Безшатунний двигун внутрішнього згоряння

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции бесшатунных двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано на транспорте: авиационном, автомобильном, водном, железнодорожном, для установки на тракторы, мотоблоки, другие сельскохозяйственные машины, в качестве поршневых компрессоров и насосов, мотогенераторов и др. Известен авиационный 2-х винтовой двигатель внутреннего сгорания, например, 16-и цилиндровый [1], содержащий корпус с боковыми крышками, выходной вал с закрепленными на нем шестернями цилиндры, установленные в них поршни с двумя шатунами каждый, кинематически связанный с кривошипными шестернями при помощи эксцентрично установленных на них пальцев. Опоры шестерен выполнены в боковых крышках корпуса, а шестерни связаны с шестернями выходного вала. Двигатель содержит коленчатые валы, солнечную шестерню, дифференциал, распределительные валы и т.д. Наличие двух шатунов, кинематически связанных с одним поршнем, усложняет конструкцию и увеличивает габариты двигателя. Как известно, шатунно-поршневые, бесшатунные двигатели несмотря на постоянное совершенство их конструкции по-прежнему остаются металлоемкими, сложными в изготовлении, особенно коленчатые и распределительные валы. Сгоревшие выпускные газы не утилизируются, поэтому двигатели экологически не совершенны. Конструкции не позволяют строить модули и соединять их между собой. Задачей настоящего изобретения является уменьшение габаритов бесшатунного двигателя внутреннего сгорания путем замены шатунов на приводные механизмы (элементы) эллиптической формы, что позволит заменить коленчатый и распределительный валы на детали проще по конструкции и, как следствие, упростить конструкцию двигателя. Изобретение характеризуется следующими существенными признаками - бесшатунный двигатель внутреннего сгорания включает корпус с боковыми крышками, выходной вал с закрепленной на нем, по крайней мере, одной шестерней, распределительное устройство, цилиндры, установленные в них поршни, кинематически связанные с кривошипными шестернями при помощи эксцентрично установленных на них пальцев, причем опоры шестерен выполнены в боковых крышках корпуса, а шестерни связаны с шестерней выходного вала. По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки: - поршни выполнены со штоками и приводными механизмами (элементами) эллиптической формы, содержащими прорези, в которых эксцентрично размещены выходные ведущие валы с шестернями на концах, которые кинематически связаны с шестернями ведомого вала и шестернями распределительного механизма; - один из выходных валов содержит и шестерни распределительного механизма; - газораспределительное устройство, взамен распределительного вала, выполнено в виде шкивов, на наружной поверхности ободов которых содержатся съемные и взаимозаменяемые кулачки, а внутренние боковые поверхности шкивов содержат шестерни газораспределительного механизма, кинематически связанные с шестернями ведущего (выходного) вала; - головки корпуса двигателя содержат жестко закрепленные к ним вилки и размещенные в них коромысла клапанов: - впускные и выпускные трубопроводы выполнены заодно с корпусом двигателя и образуют общие поверхности с рубашкой жидкостного охлаждения; - приводные эллиптические механизмы содержат боковые крышки и образуют емкость для смазки подшипников эксцентриков; - корпус двигателя содержит взаимозаменяемые крышки с опорами ведущих и ведомого валов. При совершении термодинамического процесса в цилиндрах двигателя возвратно-поступательное движение поршней превращается во вращательное движение выходных (ведущих) валов и ведомого центрального вала, кинематически связанных между собой шестернями, при помощи эксцентриков выполненных заодно с ведущими валами и размещенные в пазах приводных механизмов эллиптической формы, которые жестко связаны штоками с поршнями. Необходимость в коленчатом валу отпала. Кроме того, конструкция двигателя позволяет газораспределительный вал заменить на устройство в виде двух шкивов, для впускных и выпускных клапанов, разместив на ободах съемные и взаимозаменяемые кулачки, а на внутренних боковых поверхностях ведомые шестерни привода шкивов. На фиг. 1 изображен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с крестообразным расположением цилиндров разрез по А-А (впускным и выпускным трубопроводам) фиг. 2. На фиг. 2 вид сверху. На фиг. 3 - разрез двигателя по Б-Б. На фиг. 4 - разрез поВ-В. На фиг, 5 - приводной элемент эллиптической формы с крышками. На фиг. 6 - разрез по Г-Г на фиг. 5. На фиг. 7 - сечение Д-Д - повернуто на 45°. На фиг. 8 - сечение Е-Е - повернуто на 45°. Карбюраторный четырехтактный бесшатунный двигатель внутреннего сгорания 1 содержит корпус 2, поршни 3, выполненные со штоками 4, приводные элементы 5 эллиптической формы, горизонтальные оси которых перпендикулярны осям цилиндров 6. Приводные элементы 5 внутри имеют прорези 7, в которых размещены эксцентрики 8 с подшипниками 9, контактирующие с внутренними поверхностями 10 прорезей 7, при вращении эксцентриков 8. Наличие подшипников 9 позволяет заменить трение скольжения эксцентриков 8 на трение качения. Длина прорезей 7 приводных элементов 5 больше на 5-10% 2-х диаметров эксцентриков 8 или больше на 5-10% длины двух диаметров эксцентриков 8 при повороте их на 180°. Это предусмотрено с той целью, чтобы при вращении эксцентриков 8 поверхности подшипников 9 не контактировали с боковыми поверхностями 11 прорезей 7 приводных элементов 5 и не создавали дополнительное трение, так как в этом нет необходимости. Эксцентрики 8 содержат взаимозаменяемые выходные валы 12, на концах которых закреплены ведущие шестерни 13, находящиеся в постоянном зацеплении с шестернями 14 центрального ведомого вала 15. Один из выходных (ведущих) валов 12, например верхний, имеет две ведущие шестерни 16 и 17 газораспределительного механизма двигателя 1, выполненные в одном блоке с ведущими шестернями 13 вала 12. Газораспределительный механизм данного двигателя 1 представляет собой принципиально новую конструкцию и содержит взамен распределительного вала распределительные шкивы 18 и 19, свободно посаженные на ведомый вал 15. На наружных поверхностях ободов 20 и 21 шкивов 18 и 19 содержатся съемные и взаимозаменяемые кулачки 22, а на внутренних боковых поверхностях 23 и 24 шкивов 18 и 19 содержатся ведомые шестерни 25 и 26. находящиеся в постоянном зацеплении с ведущими шестернями 16 и 17. Диаметр ведомых шестерен 25 и 26 в 2 раза больше ведущих шестерен 16 и 17. В связи с этим ведомый вал 15 делает 2 оборота вокруг своей оси, а шкивы 18 и 19 один оборот. Шкив 18 предназначен для открывания впускных клапанов, а шкив 19 для открывания выпускных клапанов. Количество кулачков на шкиве, их профиль, угол расположения и др. являются НОУ-ХАУ и в данном изобретении автором не раскрывается. Цилиндры 6 корпуса 2 закрываются. Головками 27 к головкам 27 жестко крепятся вилки 28, в которых шарнирно размещены коромысла 29 впускных клапанов 30 и выпускных клапанов 31. Закрывание впускных клапанов 30 и выпускных клапанов 31 осуществляется пружинами 32, которые фиксируются специальными устройствами (общеизвестны). В данном двигателе показаны только опорные шайбы 33. Газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов содержит также толкатели 34 и штанги 35. Двигатель 1 содержит рубашку 36 жидкостного охлаждения, в которой размещены впускные трубопроводы 37 и выпускные трубопроводы 38. Наружные поверхности 39 впускных 37 и выпускных 38 трубопроводов выполнены заодно с корпусом 2 двигателя 1. Впускные трубопроводы 37 и выпускные 38 содержат по обе стороны патрубки 40 и 41, которые выходят из рубашки охлаждения и размещаются в нишах 42 корпуса 2 двигателя 1. Патрубки 40 и 41 содержат фланцы 43 и 44, отлитые заодно с патрубками 40 и 41. Впускные 37 и выпускные 38 трубопроводы содержат с обеих сторон температурные компенсаторы (сильфоны) 45 и 46, которые крепятся с одной стороны к фланцам 43 и 44 патрубков 40 и 41, а с другой стороны к головка 27 корпуса 2 двигателя 1. Приводные элементы 5 с обеих сторон закрываются крышками 47 и образуют емкость 48 для размещения в ней смазки 49 подшипников 9. Двигатель 1 содержит взаимозаменяемые крышки 50, в которых имеются опоры 51 для размещения в них подшипников 52 валов 12 и 15, крышки 50 крепятся к корпусу 2 болтами 53. Важно отметить, что в данной конструкции двигателя опоры ведущих валов 12 могут быть выполнены непосредственно в корпусе 2 двигателя 1, что обеспечит более надежное крепление валов и разгрузит крышки 50. Головки 27 крепятся к корпусу 2 шестью шпильками 54 и четырьмя болтами 55, содержат впускные отверстия 56. выпускные отверстия 57, свечи 58 и закрываются колпаками 59. Аналогично вращающиеся шкивы 18 и 19 могут закрываться крышками (на черт, не показаны). Ведомый вал 15 с одной стороны содержит маховик 60. а с другой храповик (на черт, не показан). Кулачковые шкивы 18 и 19 фиксируются от бокового смещения с одной стороны маховиком, а с другой специальной шайбой 61. К фланцам 43 впускных трубопроводов 37 крепится впускная труба 62 и карбюратор (на черт, не показан) к фланцам 44 выпускных трубопроводов 38 крепится выпускная труба 63 и глушитель (на черт, не показан). Четырехтактный бесшатунный двигатель внутреннего сгорания 1 работает следующим образом. При проворачивании ведомого вала 15 за маховик 60, при помощи стартера, или вручную за храповик, совместно с валом 15 вращаются ведомые шестерни 14. Крутящий момент от шестерен 14 передается на ведущие шестерни 13. Происходит вращение выходных валов 12 совместно с эксцентриками 8, эксцентрики передают усилие на нижние поверхности прорезей 7 приводных элементов 5. Поршень 3, например, первого цилиндра 6 движется от В.М.Т. к Н.М.Т. Одновременно с ведущим валом 15 шестернями 13 вращаются ведущие шестерни 16 и 17 газораспределительного механизма, те в свою очередь, находясь в постоянном зацеплении с ведомыми шестернями 25 и 26, выполненными заодно со шкивами 18 и 19, проворачивают шкивы 18 и 19. При этом один из кулачков 22 нажимает на толкатель 34, толкатель на штангу 35, штанга на коромысло 29, коромысло на стержень впускного клапана 30. Пружина 32 сжимается. Впускной клапан 30 открывается. Свежий заряд рабочего тела от карбюратора через трубу 62, впускной трубопровод 37, впускное отверстие 56 головки 27 засасывается в цилиндр 6. При этом толкатель 34 выпускного клапана 31 находится в межкулачковом пространстве и выпускной клапан 31 закрыт. Ход поршня 3 от В.М.Т. до Н.М.Т. осуществляется при повороте вала 15 и валов 12 на 180°. При следующем повороте ведущего вала 12 и ведомого 15 на 180° происходит сжатие рабочего тела. В этот момент толкатели 34 впускных клапанов 30 и выпускных 31 находятся в межкулачковом пространстве, т.е. на поверхности шкивов 18 и 19 ободов 20 и 21, оба клапана закрыты. Поршень 3 в В.М.Т. От свечи 58 смесь зажигается. При совершении термодинамического процесса в цилиндрах 6 усилие расширяющихся газов передается на поршни 3, поршневые штоки 4, приводные элементы 5. Приводные элементы 5 передают усилие на эксцентрики 8, эксцентрики 8 вращаются совместно с выходными валами 12 шестернями 13. Крутящий момент от шестерен 13 передается на шестерни 14, шестерни на ведущий вал 15. Двигатель работает. Таким образом поступательное движение поршней 6 превращается в,о вращательное движение выходных валов 12 и ведомого вала 15 при помощи штоков 4, приводных элементов 5 и эксцентриков 8. Выпуск отработанных газов осуществляется через следующий поворот валов на 180°, теперь толкатель 34 со штангой впускного клапана 30 находится в межг кулачковом пространстве шкива 18, клапан 30 закрыт, а толкатель 34 со штангой 35 выпускного клапана 31 набегает на кулачок 22 шкива 19, выпускной клапан 31 открыт, отработанные газы через выпускное отверстие 57 головки 27, трубопровод 38, Трубу 63 глушитель выходит в атмосферу. Порядок работы двигатель 1-3-4-2. Весь процесс "впуск", "сжатие", "расширение" и "выпуск" происходит за 2 оборота валов 12 и 15 и один оборот кулачковых шкивов 18 и 19. Как видно из конструкции двигателя, выпускные газы проходят через выпускной трубопровод 38, наружные поверхности 39 которого на 2/3 погружены в рубашку 36 жидкостного охлаждения, в связи с этим часть тепла отдается охлаждающей жидкости, т,е. утилизируется, а часть выходит в атмосферу вместе с отработанными газами. Это дает возможность частично подогревать рабочее тело как при запуске двигателя, так и при его постоянной работе, что обеспечит хорошее сгорание и высокую экономичность двигателя. Уменьшит выброс вредных веществ в атмосферу. Конструкция позволяет избавиться от таких сложнейших деталей, как коленчатый вал, распределительным вал, шатуны. Двигатель хорошо уравновешен, на нем отсутствуют инерционные силы второго и выше порядков. Конструкция позволяет строить модули и соединять их между собой для увеличения мощности с последующим отключением переднего модуля двигателя при движении, например, автомобиля без груза. Металлоемкость 2-х спаренных модулей предлагаемой конструкции примерно в 2 раза меньше металлоемкости, например, двигателя автомобиля ЗИЛ-130, ЗИЛ-375 при тех же параметрах.