Двигатель внутреннего сгорания

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности касается двигателей внутреннего сгорания (ДВС) без кривошипно-шатунного механизма.

Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндрический картер с торцевыми фланцами и криволинейной канавкой замкнутого контура, выполненной на его внутренней боковой поверхности, установленные в полости картера вал отбора мощности, блок цилиндров, головки блока цилиндров, установленные в каждом из цилиндров оппозитно друг другу два поршня, связанные общим штоком, снабженным поперечным стержнем, два газораспределительных узла, системы охлаждения, зажигания и смазки. Блок цилиндров с головками выполнен в виде установленного концентрично с валом, вращающимся вместе с ним барабана с цилиндрами, в стенке каждого из которых на стороне, обращенной к боковой поверхности картера, выполнено продольное окно, через которое поперечный стержень соответствующего штока введен в канавку замкнутого контура. Газораспределительные узлы выполнены в виде установленных поверх головок блока цилиндров толстостенных дисков с отверстиями для свечей зажигания и впускными/выпускными каналами системы газораспределения.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания обладает высокой надежностью, достаточно компактен, имеет малую массу и высокую удельную (на единицу массы) мощность.

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности касается двигателей внутреннего сгорания (ДВС) без кривошипно-шатунного механизма.

Известны (см., например, патенты: RU 2118472, МПК⁶ F02B 75/24, F02B 75/32, F01B 3/04, опубликован 27.08.1998; RU 2160843, МПК⁷ F02B 75/26, опубликован 20.12.2000; RU 2196237, MПK⁷ F02B 75/32. F01B 3/04. опубликован 10.01.2003; RU 2296871, МПК⁶ F02B 75/26, F02B 75/32, F01B 3/04, опубликован: 10.04.2007) бесшатунные ДВС, в которых возвратно-поступательное движение поршней преобразуется во вращательное движение вала за счет организованного тем или иным способом взаимодействия поршней с канавкой замкнутого контура, выполненной па поверхности вала отбора мощности или связанной с валом втулки.

В общем случае, двигатели указанного типа содержат картер, по меньшей мере, два оппозитно закрепленных на картере цилиндра с установленными в них поршнями, связанными общим штоком, вал отбора мощности или кинематически связанная с валом втулка, механизм преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала, включающий контурную, обычно синусоидальную канавку, выполненную на поверхности вала или втулки, в которую подвижно, с возможностью скольжения вдоль ее контура, введен специальный, связанный с поршнем или его штоком элемент. Кроме того, указанные ДВС снабжены известными системами газораспределения, зажигания, охлаждения и смазки.

При работе двигателя, так же как и в традиционном ДВС, поршни в цилиндрах движутся возвратно-поступательно и. при этом элемент штокопоршневой группы перемещается вдоль канавки, раскручивая вал отбора мощности.

Хотя ДВС известного типа и различаются по компоновочным схемам и конструкциям отдельных узлов, однако большие габариты, конструктивная сложность, как следствие, низкие технологичность и малая надежность являются их общими недостатками.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является двигатель по патенту 2296871, содержащий цилиндрический картер с торцевыми фланцами и четырьмя расположенными в его полости равномерно по окружности продольными окнами, оппозитно которым на боковой поверхности картера закреплены направляющие планки с пазами, установленный в полости картера веретенообразный вал отбора мощности с замкнутой синусоидальной канавкой на боковой поверхности его центрального утолщения, служащего одновременно в качестве маховика, закрепленные на торцевых сторонах картера два, по меньшей мере, - восьмицилиндровых блока цилиндров с расположенными параллельно оси вала равномерно по окружности цилиндрами, установленные в цилиндрах попарно-оппозитно поршни, связанные Н-образными штоками, пропущенными сквозь отверстия в торцевых фланцах картера.

Механизм преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала включает жестко закрепленную на поперечных перемычках штоков ось с тремя роликами-кулачками, один из которых, ближайший к валу, вставлен в его синусоидальную канавку, а два других - в одно из продольных окон картера и оппозитный ему паз в направляющей планке.

Блоки цилиндров закрыты двумя головками блоков, в которых установлены впускной и выпускной коллекторы газораспределительной системы с соответствующими клапанами, механизмы топливоподачи, детали системы зажигания.

Двигатель работает следующим образом.

При сгорании топлива (рабочем ходе) в одном из цилиндров поршень перемещает штоки от одного крайнего положения к другому, при этом в трех других цилиндрах, объединенных этим штоком, происходят подготовительные такты - выпуск, впуск, сжатие. Передача энергии от рабочего поршня поршням с подготовительными тактами происходит через жесткую конструкцию штоков, а на вал отбора мощности - через ролик-кулачок, взаимодействующий с валом через посредство синусоидальной канавки на его поверхности.

За каждое перемещение штока из одного крайнего положения в другое вал проворачивается на 90°, т.е. за один полный оборот вала каждый шток совершает четыре возвратно-поступательных перемещения; при этом во всех, связанных с этим штоком цилиндрах происходят поочередно все четыре такта. Ролики, установленные в продольных окнах картера и в пазу направляющей планки, обеспечивают прямолинейное перемещение поршней со штоками, исключая перекосы и задиры поршней.

Недостатками данного двигателя являются относительная конструктивная сложность механизма преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала передаточного механизма, связанная с наличием большого количества взаимодействующих друг с другом деталей,

что, как следствие, обусловливает низкую надежность двигателя и его плохую восприимчивость к динамическим нагрузкам. Кроме того. двигатель имеет большие массу и габаритные размеры и нетехнологичен в производстве.

Недостатком известного ДВС является также его невысокая удельная (на единицу массы) мощность. Как известно, мощность двигателя определяется его литражом. Повышение литража требует, в свою очередь, увеличения либо диаметра цилиндров, что приводит к возрастанию размеров и массы блока цилиндров и, в конечном счете, двигателя, либо длины хода поршней и, соответственно, амплитуды синусоиды канавки, увеличение которой связано с необходимостью увеличения диаметра центрального утолщения вала, что опять-таки приводит к возрастанию размеров и массы двигателя.

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка относительно малогабаритного бесшатунного ДВС повышенной надежности.

Технические результаты полезной модели - малые масса и габариты двигателя, высокие надежность и удельная (на единицу массы) мощность.

Результаты полезной модели достигаются за счет того, что в ДВС, содержащем цилиндрический картер с торцевыми фланцами, установленные в полости картера вал отбора мощности, блок цилиндров с расположенными параллельно оси вала равномерно по окружности цилиндрами, головки блока цилиндров, установленные в каждом из цилиндров оппозитно друг другу два поршня, связанные общим штоком, механизм преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала, включающий взаимодействующие штоки поршней и криволинейную канавку замкнутого контура, два газораспределительных узла, системы охлаждения, зажигания и смазки, криволинейная канавка замкнутого контура выполнена на внутренней боковой поверхности картера, блок цилиндров представляет собой установленный концентрично с валом, жестко связанный с ним барабан с цилиндрами, в стенке каждого из которых на стороне, обращенной к боковой поверхности картера, выполнено продольное окно, а каждый из поршневых штоков снабжен поперечным стержнем, торец которого, через окно цилиндра, вставлен в канавку замкнутого контура, при этом газораспределительные узлы выполнены в виде установленных поверх головок блока цилиндров толстостенных дисков с отверстиями для свечей зажигания и впускными/выпускными каналами системы газораспределения.

Сущность полезной модели иллюстрируется нижеследующими рисунками: на фиг.1 приведено продольное сечение двигателя, на фиг.2 - газораспределительный узел.

Двигатель (фиг.1) содержит картер 1 с канавкой 2 и торцевыми фланцами 3, вал отбора мощности 4, блок цилиндров 5 с цилиндрами 6 и продольными окнами 7, головки цилиндров 8, поршни 9, штоки 10 с поперечными стержнями 11, газораспределительные узлы 12, с отверстиями 13 и каналами 14, 15. Газораспределительный узел (фиг.2) содержит отверстия для свечей 13, впускной 14 и выпускной 15 каналы.

Двигатель работает следующим образом.

При сгорании топлива (рабочий ход) в одном из цилиндров 6 поршень 9 вместе с соответствующим штоком 10 перемещается из одного крайнего положения в другое, при этом поперечный стержень 11 штока движется поступательно в соответствующем окне 7 блока цилиндров 5, а его вставленный в канавку 2 торец, скользя вдоль последней. обеспечивает вращение вала 4 вместе с закрепленном на нем блоком цилиндров 5. При вращении вала вместе с закрепленным на нем блоком цилиндров боковые стержни других штоков, перемещаясь в соответствующих окнах блока цилиндров, приводят в движение другие поршни двигателя, при этом в соответствующих им цилиндрах происходят подготовительные такты рабочего цикла двигателя. За один оборот вала каждая пара оппозитных поршней 9 совершает четыре возвратно поступательных движения, что соответствует двум полным рабочим циклам традиционного четырехтактного поршневого ДВС.

При работе двигателя каждый из цилиндров 6, перемещаясь по окружности, дважды последовательно проходит под впускным каналом 14. свечой зажигания 13 и выпускным каналом 15 газораспределительного узла в моменты, соответственно, впуска рабочей смеси, ее максимального сжатия и выпуска отработанных газов.

Использование в предлагаемом ДВС вращающегося вместе с валом блока цилиндров, обладающего достаточно высоким моментом инерции, позволило исключить из конструкции двигателя маховик, уменьшив тем самым массу двигателя.

Выполнение криволинейной канавки на внутренней поверхности картера, с одной стороны, позволило минимизировать боковые нагрузки на нее со стороны стержней штоков, уменьшив тем самым ее износ и обеспечив повышение надежности и увеличение рабочего ресурса двигателя, с другой стороны, за счет увеличения диаметра поверхности, на которой выполнена канавка, увеличить размах ее амплитуды, и, соответственно, рабочий ход поршней, что при тех же массо-габаритных характеристиках позволило повысить удельную мощность двигателя.

Кроме того, предлагаемая конструкция газораспределительных узлов двигателя при всей ее простоте обеспечила достаточную эффективность и высокую надежность системы газораспределения.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический картер с торцевыми фланцами, установленные в полости картера вал отбора мощности, блок цилиндров с расположенными параллельно оси вала равномерно по окружности цилиндрами, головки блока цилиндров, установленные в каждом из цилиндров оппозитно друг другу два поршня, связанные общим штоком, механизм преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала, включающий взаимодействующие штоки поршней и криволинейную канавку замкнутого контура, два газораспределительных узла, системы охлаждения, зажигания и смазки, отличающийся тем, что криволинейная канавка замкнутого контура выполнена на внутренней боковой поверхности картера, блок цилиндров представляет собой установленный концентрично с валом, жестко связанный с ним барабан с цилиндрами, в стенке каждого из которых на стороне, обращенной к боковой поверхности картера, выполнено продольное окно, а каждый из поршневых штоков снабжен поперечным стержнем, торец которого через окно цилиндра вставлен в канавку замкнутого контура, при этом газораспределительные узлы выполнены в виде установленных поверх головок блока цилиндров толстостенных дисков с отверстиями для свечей зажигания и впускными/выпускными каналами системы газораспределения.