиндр 12 вместе с осью 21 поворачивается налево, а храповое колесо 22 одерживаемое собачкой 7, поворачивается вокруг зуба 23, а собачка 6 выходит из зацепления с зубом 26, и так до тех пор, пока собачка 6 не зайдет в зацепление с зубом 25, при этом храповое колесо 22 повернулось от 45° до 90°. Когда ролик 18 сходит с выступа впуска 27 храпового колеса 22, впускной клапан 16 закрывается. На этом такт впуска завершен и начинается такт сжатия.
ТАКТ СЖАТИЯ (фиг. 9).
Маховик 3 поворачивается против часовой стрелки от 180° до 270°, при этом цилиндр 12 вместе с осью 21 поворачивается налево, а храповое колесо 22, удерживаемое собачкой 7, поворачивается вокруг зуба 23, а собачка 6 выходит из зацепления с зубом 25, и так до тех пор пока собачка 6 не зайдет в зацепление с зубом 24, при этом храповое колесо 22 повернулось от 90° до 135°. Далее продолжается такт сжатия. Маховик 3, продолжая движение против часовой стрелки от 270° до 360°, при этом цилиндр 12 вместе с осью 21 поворачивается направо, а храповое колесо 22, удерживаемое собачкой 6, поворачивается вокруг зуба 24, а собачка 7 выходит из зацепления с зубом 23, и так до тех пор, пока собачка 7 не зайдет в зацепление с зубом 26, при этом храповое колесо 22 повернулось от 135° до 180° и своим выступом зажигания 29 замыкает контакт зажигания 20. Начинается такт рабочего хода.
ТАКТ РАБОЧЕГО ХОДА (фиг. 9).
Маховик 3 поворачивается против часовой стрелки от 360° до 450°, при этом цилиндр 12 вместе с осью 21 поворачивается направо, а храповое колесо 22, удерживаемое собачкой 6, поворачивается вокруг зуба 24, а собачка 7 выходит из зацепления с зубом 26, и так до тех пор пока собачка 7 не зайдет в зацепление с зубом 25, при этом храповое колесо 22 повернулось от 180° до 225°. Далее продолжается такт рабочего хода. Маховик 3, продолжая движение против часовой стрелки от 450° до 540°, при этом цилиндр 12 вместе с осью 21 поворачивается налево, а храповое колесо 22, удерживаемое собачкой 7, поворачивается вокруг зуба 25, а собачка 6 выходит из зацепления с зубом 24, и так до тех пор, пока собачка 6 не зайдет в зацепление с зубом 23, при этом храповое колесо 22 повернулось от 225° до 270°. На этом такт рабочего хода завершен и начинается такт выпуска.
ТАКТ ВЫПУСКА (фиг. 9).
Маховик 3 поворачивается против часовой стрелки от 540° до 630°, при этом цилиндр 12 вместе с осью 21 поворачивается налево, а храповое колесо 22, удерживаемое собачкой 7, поворачивается вокруг зуба 25, а собачка 6 выходит из зацепления с зубом 23 и выступ выпуска 17 храпового колеса 22 наезжает на ролик 18 выпускного клапана 28, и так до тех пор пока собачка 6 не зайдет в зацепление с зубом 26, при этом храповое колесо 22 повернулось от 270° до 315°. Далее продолжается такт выпуска. Маховик 3, продолжая движение против часовой стрелки от 630° до 720°, при этом цилиндр 12 вместе с осью 21 поворачивается направо, а храповое колесо 22, удерживаемое собачкой 6, поворачивается вокруг зуба 26, а собачка 7 выходит из зацепления с зубом 25, и так до тех пор, пока собачка 7 не зайдет в зацепление с зубом 24, а выступ выпуска 17 храпового колеса 22 съедет с ролика 18 выпускного клапана 28, и закроет клапан, при этом храповое колесо 22 повернулось от 315° до 360°. На этом такт выпуска завершен. Двигатель пришел в исходное положение.
Благодаря предложенному техническому решению, обеспечивающему качание цилиндра вместе с поршнем, исключается эксцентричность кривошипно-шатунного механизма и тем самым уменьшается трение между цилиндром и поршнем. Это в свою очередь повышает долговечность, надежность и эффективность работы двигателя.