Опозитний двигун внутрішнього згорання
Формула / Реферат
1. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер, закрепленные на нем соосно два цилиндра, втулки цилиндров, установленные в последних и выполненные с возможностью их возвратно-поступательного перемещения, поршни, размещенные во втулках цилиндров с образованием рабочей камеры переменного объема, впускной и выпускной каналы и коленчатый вал, установленный в картере и связанный с первым поршнем при помощи первого шатуна, отличающийся тем, что дополнительно введены второй коленчатый вал, установленный в картере и связанный со вторым поршнем при помощи второго шатуна, и механизм привода втулок цилиндров, первый и второй цилиндры выполнены в виде блока цилиндров, впускной канал расположен в полости первого цилиндра, выпускной канал расположен в полости второго цилиндра, впускной канал отделен от выпускного канала перегородкой, установленной в средней части блока цилиндров в плоскости, перпендикулярной оси цилиндров, перегородка имеет отверстие, центр которого расположен на оси цилиндров, а диаметр равен диаметру поршня, поршни днищами обращены к перегородке, втулки цилиндров установлены в последних при помощи цилиндрических направляющих элементов, закрепленных на противоположных концах каждой втулки, при этом каждая втулка цилиндра на конце, обращенном к перегородке, снабжена уплотнительным элементом, сопряженным с направляющим элементом, а другим концом связана с механизмом привода втулок цилиндров.
2. Оппозитный двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что механизм привода втулок цилиндров содержит распределительный вал, кинематически связанный с первым и вторым коленчатыми валами и снабженный впускной и выпускной кулачками, первый и второй гидроцилиндры, сопряженные с впускным и выпускным кулачками соответственно, и две возвратные пружины, при этом первый гидроцилиндр установлен с возможностью его взаимодействия с первой втулкой цилиндра, второй гидроцилиндр установлен с возможностью его взаимодействия со второй втулкой цилиндра, первая возвратная пружина прикреплена одним концом к внутренней поверхности первого цилиндра, а другим концом к наружной поверхности первой втулки цилиндра, вторая возвратная пружина прикреплена одним концом к внутренней поверхности второго цилиндра, а другим концом к наружной поверхности второй втулки цилиндра.
Текст
Изобретение относится к машиностроению, в частности, к двигателестроению, а именно к двигателям с оппозитным расположением цилиндров. Известны двигатели внутреннего сгорания с гильзовым газораспределением, которое является разновидностью золотникового. Отличительной особенностью таких двигателей является осуществление газообмена через окна в гильзе которая выполняется подвижной. В зависимости от кинематической схемы механизма привода гильз последние могут совершать вращательное движение вокруг оси цилиндра или движение по винтовой линии (Заявка Великобритании №2235014, кл. F01L7/04, опубл. 20.02.91; Патент Австралии №600913, кл. F01L17/02, опубл. 30.08.90). Двигатели внутреннего сгорания с гильзовым газораспределением отличаются повышенной экономичностью, особенно на частичных скоростных и нагрузочных режимах, однако их применение ограничено из-за невысокой эффективной мощности, обусловленной малым проходным сечением каналов газообмена. Наиболее близким к заявляемому является оппозитный двигатель внутреннего сгорания (Патент Российской Федерации №2018006, кл. F02B75/24, 75/28, 75/32, опубл. 15.08.94). Известный оппозитный двигатель внутреннего сгорания содержит картер, закрепленные на нем соосно два цилиндра, втулки цилиндров, установленные в последних и выполненные с возможностью их возвратно-поступательного перемещения, поршни, размещенные во втулках цилиндров с образованием рабочей камеры переменного объема, впускной и выпускной каналы. Коленчатый вал двигателя установлен в картере и связан с поршнями при помощи шатунов. Втулки цилиндров снабжены головками и днищами, причем их днища шарнирно соединены с шатунами, а каждый поршень жестко связан с днищем втулки противоположного цилиндра при помощи пары штоков, расположенных в отверстиях днища другой втулки. Поршни размещены во втулках между днищами и головками с образованием рабочей и подпоршневой камер переменного объема. Втулки цилиндров установлены с образованием между их днищами картерной полости переменного объема. Впускной канал сообщен с картерной полостью, в цилиндре выполнены перепускные и выпускные каналы, причем впускные окна расположены с возможностью их сообщения с картерной полостью при положении поршней в верхней мертвой точке, а перепускные каналы выполнены с возможностью их сообщения с впускными и продувочными окнами при положении поршней в нижней мертвой точке. Втулки цилиндров выполнены в виде золотников механизма газораспределения с поясами впускных, продувочных и выпускных окон, расположенных на цилиндрической поверхности втулок. Так как каждая втулка жестко связана с поршнем противоположного цилиндра, то при положении втулки одного цилиндра в нижней мертвой точке поршень другого цилиндра находится в верхней мертвой точке, и наоборот. При перемещении втулок к верхней мертвой точке в картерную полость через впускной канал подается свежий заряд. В следующем такте происходит сжатие свежего заряда днищами втулок в картерной полости и его перепуск при помощи втулок в нижней мертвой точке в подпоршневую камеру через впускные окна. При следующем такте поршни и днища втулок перемещаются навстречу. В подпоршневой камере заряд сжимается и при положении поршней в нижней мертвой точке перепускается через перепускные каналы, совмещенные с впускными и продувочными окнами, в рабочую камеру. Выпускные окна в рабочей камере при этом совмещаются с выпускными каналами, и происходит продувка камеры свежим зарядом. В следующем такте поршни и втулки перемещаются навстречу друг другу и в рабочей камере происходит сжатие заряда с последующим его воспламенением и расширением во время рабочего хода горящих газов. В известном оппозитном двигателе внутреннего сгорания газообмен осуществляется через окна, расположенные на цилиндрической поверхности втулок, что обусловливает малое проходное сечение впускного и выпускного каналов, при этом впускной и выпускной тракты имеют большую протяженность и отличаются сложностью конфигурации. Данное обстоятельство является причиной недостаточно эффективного газообмена в рабочих режимах двигателя и приводит к существенному снижению эффективной мощности последнего. В основу изобретения поставлена задача создания оппозитного двигателя внутреннего сгорания, в котором за счет введения новых элементов (второго коленчатого вала и механизма привода втулок цилиндров), нового выполнения втулок цилиндров, а также нового взаимного расположения известных элементов (цилиндров, втулок цилиндров, поршней, впускных и выпускных каналов), обеспечивалось бы увеличение проходного сечения впускного и выпускного каналов при упрощении конфигурации и уменьшении протяженности впускного и выпускного трактов, что способствует повышению эффективности газообмена и следовательно повышению эффективной мощности оппозитного двигателя внутреннего сгорания. Для решения поставленной задачи в оппозитном двигателе внутреннего сгорания, содержащем картер, закрепленные на нем соосно два цилиндра, втулки цилиндров, установленные в последних и выполненные с возможностью их возвратно-поступательного перемещения, поршни, размещенные во втулках цилиндров с образованием рабочей камеры переменного объема, впускной и выпускной каналы и коленчатый вал, установленный в картере и связанный с первым поршнем при помощи первого шатуна, согласно изобретению, дополнительно введены второй коленчатый вал, установленный в картере и связанный со вторым поршнем при помощи второго шатуна, и механизм привода втулок цилиндров, первый и второй цилиндры выполнены в виде блока цилиндров, впускной канал расположен в полости первого цилиндра, выпускной канал расположен в полости второго цилиндра, впускной канал отделен от выпускного канала перегородкой, установленной в средней части блока цилиндров в плоскости, перпендикулярной оси цилиндров, перегородка имеет отверстие, центр которого расположен на оси цилиндров, а диаметр равен диаметру поршня, поршни днищами обращены к перегородке, втулки цилиндров установлены в последних при помощи цилиндрических направляющих элементов, закрепленных на противоположных концах каждой втулки, при этом каждая втулка цилиндра на конце, обращенном к перегородке, снабжена уплотнительным элементом, сопряженным с направляющим элементом, а другим концом связана с механизмом привода втулок. Кроме того, согласно изобретению, механизм привода втулок цилиндров содержит распределительный вал, кинематически связанный с первым и вторым коленчатыми валами и снабженный впускным и выпускным кулачками, первый и второй гидроцилиндры, сопряженные с впускным и выпускным кулачками, соответственно, и две возвратные пружины, при этом первый гидроцилиндр установлен с возможностью его взаимодействия с первой втулкой цилиндра, второй гидроцилиндр установлен с возможностью его взаимодействия со второй втулкой цилиндра, первая возвратная пружина прикреплена одним концом к внутренней поверхности первого цилиндра, а другим концом к наружной поверхности первой втулки цилиндра, вторая возвратная пружина прикреплена одним концом к внутренней поверхности второго цилиндра, а другим концом к наружной поверхности второй втулки цилиндра. В заявляемом оппозитном двигателе внутреннего сгорания за счет использования двух коленчатых валов, каждый из которых связан с одним из поршней, и механизма привода втулок цилиндров, а также взаимного расположения элементов (цилиндров, втулок цилиндров, поршней, впускного и выпускного каналов) относительно перегородки с отверстием, установленной в средней части блока цилиндров, в отличие от прототипа, обеспечена возможность непосредственного сообщения впускного и выпускного каналов с общей для двух цилиндров рабочей камерой переменного объема, образуемой внутренней поверхностью втулок цилиндров и днищами поршней. Газообмен осуществляется через щель между кромкой уплотнительных элементов втулок цилиндров и поверхностью перегородки, проходное сечение которой существенно выше, чем у прототипа и известных аналогов, благодаря чему увеличивается количество свежей топливовоздушной смеси, поступающей в рабочую камеру за единицу времени и, соответственно, повышается интенсивность удаления отработавших газов из рабочей камеры, что способствует повышению эффективности газообмена в рабочих режимах заявляемого двигателя. Кроме того, в заявляемом двигателе впускной и выпускной каналы имеют форму, близкую к тороидальной, и расположены с возможностью их непосредственного сообщения с рабочей камерой, за счет чего, по сравнению с прототипом, достигнуто значительное упрощение их конфигурации и уменьшение протяженности впускного и выпускного трактов, что также способствует повышению эффективности газообмена. Использование заявляемого механизма привода втулок цилиндров, распределительный вал которого кинематически связан с коленчатыми валами, обеспечивает возможность образования рабочей камеры и ее поочередного сообщения с впускным и выпускным каналами всоответствии с рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания. Дополнительным преимуществом заявляемого оппозитного двигателя внутреннего сгорания, по сравнению с прототипом, является снижение тепловых потерь за счет использования одной рабочей камеры, общей для двух цилиндров, а также за счет взаимного расположения впускного и выпускного каналов в непосредственной близости друг от друга, в результате чего в процессе работы двигателя осуществляется постоянный теплообмен между свежим зарядом топливовоздушной смеси и отработавшими газами. Кроме того, в оппозитном двигателе внутреннего сгорания заявляемой конструкции наличие двух коленчатых валов и движущихся встречно поршней позволяет, в отличие от прототипа, уравновесить двигатель без использования дополнительных приспособлений, улучшить его виброакустические характеристики и снизить динамические нагрузки в кривошипношатунном механизме. На фиг.1 представлена схема оппозитного двигателя внутреннего сгорания при положении поршней в верхней мертвой точке; на фиг.2 кинематическая схема двигателя. Заявляемый оппозитный двигатель внутреннего сгорания (фиг.1) содержит картер 1, закрепленные на нем соосно цилиндры 2 и 3, втулки 4 и 5 цилиндров 2 и 3, соответственно, установленные в последних и выполненные с возможностью их возвратно-поступательного перемещения. Поршни 6 и 7 размещены во втулках 4 и 5 цилиндров 2 и 3, соответственно, с образованием рабочей камеры 8 переменного объема. Коленчатый вал 9 установлен в камере 1 и связан с поршнем 6 при помощи шатуна 10. Коленчатый вал 11 установлен в картере 1 и связан с поршнем 7 при помощи шатуна 12. Впускной канал 13 расположен в полости цилиндра 2, выпускной канал 14 расположен в полости цилиндра 3. Впускной канал 13 отделен от выпускного канала 14 перегородкой 15, установленной в средней части блока цилиндров в плоскости, перпендикулярной оси 16 цилиндров 2 и 3. Перегородка 15 имеет отверстие 17, центр которого расположен на оси 16 цилиндров 2 и 3, а диаметр равен диаметру поршня 6, 7. Поршни 6 и 7 днищами обращены к перегородке 15. Втулка 4 установлена в цилиндре 2 при помощи цилиндрических направляющих элементов 18 и 19, закрепленных на ее противоположных концах, а втулка 5 установлена в цилиндре 3 при помощи цилиндрических направляющих элементов 20 и 21, закрепленных на ее противоположных концах. Втулка 4 цилиндра 2 на конце, обращенном к перегородке 15, снабжена уплотнительным элементом 22, сопряженным с направляющим элементом 18, а втулка 5 цилиндра 3 на конце, обращенном к перегородке 15, снабжена уплотнительным элементом 23, сопряженным с направляющим элементом 20. Втулки 4 и 5 другими концами связаны с механизмом привода втулок цилиндров. Механизм привода втулок цилиндров (фиг.2) содержит распределительный вал 24, кинематически связанный с коленчатыми валами 9 и 11 и снабженный впускным и выпускным кулачками 25 и 26, соответственно, гидроцилиндры 27 и 28, сопряженные с впускным и выпускным кулачками 25 и 26, соответственно, и возвратные пружины 29 и 30. Гидроцилиндр 27 установлен с возможностью его взаимодействия с втулкой 4 цилиндра 2, а гидроцилиндр 28 установлен с возможностью его взаимодействия с втулкой 5 цилиндра 3. Возвратная пружина 29 прикреплена одним концом к внутренней поверхности цилиндра 2, а другим концом к наружной поверхности втулки 4 цилиндра 2. Возвратная пружина 30 прикреплена одним концом к внутренней поверхности цилиндра 3, а другим концом к наружной поверхности втулки 5 цилиндра 3. Взаимодействие гидроцилиндров 27 и 28 с втулками 4 и 5, соответственно, осуществляется при помощи тороидальных поршней 31 и 32, закрепленных на концах втулок 4 и 5, соответственно. Связь распределительного вала 24 с коленчатыми валами 9 и 11 осуществляется при помощи согласующих редукторов 33 и 34. Для уменьшения теплонапряженности пары трения втулка - цилиндр втулка 4 установлена в расточках 35, 36 цилиндра 2 при помощи цилиндрических направляющих элементов 18 и 19, закрепленных на ее противоположных концах с зазором относительно наружной поверхности втулки 4. Величина зазора выбирается эмпирическим путем. Полость, ограниченная внутренней поверхностью цилиндра 2, наружной поверхностью втулки 4 и внутренней поверхностью направляющих элементов 18 и 19, заполнена охлаждающей жидкостью, например, маслом или тасолом. Герметичность полости обеспечена за счет использования уплотнений 37, 38, например, резиновых. Аналогичным образом осуществляется охлаждение втулки 5, установленной в расточках 39, 40 цилиндра 3. Уплотнения 41, 42 служат для герметизации полости, заполненнойохлаждающей жидкостью. Рабочая камера 8 заявляемого оппозитного двигателя внутреннего сгорания образована внутренней поверхностью втулок 4 и 5 цилиндров 2 и 3, соответственно, и днищами поршней 6 и 7. Уплотнительные элементы 22 и 23 втулок 4 и 5, соответственно, служат для предотвращения прорыва газов за пределы рабочей камеры 8 и имеют, например, конусообразную форму. Впускной канал 13 заявляемого оппозитного двигателя внутреннего сгорания образован внутренней поверхностью цилиндра 2, поверхностью перегородки 15, наружной поверхностью направляющего и уплотнительного элементов 18 и 22, соответственно, втулки 4 цилиндра 2 и снабжен впускным отверстием 43. Выпускной канал 14 образован внутренней поверхностью цилиндра 3, другой поверхностью перегородки 15, наружной поверхностью направляющего и уплотнительного элементов 20 и 23, соответственно, втулки 5 цилиндра 3 и снабжен выпускным отверстием 44. Впускной и выпускной каналы 13 и 14, соответственно, имеют форму, близкую к тороидальной. Работа заявляемого оппозитного двигателя внутреннего сгорания осуществляется по традиционному четырехтактному циклу. В исходном состоянии, предшествующем пуску (фиг.1), поршни 6 и 7 двигателя находятся в верхней мертвой точке. Втулка 4 цилиндра 2 и втулка 5 цилиндра 3 под действием возвратных пружин 29 и 30, соответственно, уплотнительными элементами 22 и 23, соответственно, прижаты к перегородке 15 с обеих ее сторон, образуя за счет наличия отверстия 17 рабочую камеру 8. I такт (впуск топливовоздушной смеси). При повороте распределительного вала 24, установленного в картере 1, впускной кулачок 25 воздействует через плунжер гидроцилиндра 27 на тороидальный поршень 31 втулки 4 цилиндра 2, прижатой уплотнительным элементом 22 к перегородке 15, приводя ее в движение. В результате перемещения втулки 4, установленной в расточках 35 и 36 цилиндра 2 при помощи направляющих элементов 18 и 19, между кромкой уплотнительного элемента 22 втулки 4 и поверхностью перегородки 15 образуется щель, через которую топливовоздушная смесь, подаваемая из впускного отверстия 43 во впускной канал 13, поступает в рабочую камеру 8. Втулка 5 цилиндра 3 находится в исходном состоянии. Поршни 6 и 7, связанные с коленчатыми валами 9 и 11 при помощи шатунов 10 и 12, движутся вдоль оси 16 цилиндров 2 и 3 из верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, способствуя всасыванию свежего заряда топливовоздушной смеси в рабочую камеру 8. II такт (сжатие топливовоздушной смеси). После наполнения рабочей камеры 8 впускной кулачок 25, проворачиваясь, освобождает плунжер гидроцилиндра 27, и втулка 4 цилиндра 2 под действием возвратной пружины 29 возвращается в исходное состояние. Втулка 5, установленная в расточках 39, 40 цилиндра 3 при помощи направляющих элементов 20 и 21, прижата уплотнительным элементом 23 к поверхности перегородки 15. Поршни 6 и 7 движутся из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке (навстречу друг другу), сжимая заряд топливовоздушной смеси. В момент их расположения в районе верхней мертвой точки осуществляется воспламенение топливовоздушной смеси от свечи (на чертеже не показана). Свеча может быть размещена, например, в перегородке 15. III такт (рабочий ход). Втулка 4 цилиндра 2 и втулка 5 цилиндра 3 находятся в исходном состоянии (прижаты уплотнительными элементами 22 и 23, соответственно, к поверхности перегородки). Образовавшиеся после воспламенения продукты сгорания, расширяясь в рабочей камере 8, совершают рабочий ход, в результате чего поршни 6 и 7 перемещаются из верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. IV такт (выпуск отработавших газов). Втулка 4 цилиндра 2 остается в исходном состоянии. Вращение распределительного вала 24 посредством выпускного кулачка 26 и гидроцилиндра 28, плунжером воздействующего на тороидальный поршень 32 втулки 5, преобразуется в перемещение втулки 5, установленной в расточках 39 и 40 цилиндра 3 при помощи направляющих элементов 20 и 21, в направлении от перегородки 15. Поршни 6 и 7 движутся из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. Отработавшие газы устремляются из рабочей камеры 8 через выпускной канал 14 в выпускное отверстие 44, вытесняемые движущимися навстречу друг другу поршнями 6 и 7. Завершая цикл, поршни 6 и 7 вытесняют из рабочей камеры 8 оставшиеся отработавшие газы. В этот момент поворачивается выпускной кулачок 26 и освобождает плунжер гидроцилиндра 28, позволяя втулке 5 цилиндра 3 возвратиться в исходное состояние под действием возвратной пружины 30. Синхронизация распределительного вала 24 и коленчатых валов 9 и 11 осуществляется при помощи согласующих редукторов 33 и 34, соответственно. Уплотнения 37, 38 цилиндра 2 и 41, 42 цилиндра 3 предотвращают попадание охлаждающей жидкости во впускной 13 и выпускной 14 каналы. В следующем цикле работа заявляемого оппозитного двигателя внутреннего сгорания осуществляется аналогичным образом.
ДивитисяДодаткова інформація
МПК / Мітки
МПК: F02B 75/24
Мітки: внутрішнього, двигун, опозитний, згорання
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-24239-opozitnijj-dvigun-vnutrishnogo-zgorannya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Опозитний двигун внутрішнього згорання</a>