Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (5)) 4 F 02 E 75/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / " ", H A BTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4Р (21) 3770037/25-06, 3812936/06 (22) 06.07.84 (23) 19.11.84 по п. 3 (46) 07.05.86. Бюл. Ф 17 (71) Чебоксарское специальное конструкторско-технологическое бюро по бесчелночным ткацким станкам и Чувашский сельскохозяйственный институт (72) Н. Н. Васильев и Л.Д. Дубинин (53) 621.731(088 8) (56) Авторское свидетельство СССР

)) - 1038510,кл. F 02 В 75/26, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 603760, кл.F 02 В 61/00, 1972. (54) (57) 1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ, содержащий корпус с цилиндрами, поршни с штоками, равноплечие коромысла, соединенные соштокамиобщими шарнирами и с выходным валом через первый и второй планетарные механизмы, имеющие кол%со внутреннего зацепления, свободное водило, центральную шестерню и два сателлита, механизм ограничения и регулирования хода поршня, выполненный в виде наружного и внутреннего эксцентриков и шатуна, соединенного подвижно с общим шарниром одного иэ штоков и с наружным эксцентриком, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности и эксплуатационных характеристик, в корпусе между планетарными механизмами неподвижно установлено зубчатое колесо внутреннего зацепления с двумя сателлитами, один из которых жестко соединен с осью сателлита первого планетарного механизма, а другой — с осью сателлита второго планетарного механизма, водила подвижно установлены на выходном валу и кинематически соединены с сателлитами и через равноплечие коромысла со штоками поршней, причем центральные шестерни неподвижно закреплены на выходном валу, а колеса внутреннего зацепления планетарных механизмов размещены в корпусе с возможностью вращения.

2. Двигатель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что содержит первый и второй цилиндры с соответствующими поршнями со штоками, водила выполнены крестообразными, причем водило первого планетарного механизма одним концом через ось сателлита и коромысло шарнирно связано со штоком поршня первого цилиндра, а другим концом через коромысло — со штоком поршня второго цилиндра, водило второго планетарного механизма одним концом через ось,сателлита и коромысло шарнирно связано со штоком поршня второго цилиндра, а другим концом через коромысло - со штоком поршня первого цилиндра.

3. Двигатель по п. l, о т л ич а ю шийся тем, что водила первого и второго планетарных механизмов шарнирно соединены через равноплечие коромысла со штоком поршня одного цилиндра.

4. Двигатель по an. 1-3, о тл и. ч а ю шийся тем, что снабжен дополнительными равноплечими коромыслами с общим шарниром, упруго соединенным с корпусом, концы дополнительных коромысел шарнирно соединены со свободными концами водил.

I?29398

Изобретение относится к днигателестроению, преимущественно к силовым установкам для транспортных машин, в частности с поршневыми двигателями внутреннего сгорания.

Цель изобретения — повышение надежности работы и эксплуатационных характеристик привода вала двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема двухцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, нид спереди» на фиг. 2 — то же, вид сбоку," на фиг. 3 — кинематическая схема одноцилиндроного двигателя внутреннего сгорания, вид спереди; на фиг.4то же, вид сбоку.

Двигатель (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1, н котором последовательно расположены, например, два цилиндра 2. В каждом цилиндре 2 размещен поршень 3, соединенный неподвижно со штоком 4, имеющим неподвижные направляющие 5. Шток 4 шарнирно соединен с общими концами равноплечих коромысел б. Раздельные концы коромысел б соединены шарнирно с различными сдвоенными водилами 7 и 8, например концы коромысел 6, соединенных со штоком 4 правого поршня 3, связаны с водилом 7 (фиг. 1 и 2, сплошная линия 1-1) и с водилом 8 (фиг. 1 и 2 пунктирная линия IV-IV).

Оба водила 7 и 8 сдвоенные,,поэтому левые половинки водила 7 (фиг. 1 и

2, сплошная линия III-III) и водила

8 (фиг. 1 и 2, пунктирная линия II—

II) соединены шарнирно с раздельными концами равноплечих коромысел 6, связанных подвижно со штоком 4 левого поршня 3. Водила 7 и 8 на шарикоподшипниках 9 и 1О установлены на общем выходном валу 11 привода. На этом же валу 11, установленном н подшипниках 12, неподвижно закреплены центральные солнечные зубчатые коле са 13 планетарных передач привода и внутренний эксцентрик 14 несилового регулировочного кривошипно-ползунного механизма. Наружный эксцентрик

15 этого механизма, установленный подвижно на внутреннем эксцентрике

14, шарнирно подшипникам в его кольцевом пазу через шатун 16 соединен со штоком 4 одного, например правого, поршня 3. Вследствие того, что обе поршневые группы взаимосвязаны между собой через коромысла б и сдво. енные нодила 7 и 8, то при повороте наружного эксцентрика 15 относительно внутреннего эксцентрика 14, например, вручную можно отрегулировать длину кривошнпа, составленного из . эксцентриков 1 и 15, и тем самым на одинаковую величину хода обоих поршней 3,. угол поворота общего выходного вала 1, за один ход поршня

3 или скорость его вращения. Правая половина водила 7 шарнирно с помощью осей 17 соединена с двумя диаметрально противоположно расположенными сателлитами 18, а левая полонинка водила 8 — с помощью осей 19 с сателлитами 20. Сателлиты 18 и 20 зацеплены с правым и левым центральными солнечными колесами 13 и эпициклами 21, установленными в шари.коподшипниках ?2. Один йз сателлитов 18 и 20 спарен с сателлитами

23, закрепленными неподвижно на осях

17 и 19„ расположенными диаметрально противоположно и зацепленными с дополнительным колесом 24 с внут— ренним зацеплением. Колесо 24 закреплено неподвижно в корпусе 1 между планетарными передачами и является общим неподвижным звеном для этих передач„ Сателлиты 18, 20 и 23, центральные солнечные колеса 13, эпициклы 21 и колесо 24 имеют одинаковое число зубьев. Нижние общие шарниры равноплечих коромысел 6 могут соединя bcH с помощью пружин 25 растяжения подвжкно и упруго с корпусом, а эпициклы 21 могут слулять приводными элементами дополнительных механизмов, напрцмер механизма вала отбора мощности.

Двигатель (фиг. 3 и 4} содержит корпус I с. цилиндром 2, н котором размещен поршень 3, соединенный неподвижно со штоком 4, установленным в направляющих 5. Шток 4 шарнирно соединен с общими концами ранноплечих коромысел 6. Раздельные концы коромысел 6 соединены шарнирно с осями 17 и 19 =àòåëëèòîâ 18 и 20 планетарных передач. В каждой планетарной г.:ередаче — два сателлита

18 или ?О, расположенные диаметрально противоположно и зацепленные с эпициклами 21, у-становленными подвиж но в корпусе I. Вторые сателлиты

18 и 20 в передачах расположены на осях 26 и 27 ° На осях 17 и 27 диагонально протиноположно расположены

3 1 два дополнительных сателлита 23 и

28, зацепленные с колесом 24. Все сателлиты 18, 20, 23 и 28 закреплены на осях 17, 19, 26 и 27 неподвижно.

Колесо 24 с внутренним зацеплением является общим. неподвижным звеном обеих планетарных передач и закреплено неподвижно в корпусе 1. Водила 29 и 30 этих передач установлены подвижно на общем выходном валу

11 привода. На этом же валу 11 неподвижно закреплены центральные или солнечные зубчатые колеса 13 планетарных передач и внутренний эксцентрик 14 несилового регулировочного кривошипно-ползунного механизма.

Наружный эксцентрик 15 этого механизма, установленный на внутреннем эксцентрике 14 с возможностью изменения их расположения оДин относительно. другого, шарнирно с помощью шарикоподшипника (не показан) в своем кольцевом пазу через шатун 16 соединен со штоком 4. Длина кривошипа, представляющая собой суммарный эксцентриситет эксцентриков 14 и

15, регулируется проворотом наружного эксцентрика относительно внутреннего. При этом изменяется ход поршня 3, углы поворота ведущих водил

29 и 30, угол поворота общего выходного вала 11 за один ход поршня 3, а следовательно, скорость вращения этого вала. Числа зубьев сателлитов

18, 20, 23 и 28 равны, также одинаковы числа зубьев у центральных колес 13, эпициклов 21 и колеса 24.

У всех этих зубчатых колес модули одинаковы.

Предлагаемый двухцилиндровый дви-, гатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

В случае, например, двухтактного двигателя в одном цилиндре 2, в частности в правом, происходит рабочий ход (поршень 3 вначале находится в крайнем верхнем положении), а в другом левом — сжатие (поршень 3 находится в крайнем нижнем положении).

Так как обе поршневые группы взаимосвязаны между собой, при рабочем ходе правого поршня 3 вниз левый поршень 3 поднимается вверх и производит сжатие в левом цилиндре 2. При этом сдвоенное крестообразное водило 7 (обе.половинки I-I u III-III) вращается по часовой стрелке, сателлиты 18, опираясь на неподвижный правый эпицикл 21, вращают правое

55 можению. Таким образом, в редукторе

Давида с двумя внутренними зацеплениями с ведущим водилом при неподвижном колесе 24 неподвижен и правый эпицикл 21.В таком редукторе опорный реактивный момент воспринимают через блок сателлитов 18 и 23, колесо 24 и правый эпицикл 21 независимо от того, установлены ли подвижно сателлиты 18 на осях 17 и 26, а правый эпицикл 21 в подшипниках 22. При этом под воздействием левого плеча коромысла 6, связанного также с правым рабочим поршнем 3 и правой половинкой IV-IU сдвоенного водила

8, последнее вращается против часовой стрелки при одновременном продолжении вращения общего выходного вала 11 в прежнем направлении по часовой стрелке. В этом случае левая планетарная передача представляет собой дифференциальный механизм, имеющий два входа от левого центрального колеса 13 и от водила 8 при одном выходе на левый эпицикл 21, вращающийся против часовой стрелки.

Изменяя относительное положение эксцентриков 14 и 15, можно регулировать угол поворота водил 7 и 8 за один ход вниз поршней 3.

При рабочем ходе в левом цилиндре 2 и сжатии в правом цилиндре 2 цикл повторяется снова при однонаправленном вращении по часовой стрелке общего выходного вала Il с той лишь разницей, что в этом случае левая планетарная передача работает как редуктор Давида, а правая планетарная передача — как дифференциальный механизм. Пружины 25 выполня"

229398 центральное колесо 13, а следователь но, общий выходной вал 11 по часовой стрелке (фиг. 1). Отсутствие враще- ния правого эпнцикла 21 в этом случае объясняется тем, что правая планетарная передача при ведущем водиле

7 (правая половинка Т-T) представляют собой редуктор Давида с двумя внутренними зацеплениями, передаточное отношение которого при равных ,числах зубьев сателлитов 18 и 23, при равных числах зубьев колеса 24 и правого эпицикла 21 равно бесконечности

Причем перецаточное отношение в этих звеньях в обратном направлении равно нулю, поэтому в этом направлении движение также невозможно, так как передача подвержена самотор1229398 ют частично роль маховика и мсгут использоваться, когда привод осуществляется, например, ат четырехтакт ных цвигателей внутреннего сгорания.

Эпицикль! 21, поскольку они совершают вращение с периодическими остановками в паннам случае в направ-лении против часовой стрелки, могут использоваться для привода одного общего вала механизма оборота мощности или для прерывистого,цвиже-ния различных валов других механизмов.

Предлагаемый Однацилиндравь!й двигатель внутреннего сгорания работает следуннцим образом.

При рабочем ходе поршня 3 вниз (верхнее полажение поршня 3 и др. элементов привода показано 2б сплошной линией фиг,3 и 4), равнаплечие коромысла 6, воздействуя через аси 17 и 19, вращают водила — правое

29 например, по часовой стрелке в сторону вращения выходного вала 11, д я левое 30, — противоположно направле.нию вращения этого вала. Выходной вал 11 первоначальное вращение приобретает от стартера. В этом случае правая планетарная передача с води- 3О лом 29 работает как редуктор Давида с двумя внутренними зацеплениями, параметры сателлитов !8 и 23, колес

21 и 2

Давида имеет передаточное число or ведущего водила 29 да эпицикла 21, равное бесконечности.

Равенство передаточного числа бесконечности означает„ что выходное .@ звена — эпицикл 21 такого редуктора

Давида независима от того, установлено ли оно подвижно, напр!мер, в подшипниках, сохраняет неподвижное свое положение. Поэтому при совпадении направлений вращения водила 29 и центрального колеса с выходным валом 11 правая планетарная передача представляет собой редуктор Да.— вида, в котором опорный ипи реактив-ный момент воспринимают неподвиж»Еые эпициклы 21 и колесо 24. .Певая планетарная передача, в которой водила 30 вращается.в противоположном направлении против часовой стрелки, представляет собой дифферен †; циальный механизм, имеющий один вход от водила 30 и цва выхода ня леl3oo цен 1)яльное кОле(О .; l ня ле

l3b!H эпицикл 1 1

1 .Сли аба выходЯ еи<1)ф<:p =»i 11еаль1»аго мехяни 3Mc имеют Одну и е v же-. нелад

13ИА<ную o<:b в1) еще»!Ня H допал - и1 ельно

cJ3ÿ. 3ýI3I»I между co 6OA 3 ямб!как»1!!11 J ux звеном тоже с неподвижной о ью .-раще1!Ня., та такой механизм заик)!уг6!Й.

В д иннам случае левое ц -.-!Итра»161!Ое кол<3co 1 H е!Евый эпицикл 2 1 одну и ту же неподвиже!уе<) Ось вращения и зацеплены друг с другом с помощью < ател:.и<гав 20. cJJH c-.)rråi":ëèòbl

20,. имеющие подвижные ос-.е, е!е могут

»

< ами по себе выгалнять функцию замыкающего -веня. та адин нэ сятелл.3-" тав 20 сблокировян с давали:!тельным сателлитом 28, зацепленным с непадвия<ным колесам 241. Tavo;"1 блок сателлитов 20 и 28, будучи свезан с неподвижньгм колесом 24, успешна выпол HHP . функцию замыкающего звена. Таким образом, левая плянетар-:ая передача, когда правая передача работает как редуктор Давида, представляет сОбОЙ замкнутый Дифференциальнь!Й механизм сс степень.О подвижности» ряв най единице, зяключающейс=l во вращении левого центряльнагo <олеся 13

:в-месте с выходным вялом 11 в необха= димам направлении по часовой ст1)елке.

"1 .az J«к обе части привода взаимо< вязаны между собой с помощью вала

11, ;то аба коромысла а при этом испытывают адинякав6!е нагрузки что абусла13ливает отсутствие боковых на1 руе)ак ня штахе А и паршнс 3

При холостом ходе пор!и!!я 3 вверх ,11ия<нее палая<ение поршня . .;J др„элементов приводя показа!!а пу-:<п<тирнай линиеи, фи). » 1 и 2»» напр<ПЗлснне Hp<3

» щен11я водил 29 и )О изменится на обрат;!ое, г:Оэта:гу в э О.е сл -!.--..е бла.-адяря и- »ентичности устрайс <вя обеих частя= левая плянетяр .Ея передача рабОТЯет как р»ЕДукто!) Яв-":g:l B пpG вяя вы< ryпяет кяк диффеэе;::.Дна))ьнбьй замкнутый механизм, дале<» ц)-клы повторяются снова при однаняпр,.иле)1ном вращении «ыхаднага вала 11 па часовой с !р "Еке. Изменяя»)т.!асительнае ПОГхая;ение . зкс!)е

H 0 э .1 адин sop;JopIIIIJJ! 3 вниз . 11Я при!!Ер., за Один ход 1!Орпгня .3 вниз Вял 1 1 :оворя чивя ется ня угОл

1229398

180, как и в обычном кривошипноползунном механизме, то водила 29 .и 30 поворачиваются в разные стороны на угол в четыре раза меньше, т.е. на +45 „ a левый эпицикл 2! — 5 на угол 120 . Таким образом, при одной и той же скорости перемещения поршня 3 скорость вращения вала i) в четыре раза больше, чем скорость вращения коленчатого вала в обычном кривошипно-ползунном механизме. Следовательно, предлагаемый привод может успешно применяться в бопее быстроходных двигателях внутреннего сгорания.

f5

Предлагаемый привод вала двигателей внутреннего сгорания имеет значительные преимущества по сравнению с известными приводами в виде кривошипно-ползунных механизмов поршневых двигателей.

Это объясняется тем, что предлагаемый привод вследствие значительного уменьшения действия сил инерции, например, из-за исключения де25 талей типа шатунов и других неуравновешенных масс, вследствие симметричной передачи движущих сил от поршней на равноплечие коромысла в обе противоположные стороны и компенсации тем самым противоположно направленных и перераспределенных реакций действия движущих сил на обеих взаимосвязанных между собой поршневых группах обеспечивает отсутствие до- 35 полнительных динамических нагрузок, строго прямолинейное перемещение поршней и штоков в цилиндрах, отсутствие тем самым реакций действия неподвижных направляющих — стенок ци- 4О линцров на поршни, т.е, боковых нагрузок. Этим самым в приводе резко ограничивается износ поршневых колец, стенок цилиндров, осей и подшипников шарниров и т.д. Привод не содер- 45 жит никаких муфт обгона, зубчатых колес с прерывистым расположением зубьев, тормозных устройств и т.д., чем достигается отсутствие ударных нагрузок, надежная работа его узлов. 56

Предлагаемый привод имеет прямой общий выходной вап вместо коленчатого или эксцентриковых, не имеет упругих торсионных валов, дополнительных направляющих колец, боковых несиловых ползунов и т.д., чем достигается значительное упрощение конструкции и технологии изготовления.

Привод не имеет мертвых крайних положений, какие имеют механизмы с коленчатым или эксцентриковыми валами, когда шатун накладывается или является продолжением кривошила по одной прямo!" и поэтому угол давления между векторами движущей силы и скорости ведомого вала в коренном подшипнике соединения кривошипа с шатуном составляет недопустимый для плоских шарнирных механизмов угол 90 и

О крутящий момент от движущей силы на вал не передается. Когда же шатун наиболее отклонен от линии действия движущей силы, угол давления составляет или принимает допустимые значения, однако при этом действуют нежелательные реакции стенок цилинд ров, инерционные силы неуравновешеннъгх масс типа шатунов и т.д. Такая пульсация крутящего момента, инерционных сил, реакций неподвижных звеньев существенно снижает КПД машины, вызывает колебания и вибрации не только деталей двигателей, но и всей самоходной машины с частотой вращения коленчатого или эксцентрикового вала.

Б предлагаемом приводе угол давления между плечами коромысел 6 и водилами 7, 8 даже в крайних положениях последних при угле поворота их равном 45, соответствующих крайним положениям кривошипно-ползунного механизма, когда в обоих случаях выходной вал поворачивается на един и

0 о тот же угол 180, не превышает 30 а копено-рычажная схема привода при этом позволяет получать максимальные составляющие движущих сил на водилах.

В этом случае крутящий момент от движущих сил на выходном валу незначительно отличается от постоянной величины, следовательно, машину с таким приводом меньше трясет, так как двигатели не являются источником колебаний и вибраций. Привод, таким образом, позволяет полнее в течение всего цикла, соответствующего одному обороту вала, использовать движущие силы поршней, не привлекая для этих целей дополнительные маховые массы, поэтому он имеет более высокий КПД, более равномерную скорость вращения выходного вала, меньший коэффициент неравномерности хода.

Предлагаемый привод всетопливный, так как регулируя общий эксцентриси9 12293 тет эксцентриков 14 и 15 и тем самым одинаково ход поршней, можно изменять степень сжатия горючих смесей и заодно скорость вращения выходного вала. 5

Привод выполнен в виде коленорычажных схем и планетарных зубчатых передач, вполне оправдавших себя в отношении надежности работы в технике. Вследствие симметричности дей- 10 ствия сил и многопарности зацеплений планетарные передачи имеют меньшие параметры при одном и том же передаваемом моменте, поэтому предлагаемый привод относительно меньше габаритами и массой, так как короткоходовые поршни со штоками-.равноплечими коромыслами связаны с водилами, являющимися общими элементами колено-рычажных схем и планетарных передач, ус- 20

10 тановленными компактно наравне с дру гими элементами этих передач коаксиально вокруг общего выходного вала с центральными колесами.

Линейные скорости в зацеплениях для частоты вращения вала, например, 2400 об/мин при средних габаритах (модуль зубьев 2-3 мм) и средней передаваемой мощности 25-40 л.с. не превышают 20 м/с, что намного меньше допустимых скоростей для прямоходовых передач.

Таким образом, описанные преи мущества дают возможность использовать предлагаемый привод в высоконагруженных, в высокоскоростных двигателях при наименьшей вибрации и наибольшем КПД, различных частотах вращения выходного вала и различном топливе.!

229398

1229398

Составитель В.Лысенко

Редактор Н.Данкулич Техред В.Кадар Корректор Т,Колб

Тираж 523 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.- 4/5

Заказ 2431/31

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4