Двигун внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згорання по діючій редакції МКВ відноситься до рубрики F02B75. Двигун відноситься до галузі двигунобудування. Відомо двигун, по SU1240935А1, F02B75/00, який складається з двох протилежно розміщених циліндрів з поршнями з'єднаними штоком, який має пару гвинтових канавок, кожна з яких розбита на три ділянки, на кожній ділянці кут підйому гвинтової лінії різний. На кожній парі ділянок установлена муфта вільного ходу, зовнішня обойма якої контактує з напрямляючими, які виконують одночасно функції маховика. Маховик кінематично зв'язано з валом відбору потужності. Недоліком цієї конструкції є відсутність можливості синхронізації роботи декількох пар циліндрів для здійснення чотиритактного циклу. Відомо об'ємну поршневу машину, по SU1257259Α1, F02B75/32, яка містить перпендикулярно розміщені циліндри з розташованими в них поршнями зі штоками. Шток одного з поршнів жорстко з'єднано з повзуном, розміщеним в напрямляючих. Шток іншого поршня і повзун шарнірно з'єднано з кінцями рівноплечого коромисла, середина якого шарнірно з'єднана з зовнішньою обоймою муфти вільного ходу, яка через тіла обертання взаємодіє з внутрішньою обоймою, жорстко установленою на вихідному валу. При цьому відстань від центра вихідного валу до центра шарніра, з'єднуючого зовнішню обойму з коромислом, рівна плечу коромисла. Недоліком цієї конструкції є наявність неоптимального кута між коромислом і напрямляючою, що викликає при передачі зусилля від штоків додаткове тертя між напрямляючою і повзуном. Мета цієї роботи заключається в розробці конструкції двигуна внутрішнього згорання з поліпшеним значенням механічного КПД, зниженими значеннями тертя в циліндро-поршневій групі і механізмах, що перетворюють рух поршнів в обертальний рух вихідного валу. Поставлена мета досягається тим, що шток поршня кожного циліндра зв'язано зубчатою передачею безпосередньо з елементом, закріпленим співвісно вихідному валу і зв'язаного з ним муфтою вільного ходу. Елементи сусідніх циліндрів, які контактують з штоками поршнів, напрям руху яких при роботі двигуна повинен бути протилежним, поєднано між собою зубчатою передачею, що забезпечує протилежний напрям обертання елементів з рівною кутовою швидкістю і тим самим синхронність руху поршнів багатоциліндрового двигуна і вільний хід зовнішньої обойми однієї з муфт, закріпленої в відповідному елементі. З боку протилежному виходу вала відбору потужності елемент останнього циліндра має ексцентрично розміщену шийку, яка через кривошипно-шатунний механізм зв'язана з валом, на якому закріплено маховик і шестерню газорозподільного механізму для забезпечення зворотного руху поршнів в заданих точках, сприйняття і передачі динамічних зусиль маховиком, роботи елементів газорозподільного механізму та інших. Така конструкція двигуна дозволяє мати оптимальний кут між напрямком руху штока і плечем, для створення через муфту вільного ходу на вихідному валу крутного моменту, не викликаючи при цьому додаткових бокових зусиль між поршнем і стінкою циліндра, а також в опорах кріплення вихідного валу і елементів, що зменшує тертя в механізмах двигуна. На фіг.1 зображено поздовжній розріз двигуна; на фіг.2 і 3 - поперечний розріз двигуна по осям циліндрів поз.2 і 3 відповідно; на фіг.4 - розріз в місці установки елементу 10. Двигун внутрішнього згорання фіг. 1 містить корпус 1 з циліндрами 2, 3, 4, 5, в кожному з яких установлено один поршень 6. В поршні 6 нерухомо закріплено шток 7, (фіг.2, 3) вільний кінець штока 7 має зубчату нарізку 8, через яку контактує з зубчатим вінцем 9, який містить кожний з елементів 10, 11, 12. Елементи 10, 11, 12 закріплені з можливістю обертання співвісно вихідному валу 13 (фіг.4) на підшипниках 14 і кожний зв'язано з валом 13 муфтою вільного ходу 15. Вихідний вал 13 установлено в корпусі 1 з можливістю обертання. Шток 7 однією із своїх сторін контактує з напрямляючою 16, (фіг.2, 3) яка закріплена на корпусі 1. Елементи 10 і 11, а також 11 і 12, які контактують з поршнями 6, що при роботі двигуна повинні рухатись в різних напрямах, (фіг.1) кінематично з'єднані механічною передачею, для цього кожний елемент 10, 11, 12 має конічний зубчатий вінець 17, через які два сусідні елементи 10 і 11, або 11 і 12 поєднуються конічним зубчатим колесом 18, закріпленим на корпусі 1 з можливістю обертання. Елемент 12 останнього циліндра 5 закріплено однією стороною в корпусі 1 з можливістю обертання в підшипниках 19, на торці елементу розміщено шийку 20, вісь якої паралельна вісі вихідного валу 13, через шатун 21 шийка 20 з’єднана з кривошипним валом 22 на якому установлено маховик 23 і шестерню 24, що кінематично зв'язана передачею 25 з розподільним валом 26 газорозподільного механізму. При роботі двигуна після того, як в циліндрі 2 (фіг.1) відбудеться спалах паливно-повітряної суміші, поршень 6 цього циліндру починає, здійснюючи робочий хід, рухатись вниз (фіг.2) і взаємодіючи через зубчату нарізку 8 штока 7 з зубчатим вінцем 9 елементу 10 обертає його проти годинникової стрілки, разом з елементом 10 обертається зовнішня обойма муфти вільного ходу 15, яка відводить за собою тіла обертання, заклинюючи їх між зовнішньою і внутрішньою обоймами муфти 15, після чого обойми починають обертатися разом, передаючи крутний момент від елементу 10 на вихідний вал 13. Одночасно з обертанням елементу 10, взаємодіючи з конічним зубчатим вінцем 17, починає обертатися конічне зубчате колесо 18, яке в свою чергу обертає елемент 11 по годинниковій стрілці (фіг.1 і 3). Елемент 11 передає зусилля від отриманого крутного моменту, через зубчатий вінець 9 на зубчату нарізку 8 штока 7 поршням 6, які розміщенні в циліндрах поз.3 і 4, рухаючи їх вверх і таким чином, здійснюючи в цих циліндрах такти стиску і випуску. Муфта вільного ходу 15, яка установлена в елементі 11 і з'єднує його з вихідним валом 13 здійснює в цей момент вільний хід, тобто зовнішня обойма муфти 15 разом з елементом 11 обертається по годинниковій стрілці, відвівши тіла обертання від щілини і не взаємодіючи з внутрішньою обоймою і відповідно вихідним валом 13, які в цей час під дією поршня циліндру 2 обертаються проти годинникової стрілки. Одночасно елемент 11 через конічне зубчате колесо 18 обертає елемент 12 проти годинникової стрілки. Елемент 12, обертаючись рухає поршень циліндру 5 вниз, здійснюючи в цьому циліндрі такт наповнення. Муфта вільного ходу 15, яка установлена в елементі 12 знаходиться в заклиненому стані або близькому до заклинювання і при збої в роботі муфти 15 установленої в елементі 10 здатна передавати крутний момент на вихідний вал 13. Разом з елементом 12 обертається шийка 20. Траєкторія руху шийки 20 розміщена по дузі і кут повороту шийки 20 і елементів 10, 11, 12 відносно осі вихідного валу 13 менше півоберта. Елемент 12 через шийку 20 рухає шатун 21, який обертає кривошипний вал 22 з маховиком 23 і шестернею газорозподільного механізму 24. За один хід поршня елементи 10, 11, 12 повертаються на певний кут, який менше півоберта, а кривошипний вал робить повні півоберта, після чого напрям руху поршнів 6 і напрям обертання елементів 10, 11, 12 змінюються на протилежний, розпочинаючи наступний такт роботи двигуна.