Двигун внутрішнього згоряння

Изобретение относится к аксиальнопоршневым машинам, к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Преимущественная область его использования - машиностроение и сельхозмашиностроение. Известна аксиально-поршневая машина, включающая цилиндры с поршнями, попарно соединенными штоками, шатуны-ползуны, входящие в цилиндрические пазы наклонной шайбы, установленной на коленчатом валу машины. Недостатком данной машины является нетехнологичность и сложность конструкции коленчатого вала, шарнирных соединений шатунов-ползунов с наклонной шайбой и штоками поршней. Кроме того, расход, степень сжатия этой машины является величиной постоянной, определяемой геометрическими размерами конструкции машины (А.с. СССР №44732, 1934г.). Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок с расположенными по окружности цилиндрами и окнами газораспределительного механизма, поршни, попарно соединенные штоками с шарнирами крестовинами, наклонную шайбу, установленную на валу двигателя (Патент США №4313404, 1982г.). Недостатком данной конструкции является сложность и нетехнологичность, обусловленная наличием штоком с шарнирами крестовинами и невозможность изменения степени сжатия. Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является поршневая машина, содержащая блок аксиально расположенных цилиндров с поршнями и соединенными шарнирно с наклонной шайбой, установленной на наклонной оси с двумя цапфами с подшипниками и системой газораспределения (Патент Франции №25389, прототип). Недостатком данной конструкции является сложность и нетехнологичность деталей, малая удельная мощность. Кроме того, степень сжатия и величина хода поршня этой машины является величиной постоянной, определяемой геометрическими размерами ряда деталей машины. В основу настоящего изобретения положена задача создать двигатель внутреннего сгорания, кинематическая схема которого позволила бы обеспечить регулирование в процессе работы величины хода поршней, степень сжатия, при технологичности конструкции всех деталей, что позволяет обеспечить экономичность конструкции, уменьшение пускового момента и увеличение удельной мощности двигателя относительно известных конструкций. Эго достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем блок аксиально расположенных цилиндров с поршнями, соединенными, с наклонной шайбой, установленной на валу, систему газораспределения с головой блока, согласно заявляемому изобретению вал выполнен с цилиндрическим шарниром, причем на верхнем полуколене с опорным рычагом, опирающимся на опорную гильзу, установлена наклонная шайбашестерня, соединенная с горизонтальной шестерней с передаточным отношением при этом горизонтальная шестерня и нижнее полуколено выполнены с возможностью регулируемого осевого перемещения, а опорная гильза выполнена с возможностью осевого перемещения для обеспечения ее упора в опорный рычаг, а на головке блока системы газораспределения размещен сепаратор с попарно выполненными о нем отверстиями впуска и выпуска, колпак с круговыми концентричными пазами впуска и выпуска и расположенным между ними распределителем с двумя концентричными и смещенными относительно друг друга отверстиями впуска и выпуска, при этом распределитель соединен с верхним полуколеном посредством кинематической связи с передаточным отношением выполнение наклонной шайбы в виде шестерни и расположение ее на верхнем полуколене при изменении угла наклона его, позволяет регулировать в процессе работы величину хода поршня. Возможность регулируемого осевого перемещения горизонтальной шестерни и нижнего полуколена обеспечивает установку соответствующей степени сжатия при различных величинах хода поршней или при различных видах горючего. Система газораспределения обеспечивает более высокое качество газообмена в цилиндрах за счет увеличенной площади отверстий впуска, выпуска в сепараторе. На фиг.1 дан общий вид двигателя в разрезе; на фиг.2 - разрез по плоскости А - А; на фиг.3 горизонтальная проекция сепаратора; на фиг.4 горизонтальная проекция головки блока; на фиг.5 - горизонтальная проекция распределителя; на фиг.6 - две проекции колпака. Вал двигателя состоит из нижнего полуколена 1 и верхнего полуколена 2, соединенных цилиндрическим шарниром 3. На верхнем валу 2 установлена наклонная шайба-шестерня 4 с шатунами 5 и поршнями 6. Опорный рычаг 7 верхнего вала 2 содержит ролик 8, контактирующий с поверхностью 9 опорной гильзы 10. Наклонная шайба-шестерня 4 имеет зубчатое соединение с передаточным отношением и с переменным углом зацепления с горизонтальной шестерней 11, которая установлена на неподвижных направляющих пальцах 12 и имеет упорную резьбу 13 для соединения с имеющим возможность вращения без осевого перемещения кольцом 14. Опорная гильза 10 контактируете кольцом 15, которое установлено на неподвижных направляющих пальцах 15 и имеет упорную резьбу 17 с имеющим возможность вращения без осевого перемещения кольца 18. Нижнее полуколено 1 контактирует с кольцом 19, которое установлено на неподвижных направляющих пальцах 20, имеет упорную резьбу 21 для соединения с имеющим возможность вращения без осевого перемещения кольцом 22, Система газораспределения содержит головку блока 23 с установленным на ней сепаратором 24 с попарно выполненными в нем отверстиями выпуска и впуска 25, колпак 26 головки блока 23 с круговыми концентричными пазами всасывания или выхлопа 27 и расположенными между ними распределителям 28 с двумя концентричными и смещенными относительно друг друга отверстиями впуска и выпуска 29. Распределитель 28 имеет кинематическую связь с верхним полуколеном 2 посредством муфты с пазом 30 вала привода системы газораспределения 31 и шестерен 32 с передаточным отношением валу привода 31 и распределитель 28. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению заключается в следующем. Запуск предлагаемого двигателя производится при соосном расположении верхнего 2 и нижнего 1 полуколен, при этом наклонная шайба-шестерня 4 занимает горизонтальное положение, а все поршни 6 занимают положение между верхней и нижней мертвыми точками на одном уровне. При вращении вала поршни 6 не имеют возвратнопоступательного движения, это обеспечивает существенное уменьшение пускового момента. По достижению необходимых рабочих оборотов коленвала, горизонтальная шестерня 11 посредством вращения кольца 14 перемещается вниз вдоль своей оси, что дает возможность верхнему полуколену 2 с шайбой-шестерней 4 принять наклонное положение относительно оси нижнего полуколена 1; при этом правый поршень 6 занимает положение нижней мертвой точки, а левый поршень 6 занимает положение верхней мертвой точки. При вращении верхнего полуколена 2 точка зацепления шайбы-шестерни 4 и горизонтальной шестерни 11 движется по окружности вдоль зубьев горизонтальной шестерни 11. Передаточное отношение между наклонной шайбой-шестерней 4 и горизонтальной шестерней 11 обеспечивает движение шайбы-шестерни 4 без вращения относительно поршней 6, а величина наклона оси верхнего полуколена 2 к оси нижнего полуколена 1 определяет величину хода поршней 6. В момент запуска величина хода поршней 6 устанавливается минимальной и определяется необходимой мощность запуска. Для кинематического замыкания механизма кольцо 15 вместе с опорной гильзой 10 перемещается вверх по своей оси до упора поверхностью 9 в ролик 8 посредством вращения кольца 18. Для увеличения мощности двигателя горизонтальная шестерня 11 опускается и занимает нижнее положение за счет вращения кольца 14, а угол наклона шайба-шестерня 4 увеличивается, что дает увеличение хода поршней 6. Для кинематического замыкания механизма кольцо 15 вместе с опорной гильзой 10 перемещается вверх по своей оси до упора поверхностью 9 в ролик 8. Таким образом регулировка мощности двигателя обеспечивается изменением величины хода поршней 6. Для установления соответствующей степени сжатия и ее регулировки кольцо 19 посредством вращения кольца 22 вместе с нижним полуколеном 1 перемещается вверх или вниз, причем вращением кольца 14 обеспечивается кинематическая связь между шайбой-шестерней 4 и горизонтальной шестерней 11, а вращением кольца 18 обеспечивается упор поверхности 10 в ролик 8. Работа системы газораспределения заключается в следующем. При запуске двигателя шайба-шестерня 4 установлена горизонтально, поршни 6 не имеют движения, а распределитель 28, вращаясь, посредством муфты с пазом 30, вала привода системы газораспределения 31 и шестерен 32, поочередно в соответствии с работой механизма, подсоединяет каждый цилиндр поршней 6 к концентричным пазам впуска и выпуска 27 клапана 26 или оставляет цилиндры поршней 6 герметично закрытыми на тактах сжатия и рабочий ход. При наклоне верхнего полуколена 2 на некоторый угол относительно оси нижнего полуколена 1 поршни 6, совершая возвратнопоступательное движение, будут производить в соответствии с работой механизма или всасывание рабочей смеси или сжатия ее, или выхлоп. Поскольку полный цикл: всасывание, сжатие, рабочий ход, выхлоп поршни б совершают за два оборота коленвала, а работу системы газораспределения распределитель 28 обеспечивает за один оборот, то для работы механизма газораспределения шестерни 32 имеют передаточное отношение от вала привода системы газораспределения 31 к распределителю 28. Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания, дизель или карбюраторный, 4-тактный или 6-тактный при передаточном отношении шестерен и с двумя парами окон впуска и выпуска распределителя, с регулируемыми в процессе работы степенью сжатия и величиной хода поршней, может иметь применение во всех отраслях, где применяются в настоящее время двигатели внутреннего сгорания. Все детали двигателя просты и технологичны. Детали, тира распредвал, коленвал, впускной, выпускной коллекторы отсутствуют. Внедрение в производство не потребует больших материальных затрат и времени в случае освоения его на базе серийно выпускаемого двигателя. В этом случае можно использовать серийно выпускаемые детали, такие, как гильзы, поршни, кольца, пальцы поршней, клапаны. На первом этапе внедрения целесообразно освоение предлагаемой кинематической схемы с нерегулируемыми степенью сжатия и величиной хода поршней, с клапанной системой газораспределения с плоским распределителем, имеющим концентрично расположенные и смещенные относительно друг друга приливы вместо окон впуска и выпуска. Такая модель обеспечит существенное увеличение удельной мощности по сравнению с серийно выпускаемыми двигателями. На следующем этапе освоения может быть внедрение дискретной схемы регулирования мощности без регулирования степени сжатия, что обеспечит существенное уменьшение пускового момента по сравнению с серийно выпускаемыми двигателями. Освоение системы регулирования степени сжатия позволит обеспечить плавную регулировку мощности двигателя в процессе работы, что даст экономию топлива и экологичность двигателя за счет полноты сгорания топлива в цилиндрах. Внедрение системы газораспределения с плоским распределителем обеспечить простоту конструкции двигателя, увеличение удельной мощности и экологичность за счет улучшения режима газообмена в цилиндрах.