Двигатель внутреннего сгорания
Сущность: двигатель содержит по меньшей мере четыре цилиндра с размещенными в них поршнями 2, траверсы 3, установленные в корпусе 4 на оси 5 с возможностью качения, вал 6, связанный с траверсами 3 при помощи кривошипно-шатунного механизма и расположенный в плоскости симметрии качения траверс 3, причем последние установлены в противофазе одна относительно другой, вал 6 расположен между цилиндрами, каждая траверса 3 шарнирно связана с кривошипом механизма при помощи шатуна, шарниры крепления шатунов с траверсами расположены по обе стороны от плоскости симметрии качания и на одинаковом расстоянии от последней, а угол между кривошипами равен углу между линиями, соединяющими центры шарниров с осью вала 6 при положении поршней 2 в мертвой точке. Компоновка двигателя позволяет улучшить массо-габаритные показатели при достижении его уравновешенности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, отличающимся связями между поршнями и коленчатым валом.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрами, поршнями и их штоками, коленчатый вал с кривошипом, соединенным с шатуном, и траверсу, имеющую закрепленную в корпусе ось и связанную с шатуном через шарнир [1]. В данном техническом решении создание двигателей с числом рабочих объемов более одного предусмотрено только за счет использования поршней с двумя рабочими поверхностями. При этом в рабочих объемах двигателя, ограниченных различными рабочими поверхностями одного поршня, рабочие процессы протекают по идентичным законам, что негативно сказывается на эффективных показателях двигателя в целом, в первую очередь, на его топливной экономичности. Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере четыре цилиндра с размещенными в них поршнями, траверсы, установленные в корпусе на оси с возможностью качания, и вал, связанный с траверсами при помощи кривошипно-шатунного механизма и расположенный в плоскости симметрии качания траверс [2]. В указанном двигателе траверсы движутся синфазно, что вызывает значительные по величине неуравновешенные силы инерции как первого, так и второго порядков, а также моменты сил инерции. Кроме того, расположение вала вне блока цилиндров увеличивает габариты двигателя и ухудшает его массогабаритные показатели. Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей двигателя при одновременном обеспечении уравновешенности. Эта цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере четыре цилиндра с размещенными в них поршнями, траверсы, установленные в корпусе на оси с возможностью качания, и вал, связанный с траверсами при помощи кривошипно-шатунного механизма и расположенный в плоскости симметрии качания траверс, траверсы установлены в противофазе одна относительно другой, вал расположен между цилиндрами, а каждая траверса шарнирно связана с кривошипом механизма при помощи шатуна, причем шарниры крепления шатунов с траверсами расположены по обе стороны от плоскости симметрии качания и на одинаковом расстоянии от последней, а угол между кривошипами равен углу между линиями, соединяющими центры шарниров траверс с осью вала при расположении поршней в мертвой точке. Угол между кривошипами равен 70-120о. При таком выполнении двигателя обеспечивается идентичное протекание рабочих процессов в каждом из четырех цилиндров, и уравновешенность двигателя, а расположение вала между цилиндрами и выполнение угла между цилиндрами равным 70-120о позволяет уменьшить габаритные ширину и высоту двигателя. Следствием этого является улучшение массогабаритных показателей двигателя при одновременном обеспечении уравновешенности. На фиг. 1 показан поперечный разрез двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - продольный разрез; на фиг.3 - кинематическая схема двигателя. Двигатель содержит корпус 1 с четырьмя цилиндрами 2, два из которых расположены по одну сторону от вертикальной продольной плоскости симметрии, проходящей через ось 3 коленчатого вала 4, а два - по другую сторону от этой плоскости. В цилиндрах размещены поршни 5 со штоками 6. Коленчатый вал, ось которого перпендикулярна осям цилиндров, размещен в корпусе по высоте приблизительно на уровне между нижним и верхним концами штоков при положении поршней в ВМТ. Коленчатый вал имеет два кривошипа 7 и 8, связанные посредством шатунов 9 и 10 через шарниры 11 и 12 с перекрещивающимися относительно друг друга траверсами 13 и 14. Шарниры 11 и 12 расположены по обе стороны от упомянутой продольной плоскости симметрии - плоскости симметрии качания траверс на одинаковом расстоянии от нее. Каждая траверса 13 и 14 соединена посредством шарниров 15 и 16 со штоками пары поршней цилиндров, которые расположены по обе стороны от упомянутой продольной плоскости симметрии. Траверсы имеют закрепленные в корпусе неподвижные оси 17 и 18, которые расположены на одной прямой в упомянутой плоскости ниже оси коленчатого вала параллельно ей. Кривошипы 7 и 8 коленчатого вала расположены в разных плоскостях. Угол![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
1. Силы инерции масс М1, движущихся возвратно-качательно. 2. Силы инерции масс М2, движущихся возвратно-поступательно. 3. Силы инерции вращающихся масс М3. К массам М1, движущимся возвратно-качательно, относятся массы траверс 13 и 14, шарниров 11 и 12 с частями масс шатунов 9 и 10, приведенными к центрам шарниров 11 и 12. Массы М1 могут быть условно представлены сосредоточенными по обе стороны каждой траверсы 13 или 14 на одинаковом расстоянии от осей 17 или 18. Таким образом, каждая траверса является балансиром, статически уравновешенным относительно своей оси. К массам М2, движущимся возвратно-поступательно, относятся массы поршней 5 и штоков 6. К вращающимся массам М3 относятся массы кривошипов 7 и 8 и массы кривошипных головок шатунов 9 и 10. Горизонтальная и вертикальная составляющие сил инерции масс М1, движущихся возвратно-качательно, равны нулю. У каждой траверсы имеется неуравновешенный момент сил инерции масс М1, расположенный в плоскости качания траверсы. В связи с тем, что траверсы 13 и 14 совершают перекрестное движение с фазовым сдвигом 180о, моменты сил инерции масс М1 каждой траверсы в любой момент времени равны по величине и противоположно направлены. Поэтому в заявляемом двигателе массы М1, движущиеся возвратно-качательно, уравновешены. При работе двигателя поршни 5 со штоками 6, связанные с одной траверсой 13 или 14, совершают движение с фазовым сдвигом 180о. Такой же фазовый сдвиг имеют поршни со штоками, расположенные в цилиндрах, оси которых лежат в плоскостях, параллельных продольной плоскости симметрии двигателя. Поэтому пара масс М2, движущихся возвратно-поступательно, соединенная, например, с траверсой 13, имеет неуравновешенный момент сил инерции в плоскости качания данной траверсы. Другая пара масс М2, соединенная с траверсой 14, имеет такой же по величине, но противоположно направленный момент сил инерции. Следовательно, в заявляемом двигателе массы М2, движущиеся возвратно-поступательно, уравновешены. Уравновешивание сил инерции вращающихся масс М3 осуществляется с помощью противовесов (не показаны) на коленчатом валу так же, как это имеет место в двигателях с традиционным кривошипно-шатунным механизмом. Для оценки массогабаритных показателей заявляемого двигателя используем кинематические габариты - отнесенные к ходу поршня расстояния между предельными (крайними) положениями, занимаемыми звеньями силового механизма при совершении рабочего хода. Кинематическая длина L - расстояние между центрами передней и задней коренных опор коленчатого вала. Кинематическая ширина B - максимальное расстояние между образующими цилиндров, лежащими в плоскости поперечного сечения двигателя. Кинематическая высота H - расстояние между осью поршневого пальца в крайнем верхнем положении и центром шарнира 15 в крайнем нижнем положении. Установлено, что при уменьшении угла между кривошипами
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
sin Z = (S/2l) . tg
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
l - длина штока 6,
S - максимальная величина хода поршня 5. Согласно формуле (3), если угол
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3