Поршневий двигун внутрішнього згорання

Об'єкт, що заявляється відноситься до виробництва двигунів, зокрема поршневих двигунів внутрішнього згорання і може бути використаний в автомобільній, авіаційній і суднобудівній промисловості. Найбільш близьким по сукупності ознак до поршневого двигуна внутрішнього згорання, що заявляється, є обраний, як прототип, двигун внутрішнього згорання, що містить блок циліндрів, осі яких розташовано паралельно осі валу двигуна, поршні, які розміщені в циліндрах і з'єднані із штоками, і паливо-вихлопний розподільний механізм. При цьому в кожному циліндрі створено робочу і дві компресорні порожнини. Навколо центральній осі блока циліндрів створено порожнину для акумулювання стиснутого робочого тіла, яку з'єднано через розподільний механізм з робочими і обома компресорними порожнинами всіх циліндрів [див. опис винаходу до патенту Російської Федерації №2105175, МПК F02В75/26, 1993]. У об'єкта, що заявляється, і прототипу збігаються такі суттєві ознаки. Поршневі двигуни внутрішнього згорання містять блок циліндрів, осі яких розташовано паралельно осі валу двигуна, поршні, які розміщено в циліндрах і з'єднано із штоками, і паливо-вихлопний розподільний механізм. Одержанню очікуваного технічного результату при використанні прототипу перешкоджають наступні причини. У прототипу відсутній механізм безпосередньої передачі поступального робочого руху поршнів в обертання валу двигуна, що призводить до збільшення металомісткості двигуна при збільшенні його потужності . В основу винаходу поставлено задачу створити такий поршневий двигун внутрішнього згорання, у якому удосконалення шляхом зміни розташування елементів, уведення нових елементів і зміни форми виконання елементів, дозволило б при використанні винаходу забезпечити досягнення технічного результату, що полягає в збільшенні потужності двигуна та в зменшені його металомісткості. Для вирішення поставленої задачі поршневий двигун внутрішнього згорання, що заявляється, містить блок циліндрів, осі яких розташовано паралельно осі валу двигуна. В циліндрах розміщено поршні, які і з'єднано з штоками. Для забезпечення своєчасної подачі в циліндри палива і відводу вихлопних газів двигун постачено паливо-вихлопним розподільним механізмом. Відмітною особливістю поршневого двигуна внутрішнього згорання, що заявляється, є таке. Циліндри в цьому двигуні розташовано по колу навколо осі валу двигуна. Двигун постачено ротором, який установлено на валу двигуна із сторони виходу із циліндрів штоків і змонтовано з цими штоками з можливістю перетворення поступального робочого руху поршнів в обертання ротору, а обертання ротору в зворотно-поступальний рух поршнів. Паливо-вихлопний розподільний механізм постачено по кількості циліндрів окремими кулачковими валами, які кінематично зв'язані з валом двигуна і розташовані з можливістю взаємодії відповідних кулачків з відповідними клапанами, які змонтовано на головках циліндрів. В окремих випадках виконання поршневий двигун внутрішнього згорання, що заявляється, характеризується тим, що: - ротор постачений сідлоподібною напрямною із зовнішньою напрямною поверхнею і внутрішньою напрямною поверхнею, на кінці кожного штоку закріплено ролик, що штовхає, який змонтовано з можливістю взаємодії із зовнішньою поверхнею сідлоподібної напрямної, і ролик, що тягне, який змонтовано з можливістю взаємодії із внутрішньою поверхнею сідлоподібної напрямної; - ротор установлено з можливістю регулювання його положення на валу двигуна; - на валу двигуна жорстким кріпленням установлено регулювальний диск із регулювальними болтами з пружними втулками, ротор установлено на валу двигуна на підшипнику і вказаними регулювальними болтами з'єднано з регулювальним диском. При використанні поршневого двигуна внутрішнього згорання, що заявляється, очікується досягнення технічного результату, що полягає в збільшенні потужності двигуна та в зменшені його металомісткості. Крім того, при використанні поршневого двигуна внутрішнього згорання, що заявляється, очікується також досягнення додаткових технічних результатів, що полягають в зниженні витрачання палива, в зменшенні обертів холостого ходу, в зменшені вібрації двигуна, в спрощенні експлуатації та технічного обслуговування. Між сукупністю суттєвих ознак поршневого двигуна внутрішнього згорання, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Розташування циліндрів в цьому двигуні по колу навколо осі валу двигуна і постачання двигуна ротором, який установлено на валу двигуна із сторони виходу із циліндрів штоків і змонтовано з цими штоками з можливістю перетворення поступального робочого руху поршнів в крутіння ротору, а крутіння ротору в зворотно-поступальний рух поршнів, забезпечує безпосереднє перетворення поступального робочого руху поршнів в крутіння валу двигуна, що призводить до виключення з конструкції двигуна колінчастого валу, до зменшення металомісткості двигуна і збільшення його потужності . Сутність винаходу пояснюється графічними матеріалами, на яких зображено: на Фіг.1 - вид осьового перетину поршневого двигуну внутрішнього згорання; на Фіг.2 - вид А-А на Фіг.1. На графічних матеріалах проставлені такі позначення: Номер позиції на креслені 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Найменування елемента Блок циліндрів Циліндр Вал двигуна Головка циліндра Свіча запалення Клапан паливний Клапан вихлопних газів Паливо-вихлопний розподільний механізм Поршень 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Шток Лабіринтове ущільнення Ротор Сідлоподібна напрямна Ролик Ролик Кулачковий вал Конічна шестерня Картер паливо-вихлопного розподільного механізму Фіксатор Регулювальний диск Регулювальний болт Пружна втулка Підшипник Картер ротору Підшипник Підшипник Амортизаційна пружини Клапан атмосферний Паливний колектор Патрубок вихлопного колектора Глушитель Розподільник запалення Стартер У конкретному прикладі виконання поршневий двигун внутрішнього згорання, що заявляється, містить блок циліндрів 1, який змонтовано з чотирьох циліндрів 2, що розташовано еквідистантно по колу навколо осі валу 3 двигуна. При цьому осі циліндрів 2 розташовано паралельно осі валу 3 двигуна. На головках 4 циліндрів змонтовано свічі запалення 5, клапани паливні 6 і клапани вихлопних газів 7. Для керування роботою цих клапанів встановлено паливо-вихлопний розподільний механізм 8. В циліндрах 2 установлено поршні 9, які з'єднано із штоками 10. В місцях виходу штоків 10 із циліндрів 2 встановлено лабіринтові ущільнення 11. Двигун постачено ротором 12, який установлено на валу 3 двигуна зі сторони виходу із циліндрів 2 штоків 10 і змонтовано з цими штоками з можливістю перетворення поступального робочого руху поршнів 9 в крутіння ротору 12, а крутіння ротору в зворотно-поступальний рух поршнів. Для здійснення такого перетворення рухів ротор 12 постачено сідлоподібною напрямною 13 із зовнішньою напрямною поверхнею і внутрішньою напрямною поверхнею. На кінці кожного штоку 10 закріплено ролик 14, який змонтовано з можливістю взаємодії із зовнішньою поверхнею сідлоподібної напрямної 13, і ролик 15, який змонтовано з можливістю взаємодії із внутрішньою поверхнею сідлоподібної напрямної 13. Паливо-вихлопний розподільний механізм 8 постачено чотирма окремими для кожного із циліндрів кулачковими валами 16, які кінематично через конічну шестерню 17 зв'язано з валом 3 двигуна і розташовано хрестоподібно з можливістю взаємодії відповідних кулачків з відповідними клапанами паливними 6 і клапанами вихлопних газів 7, які змонтовано на головках 4 циліндрів. Паливо-вихлопний розподільний механізм 8 розташовано в картері 18, який зафіксовано на блоку циліндрів 1 фіксаторами 19. Ротор 12 установлено з можливістю регулювання його положення на валу 3 двигуна. Для цього на валу 3 двигуна жорстким кріпленням установлено регулювальний диск 20 із регулювальними болтами 21 з пружними втулками 22, а ротор 12 установлено на валу 3 двигуна на підшипнику 23 і вказаними регулювальними болтами з'єднано з регулювальним диском 20. Ротор 12 розташовано в картері 24. Вал 3 двигуна установлено на підшипниках 25 і 26. Усередині циліндрів 2 на штоках 10 встановлено амортизаційні пружини 27 для поршнів 9. Циліндри 2 постачені клапанами атмосферними 28 для з'єднання порожнини циліндру з атмосферою. Зі сторони блоку циліндрів 1 розташовано паливний колектор 29, патрубок 30 вихлопного колектора, глушитель 31 і розподільник запалення 32. Зі сторони ротора 12 на валу 3 двигуна встановлено маховик, який кінематично зв'язано із стартером 33. В одному з прикладів конкретного виконання, представленому на Фіг.1 і Фіг.2 поршневий двигун внутрішнього згорання працює так. Цей двигун працює не легкому рідкому паливі, наприклад, бензині, по чотирьохтактній схемі. Після короткочасного включення стартеру 33 починає обертатися вал 3 двигуна і ротор 12. При крутінні ротору 12 ролики 14 і 15, що закріплені на кінці кожного штоку 10, взаємодіють з сідлоподібною напрямною 13. При цьому ролик 14 взаємодіє із зовнішньою поверхнею сідлоподібної напрямної 13, яка штовхає його, і це призводить до переміщення штоку 10 і поршня 9 в напрямі до верхньої мертвої точки, а ролик 15 взаємодіє із внутрішньою поверхнею сідлоподібної напрямної 13, яка тягне його, і це призводить до переміщення штоку 10 і поршня 9 в напрямі до нижньої мертвої точки. Так здійснюється зворотно-поступальний рух поршнів 9. В першому циклі, при повороті ротора 12 на 90° при переміщенні поршня 9 сідлоподібною напрямною ІЗ в напрямі до нижньої мертвої точки, кінематично зв'язаний з валом 3 двигуна кулачковий вал 16 паливо-вихлопний розподільний механізм 8 відкриває паливний клапан 5 і здійснюється впуск паливної суміші в циліндр 2. В другому циклі, при повороті ротора 12 на 180° при переміщенні поршня 9 сідлоподібною напрямною 13 в напрямі до верхньої мертвої точки, здійснюється стиск паливної суміші. Після запалення паливної суміші від свічі запалення 5 здійснюється робочий хід поршня 9 і він через шток 10, ролик 14 і сідлоподібну напрямну 13 крутить ротор 12. В цьому третьому циклі ротор 12 повертається на 270°. В четвертому циклі, при повороті ротора 12 на 360° при переміщенні поршня 9 сідлоподібною напрямною 13 в напрямі до верхньої мертвої точки, кінематично зв'язаний з валом 3 двигуна кулачковий вал 16 паливо-вихлопного розподільного механізму 8 відкриває клапан вихлопних газів 5 і здійснюється їх випуск із циліндра 2. Далі таки цикли повторюються для кожного з чотирьох циліндрів. Взаємодія роликів 14 і 15 з сідлоподібною напрямною 13 ротору 12 відбувається усередині картера 24 в легкодоступному для змащення місці. Точне положення ротору 12 на валу 3 двигуна регулюється регулювальними болтами 21, розташованими на регулювальному диску 20. Завдяки спрощенню перетворення поступального робочого руху поршнів в крутіння ротору, а крутіння ротору в зворотно-поступальний рух поршнів при використанні поршневого двигуна внутрішнього згорання, що заявляється, очікується досягнення технічного результату, що полягає в збільшенні потужності двигуна в 5-7 разів та в зменшені його металомісткості. Крім того, при використанні поршневого двигуна внутрішнього згорання, що заявляється, очікується також досягнення додаткових технічних результатів, що полягають в спрощенні виготовлення двигуна, зниженні витрачання палива в 2-3 рази, в підвищені крутного моменту, в зменшенні обертів холостого ходу, в зменшені вібрації двигуна, в спрощенні експлуатації та технічного обслуговування. Для автомобіля з таким двигуном витрачання палива тим менше, чим більша швидкість автомобіля.