Поршневий двигун внутрішнього згоряння

1 Поршневий двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) має корпус з циліндром, в якому рухається поршень з прикріпленим до нього шатуном, кінематично зв'язаним через шатунну шийку з вихідним валом, який відрізняється тим, що дви гун обладнаний двома парами верхніх та нижніх шестерень однакового діаметра, розташованих під циліндром на стінках картера, обхоплених ланцюговими передачами, з'єднаними між собою в одному з місць кріплення ланок ланцюгів шатунною шийкою, що перетворює зворотно-поступальний рух поршня в обертовий рух вихідних валів 2 Поршневий ДВЗ по п 1, який відрізняється тим, що на стінках картера по обидві сторони кріпляться верхні та нижні шестерні, даючи можливість передачі обертів шестерень від одного циліндра до шестерень сусіднього циліндру 3 Поршневий ДВЗ по пп 1 і 2, який відрізняється тим, що на стінках картера встановлено більше ніж дві шестерні Винахід відноситься до галузі машинобудування і може бути використаний у двигунах внутрішнього згорання для транспортних засобів Відомим аналогом поршневого двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ) є поршнева машина (МПК5 F01B 31/14, А С 1571280), в якій з ціллю збільшення обертів вихідного валу використовуються шестерні охоплені ланцюговими передачами, до яких прикріплюються штоки, що жорстко з'єднують поршні, які рухаються в опозитно розташованих циліндрах Недоліками цієї машини є велика довжина ланцюгів (що значно підвищує ризик їх розриву), ненадійність механізму з'єднання ланцюга з вилкою та велики розміри конструкції загалом За прототип взятий винахід (МПК5 F02B 75/32, від ЗО 05 94 RU № 2013607 Прототип поршневого ДВЗ складається з корпусу, циліндру, поршня, двох встановлених на СТІНЦІ картера шестерень різного діаметру, охоплених між собою ланцюговою передачею і штока, що з'єднує ланцюг з поршнем, в результаті чого поворотно-поступальний рух поршня перетворюється в обертовий рух шестерень До спільних ознак винаходу і прототипу належать наявність корпусу, циліндру, поршня, шестерень, ланцюгової передачі та з'єднуючого елементу, що передає рух від поршня до ланцюгової передачі Прототип дозволяє дещо збільшити крутячий момент на вихідному валі ДВЗ при збільшенні строку дії поршневих кілець Проте використання прототипу не може призвести до значного збільшення обертів вихідного вала (в два і більше разів) та знижує загальну надійність функціювання поршневих ДВЗ і кривошипно-шатунних механізмів Причинами, що перешкоджають прототипу ДВЗ збільшити оберти вихідного валу в два і більше разів є наступні (1) ВІДМІННІСТЬ у розмірах діаметрів верхньої і нижньої шестерень, (2) обмеженість числа розташованих на стінках картера шестерень до двох, (3) використання шестерень лише однієї конфігурації Крім того, використання лише однієї ланцюгової передачі та її невдале розташування значно підвищує ризик її розриву і тим самим обумовлює ненадійність конструкції в цілому У прототипі верхня шестерня є меншого діаметру за нижню, шестерні мають однакову конфігурацію і таким чином число обертів шестерень залежить тільки від довжини ланцюгової передачі Наближуючи верхню шестерню до нижньої ми не зможемо досягти збільшення обертів вихідного валу, тому що це (разом з малим діаметром верхньої шестерні) призводить до зменшення довжини ланцюга і не (21)99010352 ( 2 2 ) 2 2 01 1999 (24)17 03 2003 О (О со Ю 54436 дозволяє максимально використати преваги ланцюгової передачі Таким чином, для збільшення числа обертів вихідного валу в два і більше разів (і ВІДПОВІДНОГО збільшення довжини ланцюга) залишається лише шлях збільшення відстані між шестернями, тобто верхня шестерня віддаляється від нижньої, а це в свою чергу збільшить відстань руху поршня від верхньої мертвої точки (ВМТ) до нижньої мертвої точки (НМТ), що приведе до значного збільшення габаритів ДВЗ, крім того, при збільшенні з'єднуючого штока його надійність (як і надійність всієї конструкції) зменшується В основу винаходу поставлено задачу створення такого поршневого ДВЗ, який за рахунок зміни конструкції механізму перетворення зворотньо-поступального руху поршня в обертовий рух вихідного вала є значно ефективнішим за існуючи аналоги, шляхом встановлення на стінках картера під циліндром пари ланцюгових передач, охоплюючих систему однакових за діаметром шестерень, з'єднаних з поршнем за допомогою шатуна, що забезпечить збільшення обертів вихідних валів в два і більше разів та підвищить потужність двигуна і його к к д Застосовуючи різні за конфігурацією шестерні, що входять одна в одну, і зближуючи тим самим між собою ВІСІ центрів, досягаємо того ж самого ефекту при найменшому русі поршня між ВМТ і НМТ, скороченні довжини ланцюга, зменшенні загальних розмірів двигуна, яка впливає на крутячий момент Використання однакових за діаметром шестерень дає змогу збільшити КІЛЬКІСТЬ рівноцінних вихідних валів і їх одночасну експлуатацію З метою забезпечення надійного функціювання ДВЗ на великих швидкостях і зменшення ризику виходу його з ладу, в винаході - на відміну від прототипу де застосовано простий з'єднувальний шток - використовується шатун, який нижньою головкою кріпиться до шатунної шийки, котра з'єднує дві ланцюгові передачі симетрично (з обох боків) охоплюючих систему шестерень розташованих на стінках картера під циліндром Таким чином, утворюється колінчастий вал, який відсутній в прототипі Така конструкція дозволяє розмістити по обидва боки на стінках картера жорстко зв'язані між собою шестерні, що передають їх рух від одного циліндра до іншого Це зумовлює можливість утворення колінчастого вала, пристосованого для використання в багатоциліндрових двигунах Такий колінчастий вал має чисельні переваги порівняно із звичайними колінчастими валами, зокрема 1 Він набагато простіший за технологією виготовлення і зборки 2 Оскільки ВІН не є суцільним колінчастим валом, то під час вільного теплового розширення не матиме осьових переміщень відносно картера 3 Він зменшує вібрацію двигуна, оскільки корінні шийки колінчастого валу розташовані на стінках картера під кожним циліндром 4 Він забезпечує охолодження поршня і поршневих кілець і збільшує строк їхньої служби без використання додаткових пристроїв, за рахунок того, що пара ланцюгових передач під кожним циліндром нагнітає ПОСТІЙНІ струмені масла у циліндр та поршень Суть винаходу розкривається за допомогою наступних фігур 1 На фіг 1 показано поздовжній розріз поршневого ДВЗ, з якого видно, як кріпляться верхні та нижні шестерні на стінках картера, що охоплені ланцюговими передачами і з'єднані шатунною шийкою, до якої кріпиться нижня головка шатуна 2 На фіг 2 показано поперечний розріз поршневого ДВЗ, з якого видно верхню та нижню шестерні однакового діаметру, охоплених ланцюговою передачею, до якої в одному з місць з'єднання ланок ланцюга кріпиться шатунна шийка, що зв'язана з нижньою головкою шатуна, а верхньою головкою шатун прикріплений до поршня, що рухається в циліндрі 3 На фіг 3 показано розріз верхньої та нижньої шестерні різної конфігурації, які, входячи одна в одну, зближують ВІСІ своїх центрів 4 На фіг 4 показано схему поршневого ДВЗ, в якому використано шестерні різної конфігурації, що дозволяє зменшити хід поршня по циліндру від ВМТ до НМТ і скоротити довжину ланцюгової передачі 5 На фіг 5 показано схему поршневого ДВЗ з розташуванням на СТІНЦІ картера трьох шестерень, охоплених ланцюговою передачею, що дозволяє збільшити оберти вихідних валів більш ніж в два рази 6 На фіг 6 показано схему поршневого ДВЗ з розташуванням на СТІНЦІ картера чотирьох шестерень різної конфігурації, охоплених ланцюговою передачею, що дозволяє збільшити оберти вихідних валів більш ніж в два рази 7 На фіг 7 показано поздовжній розріз багатоциліндрового ДВЗ, де на стінках картера, ВІДДІЛЯЮЧИХ один циліндр від іншого, розташовано ряд верхніх та нижніх шестерень Кожна шестерня одного циліндру жорстко з'єднана із шестернею сусіднього циліндру і за допомогою ланцюгових передач, що охоплюють верхню і нижню шестерні, відбувається передача обертів від шестерень одного циліндру на шестерні сусіднього циліндру з однаковою швидкістю 8 На фіг 8 показано схему поршневого багатоциліндрового ДВЗ з однорядним розташуванням циліндрів, в якому передача обертів між сусідніми циліндрами відбувається через верхній та нижній ряди шестерень 9 На фіг 9 показано схему поршневого багатоциліндрового ДВЗ з багаторядним розташуванням циліндрів, в якому при V-подібному розташуванні циліндрів передача обертів між сусідніми циліндрами відбувається через нижній ряд шестерень, тоді як при горизонтальному або хрестоподібному розташуванні циліндрів, передача обертів на шестерні сусіднього циліндру відбувається через центральний ряд шестерень 10 На фіг 10 показано схему поршневого багатоциліндрового ДВЗ з двохрядним V-подібним та трьохрядним розташуванням циліндрів, в якому на СТІНЦІ картера розташовано три шестерні, охоплених ланцюговою передачею Поршневий ДВЗ, як показано на фіг 1 та фіг 2, складається з корпусу 1, що містить в собі циліндр 2, в якому рухається поршень З Під КОЖНИМ циліндром на стінках картера 4, за допомогою корінних шийок 5, кріпляться шестерні однакового діаметру 6, які зв'язані між собою ланцюговими передачами 7 Ланцюгові передачі з'єднані між собою шатунною шийкою 8, до якої кріпиться шатун 9, який з'єднаний з поршнем за допомогою поршневого пальця 10 Принцип роботи Внизу, під циліндром, на стінках картера кріпляться з можливістю обертання пара верхніх та нижніх шестерень однакового діаметру, охоплених ланцюговими передачами, зв'язаних між собою шатунною шийкою, утворюючи колінчастий вал як показано на фіг 1 і фіг 2 До шатунної шийки кріпиться нижня головка шатуна, а верхня головка шатуна через поршневий палець з'єднана з поршнем Поршень під дією нагрітих газів передає свій рух через шатун на обидві ланцюгові передачі, які обертають шестерні, перетворюючи поворотнопоступальний рух поршня в обертовий рух вихідних валів 11 А оскільки довжина ланцюга більше від довжини кожної шестерні в два рази, то один повний оберт ланцюга, який забезпечується проходом поршня від ВМТ до НМТ і назад, забезпечує збільшення обертів кожної шестерні також в два рази Верхні та нижні шестерні повинні бути однакового діаметру, тому що саме від цього залежить збільшення обертів вихідних валів в два рази та встановлення мінімальної відстані руху поршня по циліндру від ВМТ до НМТ Використовуючи різні за конфігурацією шестерні, як показано на фіг 3 і фіг 4, можна зменшувати відстань руху поршня по циліндру і довжину ланцюгової передачі, не зменшуючи при цьому КІЛЬКІСТЬ обертів шестерень Щоб збільшити оберти вихідних валів більше ніж в два рази, можна збільшити КІЛЬКІСТЬ шестерень на 54436 стінках картера до трьох (фіг 5) або чотирьох (фіг 6) і більше Це дозволяє збільшити довжину ланцюга і ВІДПОВІДНО КІЛЬКІСТЬ обертів шестерень Розташування шестерень по обидві сторони стінок картера дозволяє утворювати колінчастий вал багатоциліндрових поршневих ДВЗ, як показано на фіг 7 В такому ДВЗ під кожним циліндром 2, кріпиться пара верхніх та нижніх шестерень 6, які з'єднані ланцюговими передачами 7 Кожна пара верхніх та нижніх шестерень сусідніх між собою циліндрів з'єднана між собою корінними шийками 5, за допомогою ШЛІЦІВ, ЯКІ забезпечують жорстке з'єднання і тому обертання шестерень одного циліндру передається на шестерні сусіднього циліндру, заставляючи їх обертатися з однаковою швидкістю Розташування циліндрів у поршневих ДВЗ може бути не лише однорядним, як показано на фіг 8, де передача руху між шестернями сусідніх циліндрів забезпечується через верхні та нижні шестерні, але й багаторядним, як показано на фіг 9, де передача обертів між рядами відбувається через нижній ряд шестерень при V-подібному розташуванні циліндрів, або через центральний ряд шестерень, при горизонтальному та хрестоподібному розташуванні циліндрів Можливе також двохрядне V-подібне або трьохрядне розташування циліндрів, як показано на фіг 10, в якому ланцюговою передачею охоплено систему з трьох шестерень, що дає можливість збільшити оберти двигуна втри рази, а, враховуючи затримання при цьому поршня в НМТ, дозволяє значно збільшити подачу пального в двигун, що є дуже важливим для підвищення ефективності роботи двохтактних ДВЗ 54436 ФІГ.1 Фіг.2 ФІГ.З Фіг.4 w О) 11 54436 ФІг.8 Фіг.9 12 13 54436 Підписано до друку 03 04 2003 р 14 Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24