Патент на изобретение №2327047

(54) БЕСШАТУННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесшатунным двигателям внутреннего сгорания. Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности газораспределительного механизма без увеличения его габаритов. Согласно изобретению в корпусе бесшатунного двигателя внутреннего сгорания размещены цилиндры с поршнями и выходной вал, на котором установлен газораспределительный механизм, выполненный в виде впускного и выпускного эксцентриков и зубчатого колеса внутреннего зацепления. На впускных и выпускных эксцентриках установлены подшипники, в наружных кольцах которых выполнены радиальные пазы, взаимодействующие с подпружиненными впускным и выпускным клапанами. При этом концы штоков клапанов выполнены в виде полусфер. Зубчатое колесо внутреннего зацепления взаимодействует через промежуточные шестерни с центральной шестерней, закрепленной на выходном валу. Передаточное отношение зубчатого колеса внутреннего зацепления и центральной шестерни равно 2:1. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесшатунным двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в различных отраслях.

Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (патент RU №2006627, кл. F02В 75/32, 1994.01.30), содержащий корпус с боковыми крышками, в которых с двух сторон выполнены опоры кривошипных шестерен, выходной вал с закрепленной на нем по крайней мере одной шестерней, цилиндры, в которых установлены кинематически связанные с кривошипными шестернями при помощи пальцев поршни со штоками, взаимодействующими с дополнительными кулисами, выполненными с одной стороны с цилиндрическими выступами, а с другой – с осевыми отверстиями, а также газораспределительную систему, состоящую из впускных и выпускных окон, выполненных в цилиндрах на разном уровне, впускных и выпускных трубопроводов, отлитых за одно целое с корпусом двигателя, расположенных в рубашке.

Недостатком такого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания является наличие в нем поршня со штоком, взаимодействующим с кулисами, так как при рабочем ходе поршня от усилия штока посредине кулисы возникает большой изгибающий момент и большая сила трения, соразмерная с рабочей силой поршня, действующая в местах соединения штока поршня с кулисой, что допускает разрушения в соединении шток-поршень-кулиса, вследствие чего снижается надежность и долговечность двигателя, кроме того, выполнение впускных и выпускных окон в стенках цилиндров при ходе поршней приводит к значительным потерям газовой смеси через впускные и выпускные окна, так как зона сжатия газовой смеси в цилиндрах ограничена верхним уровнем впускных отверстий, что значительно уменьшает степень сжатия, снижая тем самым мощность бесшатунного двигателя внутреннего сгорания.

Известен также принятый за прототип бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (а.с. СССР №1262074, кл. F02В 75/24, 1986.10.07), содержащий корпус, в котором размещены установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения в цилиндре два поршня, жестко связанные между собой штоком, и два механизма газораспределения, каждый из которых выполнен в виде подпружиненных впускного и выпускного клапанов, взаимодействующих в кулачковым валом, впускного и выпускного каналов, расположенных в корпусе, двух коленчатых валов, двух тяг, соединяющих коленчатые валы, четырех упоров, в которые входят концы коленчатых валов, переднего, среднего и заднего кривошипов, шестерен и золотников, установленных соосно впускному и выпускному клапанам.

Недостатком такого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания является наличие в нем сложного механизма газораспределения, сложность его изготовления, а также наличие в нем коленчатых валов, которые увеличивают продольные габариты двигателя.

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в создании такого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, включающего газораспределительный механизм, который был бы надежен и долговечен при компактных продольных габаритах.

Поставленная задача решается тем, что в известном бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, содержащем корпус с цилиндрами, в которых установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршни, и газораспределительный механизм, включающий подпружиненные впускные и выпускные клапаны, сообщающиеся с впускными и выпускными каналами, газораспределительный механизм дополнительно содержит установленный с возможностью вращения на выходном валу двигателя корпус, выполненный в виде двух впускного и выпускного эксцентриков и зубчатого колеса внутреннего зацепления, взаимодействующего через шестерни с центральной шестерней, закрепленной на выходном валу, а на впускном и выпускном эксцентриках установлены подшипники, контактирующие с концами штоков впускных и выпускных клапанов.

При этом двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит установленный на выходном валу параллельно его оси масляный насос, выполненный в виде трубки с косым срезом в нижней части, размещенным в масляной ванне, а передаточное отношение зубчатого колеса газораспределительного механизма и центральной шестерни равно 2:1.

Выполнение газораспределительного механизма в виде двух впускного и выпускного эксцентриков и зубчатого колеса уменьшает габариты бесшатунного двигателя по длине, обеспечивая ему компактность, кроме того, наличие двух впускного и выпускного эксцентриков позволяет использовать газораспределительный механизм для управления множеством цилиндров бесшатунного двигателя, что упрощает конструкцию газораспределительного механизма и повышает мощность двигателя.

Наличие впускных и выпускных клапанов, концы штоков которых взаимодействуют с наружными кольцами подшипников, установленных на впускном и выпускном эксцентриках, исключает появление сил трения на концах впускных и выпускных клапанов при вращении впускного и выпускного эксцентриков, так как наружные кольца не вращаются, а передают на концы впускных и выпускных клапанов только усилие нажатия, открывая и закрывая их под действием пружин, что повышает надежность и долговечность бесшатунного двигателя внутреннего сгорания.

Выполнение масляного насоса в виде установленной на выходном валу параллельно его оси трубки с косым срезом, размещенным в масляной ванне, обеспечивает при вращении выходного вала бесперебойную вертикальную подачу масла в бесшатунный двигатель внутреннего сгорания и орошение всех внутренних деталей, что повышает долговечность бесшатунного двигателя.

Взаимодействие зубчатого колеса через шестерни с центральной шестерней, закрепленной на шлицах выходного вала, позволяет обеспечить совпадение направления вращения впускного и выпускного эксцентриков с направлением вращения выходного вала, что при передаточном отношении зубчатого колеса корпуса газораспределительного механизма и центральной шестерни, равном 2:1, обеспечивает четырехтактный цикл работы двигателя.

На фиг.1 изображен продольный разрез бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, вид сбоку;

на фиг.2 – поперечный разрез двигателя по газораспределительному механизму, вид сверху.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит выполненный в виде многогранного кольца корпус 1 с размещенными в нем выходным валом 2, на котором установлен выполненный в виде корпуса 3 газораспределительный механизм, и четным множеством лежащих в одной плоскости и расположенных попарно-противоположно цилиндров 4 с закрепленными на них головками 5.

Корпус 3 газораспределительного механизма установлен на выходном валу 2 с возможностью вращения на подшипниках 6 и выполнен как одно целое в виде двух впускного 7 и выпускного 8 эксцентриков, содержащих подшипники 9, 10, в наружных кольцах которых выполнены радиальные пазы 11, 12, взаимодействующие с соответствующими подпружиненными впускными 13 и выпускными 14 клапанами, концы 15 штоков которых выполнены в виде полусфер.

Впускные 13 и выпускные 14 клапаны радиально установлены в корпусе 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия с впускными 16 и выпускными 17 каналами, соединенными с кольцевыми впускным 18 и выпускным 19 коллекторами.

Корпус 3 выполнен как одно целое с зубчатым колесом 20 внутреннего зацепления, взаимодействующим через установленные на неподвижных осях 21, 22 шестерни 23, 24 с центральной шестерней 25, закрепленной на шлицах 26 выходного вала 2. Отношение числа зубьев зубчатого колеса 20 внутреннего зацепления и центральной шестерни равно 2:1.

В цилиндрах 4 установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршни 27 с закрепленными в синхронизирующем кольце 28 головками 29, взаимодействующими с роликами-толкателями 30, установленными на осях 31 в ступице 32 двух шестерен 33, взаимодействующих с неподвижными зубчатыми колесами 34. Шестерни 33 установлены с возможностью вращения вокруг своей оси 35 на подшипниках 36 в щечках 37, выполненных как одно целое с выходным валом 2, установленным в подшипниках 38.

В щечках 37 закреплен масляный насос, выполненный в виде трубки 39 с косым срезом 40 в нижней части, размещенным в масляной ванне 41.

Работа предлагаемого бесшатунного двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом.

При вращении выходного вала 2 центральная шестерня 25, вращаясь, передает через шестерни 23, 24, установленные на неподвижных осях 21, 22, зубчатому колесу 20 и корпусу 3 газораспределительного механизма вращение, совпадающее с направлением вращения выходного вала 2. Корпус 3 обеспечивает вращение впускного 7 и выпускного 8 эксцентриков, которые через радиальные пазы 11, 12 в наружных кольцах подшипников 9, 10 воздействуют на полусферы концов 15 впускных 13 и выпускных 14 клапанов, открывая и закрывая их в соответствии с взаиморасположением впускного 7 и выпускного 8 эксцентриков (согласно циклограмме четырехтактного двигателя).

Топливо поступает из впускного коллектора 18 через впускные каналы 16 и впускные клапаны 13 в цилиндры 4, где происходит его сгорание. Под действием расширяющихся газов поршни 27, двигаясь вдоль цилиндров 4, перемещаются до контакта с роликами-толкателями 30, передавая им усилие рабочего хода.

Ролики-толкатели 30, перемещаясь по прямолинейной траектории, проходящей через центр бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, воздействуют через оси 31 ступицы 32 на шестерни 33, которые, вращаясь на подшипниках 36 в щечках 37 выходного вала 2, входят в зацепление с неподвижными зубчатыми колесами 34 и передают вращение выходному валу 2. Одновременно противоположно расположенные поршни 27 начинают перемещение при взаимодействии с синхронизирующим кольцом 28, осуществляя начальную фазу такта сжатия, завершение которого происходит при достижении роликами-толкателями 30 противоположного крайнего положения. Поршни 27 последовательно через ролики-толкатели 30, двигаясь по своим прямолинейным траекториям, передают вращение выходному валу 2 и за два его оборота выполняются все четыре такта работы двигателя.

При обратном ходе поршней 27 открываются выпускные клапаны 14 и отработанное топливо поступает через выпускные каналы 17 в выпускной коллектор 19.

При вращении выходного вала 2 трубка 39, захватывая масло косым срезом 40 из масляной ванны 41, подает его вертикально вверх и орошает все детали и механизмы бесшатунного двигателя внутреннего сгорания.

Выполнение газораспределительного механизма как одно целое в виде двух впускного и выпускного эксцентриков и зубчатого колеса уменьшает габариты бесшатунного двигателя по длине, обеспечивая ему компактность, кроме того, наличие двух впускного и выпускного эксцентриков позволяет использовать газораспределительный механизм для управления множеством цилиндров бесшатунного двигателя, что упрощает конструкцию газораспределительного механизма и повышает мощность двигателя.

Наличие впускных и выпускных клапанов, концы которых выполнены в виде полусфер, взаимодействующих с радиальными пазами, выполненными в наружных кольцах подшипников, установленных на впускном и выпускном эксцентриках, исключают появление сил трения на концах впускных и выпускных клапанов при вращении впускного и выпускного эксцентриков, так как наружные кольца не вращаются, а передают на концы впускных и выпускных клапанов только усилие нажатия, открывая и закрывая их под действием пружин, что повышает надежность и долговечность бесшатунного двигателя внутреннего сгорания.

Выполнение масляного насоса в виде установленной на выходном валу параллельно его оси трубки с косым срезом обеспечивает при вращении выходного вала бесперебойную вертикальную подачу масла в бесшатунный двигатель внутреннего сгорания и орошение всех внутренних деталей, что повышает долговечность бесшатунного двигателя.

Взаимодействие зубчатого колеса через шестерни с центральной шестерней, закрепленной на шлицах выходного вала, позволяет обеспечить совпадение направления вращения впускного и выпускного эксцентриков с направлением вращения выходного вала, что при передаточном отношении зубчатого колеса корпуса газораспределительного механизма и центральной шестерни, равном 2:1, обеспечивает четырехтактный цикл работы двигателя.

Формула изобретения

1. Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрами, в которых установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршни, и газораспределительный механизм, включающий подпружиненные впускные и выпускные клапаны, сообщающиеся с впускными и выпускными каналами, отличающийся тем, что газораспределительный механизм дополнительно содержит установленный с возможностью вращения на выходном валу двигателя корпус, выполненный в виде двух впускного и выпускного эксцентриков и зубчатого колеса внутреннего зацепления, взаимодействующего через шестерни с центральной шестерней, закрепленной на выходном валу, а на впускном и выпускном эксцентриках установлены подшипники, контактирующие своими наружными кольцами с концами штоков впускных и выпускных клапанов.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит установленный на выходном валу параллельно его оси масляный насос, выполненный в виде трубки с косым срезом в нижней части, размещенным в масляной ванне.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что передаточное отношение зубчатого колеса корпуса газораспределительного механизма и центральной шестерни равно 2:1.

РИСУНКИ