Ибадуллаев гаджикадир: ДВС Ибадуллаева – фронт у-дарной волны — LiveJournal

двигатель внутреннего сгорания – патент РФ 2027043

Использование: двигатели внутреннего сгорания с изменяемым ходом поршня. Сущность изобретения: штоки 4 поршней двигателя через рабочие зубчатые рейки 5 кинематически связаны с зубчатыми венцами 6 муфт свободного хода 7, расположенных на двух промежуточных валах 8 и 9. Последние через шестерни 10 и 11 связаны с выходным валом 13 через зубчатое колесо 12. Стопорная шестерня 15, свободно установленная на неподвижной оси, может быть зафиксирована с помощью тормозных колодок 17, для остановки поршня в нужном положении. Стопорная шестерня 15 входит в зацепление с дополнительной зубчатой рейкой 14. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий корпус с цилиндрами, поршни, жестко связанные со штоком и установленные в цилиндрах, два промежуточных вала с шестернями, размещенные по разные стороны от штока, выходной вал с зубчатым колесом, установленный параллельно промежуточным валам, рабочие зубчатые рейки, выполненные на штоках, муфты свободного хода с зубчатыми венцами, размещенные на промежуточных валах, причем шестерни входят в зацепление с зубчатым колесом, зубчатые венцы – с рабочими зубчатыми рейками, а муфты свободного хода, расположенные на разных промежуточных валах, выполнены с возможностью кинематической связи промежуточного вала и штока поршня при противоположных движениях последнего, отличающийся тем, что двигатель снабжен управляемыми механизмами изменения величины хода поршня по числу цилиндров, каждый механизм выполнен в виде дополнительной зубчатой рейки, жестко связанной со штоком, стопорной шестерни, свободно установленной на неподвижной оси в корпусе, и управляемого стопорного устройства, причем стопорная шестерня входит в зацепление с дополнительной зубчатой рейкой, а управляемое стопорное устройство выполнено с возможностью фиксации стопорной шестерни с неподвижной осью.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что управляемое стопорное устройство выполнено в виде тормозных колодок, установленных с возможностью перемещения вдоль неподвижной оси и взаимодействия с поверхностью стопорной шестерни.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может найти применение при проектировании двигателей внутреннего сгорания с изменяемым ходом поршня.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршень, жестко соединенный со штоком, на котором выполнен зубчатый венец, два промежуточных вала, сообщенных между собой при помощи шестерен с выходным валом. На каждом промежуточном валу установлены полушестерни, входящие попеременно в зацепление с зубчатой рейкой штока поршня [1].

Недостатком известной конструкции двигателя внутреннего сгорания (ДВС) является его малая надежность, обусловленная несовершенством кинематической схемы. Данное обстоятельство поясняется тем, что в процессе работы двигателя при движении поршней в цилиндрах передача крутящего момента осуществляется через полушестерни, установленные на промежуточных валах двигателя, которые в свою очередь не в состоянии, в силу их конструкции, обеспечить безвибрационную передачу крутящего момента на выходной вал двигателя.

Кроме того, данная конструктивная схема не позволяет регулировать величину хода поршня в процессе работы ДВС.

Частично вышеперечисленные недостатки устранены в техническом решении, принятом в качестве прототипа, и раскрывающий двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрами, поршни, жестко связанные со штоком и установленные в цилиндрах, два промежуточных вала с шестернями, размещенные по разные стороны от штока, выходной вал с зубчатым колесом, установленный параллельно промежуточным валам, рабочие зубчатые рейки, выполненные на штоках, муфты свободного хода с зубчатыми венцами, размещенные на промежуточных валах, причем шестерни входят в зацепление с зубчатым колесом, зубчатые венцы – с рабочими зубчатыми рейками, а муфты свободного хода, расположенные на разных промежуточных валах выполнены с возможностью кинематической связи промежуточного вала и штока поршня при противоположных движениях последнего [2].

Негативной стороной данной конструктивной схемы является невозможность регулировать величину хода поршня в процессе эксплуатации ДВС, что делает данный двигатель малоэффективным.

Целью изобретения, т. е. тем техническим результатом, который можно получить от использования предложенной конструкции ДВС, является повышение эффективности работы последнего и расширение его функционального назначения.

Поставленная цель достигается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с цилиндрами, поршни, жестко связанные со штоком и установленные в цилиндрах, два промежуточных вала с шестернями, размещенные по разные стороны от штока, выходной вал с зубчатым колесом, установленный параллельно промежуточным валам, рабочие зубчатые рейки, выполненные на штоках, муфты свободного хода с зубчатыми венцами, размещенные на промежуточных валах, причем шестерни входят в зацепление с зубчатым колесом, зубчатые венцы – с рабочими зубчатыми рейками, а муфты свободного хода, расположенные на разных промежуточных валах, выполнены с возможностью кинематической связи промежуточного вала и штока поршня при противоположных движениях последнего, снабжен управляемыми механизмами изменения величины хода поршня, по числу цилиндров, каждый механизм выполнен в виде дополнительной зубчатой рейки, жестко связанной со штоком, стопорной шестерни, свободно установленной на неподвижной оси в корпусе и управляемого стопорного устройства, причем стопорная шестерня входит в зацепление с дополнительной зубчатой рейкой, а управляемое стопорное устройство выполнено с возможностью фиксации стопорной шестерни с неподвижной осью.

Кроме того в предложенном двигателе управляемое стопорное устройство выполнено в виде тормозных колодок, установленных с возможностью перемещения вдоль неподвижной оси и с возможностью взаимодействия с поверхностью стопорной шестерни.

Наличие у заявленного изобретения отличительной от прототипа совокупности существенных признаков, каждый из которых необходим, а все они достаточны для достижения поставленной цели, делает данное изобретение новым.

Проведенный в данной и смежной отраслях техники патентный поиск не выявил источников информации, которые бы содержали признаки отличительной совокупности формулы изобретения, на основании чего можно конcтатировать, что предложенное изобретение явным образом не вытекает из существующего уровня техники и обладает изобретательским замыслом.

На фиг. 1 показана схема двигателя; на фиг. 2 – разрез А-А на фиг. 1.

Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус 1 с цилиндрами 2. В цилиндрах 2 установлены поршни 3 со штоками 4, на которых выполнены рабочие зубчатые рейки 5, входящие в зацепление с зубчатыми венцами 6 муфт свободного хода 7.

Муфты свободного хода 7 размещены на промежуточных валах 8 и 9, на которых также размещены шестерни 10 и 11.

Шестерни 10 и 11 входят в зацепление с зубчатым колесом 12 выходного вала 13.

Для регулировки величины хода поршней 3 двигатель снабжен управляемыми механизмами изменения величины хода поршня для каждого цилиндра. Каждый механизм изменения величины хода поршня содержит дополнительную зубчатую рейку 14, стопорную шестерню 15, свободно установленную на неподвижной оси 16 и управляемого стопорного устройства, выполненного например в виде тормозных колодок 17, установленных с возможностью перемещения под действием привода (гидравлического или механического) вдоль подвижной оси 16 и фиксации стопорной шестерни 15 с неподвижной осью 16.

Муфты свободного хода, размещенные на различных валах, выполняются с возможностью кинематической связи промежуточного вала и штока поршня при противоположных движениях последнего.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При воспламенении топлива в цилиндрах 2 продукты сгорания воздействуют на поршень 3, перемещая последний в цилиндре 2, при этом муфта свободного хода 7, расположенная на одном из валов, например на промежуточном валу 8, осуществляет кинематическую связь штока 4 через рабочую зубчатую рейку 15 и зубчатый венец 6 с промежуточным валом 8, передавая последнему крутящий момент. Во время рабочего хода муфта свободного хода, расположенная на втором промежуточном вале 9, разъединяет кинематическую связь штока 4 с промежуточным валом 9, а зубчатый венец 6 свободно вращается относительно промежуточного вала 9, каждый в свою очередь, через шестерню 10 получает крутящий момент от зубчатого колеса 12 и шестерни 11 промежуточного вала 8.

Во время рабочего хода стопорная шестерня 15 свободно вращается на неподвижной оси 16. При движении поршня 3 к ВМТ во время подготовительного цикла работы перемещение поршня осуществляется через кинематическую связь штока 4, рабочую зубчатую рейку 15 и зубчатый венец 6 муфты свободного хода 7 от промежуточного вала 9, при этом кинематическая связь штока 4 и промежуточного вала 8 разомкнута, а промежуточный вал 8 вращается от поршня другого цилиндра, стопорная шестерня 15 также свободно вращается на неподвижной оси 16. Таким образом, один промежуточный вал 8 осуществляет передачу нагрузки от поршней 3 к выходному валу 13 и обеспечивает вращение второго вала 9. Для оптимизации рабочего процесса, в случае необходимости, обеспечивают изменение величины перемещения поршней 3, для чего перемещают тормозные колодки 17 вдоль неподвижной оси 16, в зависимости например от сигнала датчика какого-либо параметра работы ДВС, и фиксируют стопорную шестерню 15, которая обеспечивает остановку поршня 3 в нужном положении, после чего тормозную колодку 17 разъединяют со стопорной шестерней, позволяя последней свободно вращаться на неподвижной оси.

Двигатель может работать как по двухтактному, так и по четырехтактному циклу и может быть карбюраторным или дизельным.

Механизм изменения величины хода поршней позволяет, в зависимости от величины нагрузки или вида используемого топлива оптимизировать рабочий процесс.

двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами – патент РФ 2111369

Использование: двигатели внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами. Сущность изобретения: рабочие камеры переменного объема образованы разделительными элементами 4 неподвижных дисков 9 и перегородками цилиндра 2, жестко соединенного с поворотной осью 8. При качательном движении цилиндра 2 с поворотной осью 8 первая шестерня 15 через зубчатую рейку 19 обеспечивает возвратно-поступательное перемещение штоку 18 и рамке 20 в вертикальных направляющих 16. Два кулачка 25, кинетически связанные с поворотной осью 8, обеспечивают возвратно-поступательное перемещение в горизонтальных направляющих 17, подшипниковым опорам 23 промежуточного вала 22. Вторая шестерня 24, закрепленная на промежуточном вале 22, периодически входит в зацепление с дополнительными зубчатыми рейками 21, размещенными на внутренней поверхности рамки 20. Промежуточный вал 22 и вторая шестерня 24 вращаются в одном направлении и через устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, например гибкий вал 26 или карданный механизм, передают вращение выходному валу 3. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами, содержащий неподвижный корпус, по меньшей мере один цилиндр с рабочими полостями, размещенный в корпусе с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом, разделительные элементы с уплотнениями, установленные в рабочих полостях, газораспределительные и топливоподающие отверстия, отличающийся тем, что двигатель снабжен поворотной осью, размещенной в корпусе на подшипниках, жестко связанной с серединами оснований цилиндра и совпадающей с осью качания, двумя неподвижными дисками с осевыми отверстиями, установленными соосно с основаниями цилиндра, уплотнительными элементами, установленными между торцевыми поверхностями дисков и основаниями цилиндра, разделительные элемента жестко соединены с торцевыми поверхностями дисков, рабочие полости выполнены на основаниях цилиндра в виде концентричных углублений, разделенных перегородками, разделительные элементы установлены в концентричных углублениях между перегородками с образованием между поверхностями последних и торцевыми поверхностями дисков камер переменного объема, газораспределительные и топливоподающие отверстия выполнены в дисках, механизм преобразования качательного движения цилиндра выполнен в виде первой шестерни, закрепленной на поворотной оси, вертикальных и горизонтальных направляющих, штока с зубчатой рейкой, входящей в зацепление с первой шестерней, рамки, жестко соединенной со штоком, двух дополнительных зубчатых реек, закрепленных противоположно на внутренних поверхностях рамки, промежуточного вала, установленного на подшипниковых опорах в горизонтальных направляющих, второй шестерни, закрепленной на промежуточном валу, двух кулачков, кинематически связанных с поворотной осью с возможностью совместного синхронного колебательного движения и взаимодействия с подшипниковыми опорами, устройства для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, кинематически связанного с промежуточным и выходным валами, причем промежуточный вал размещен внутри рамки с возможностью возвратно-поступательного перемещения на подшипниковых опорах по горизонтальным направляющим и с возможностью периодического зацепления второй шестерни с дополнительными зубчатыми рейками, шток с рамкой установлен в вертикальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения в последних, поворотная ось размещена в осевых отверстиях дисков, а кулачки расположены по разные стороны от подшипниковых опор.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения выполнено в виде гибкого вала.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения выполнено в виде карданного механизма, входные и выходные звенья которого соединены соответственно с промежуточным и выходным валами через шлицевые соединения с возможностью перемещения звеньев вдоль оси вращения валов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может найти применение при проектировании двигателей внутреннего сгорания с качательным движением цилиндров.

Известен двигатель внутреннего сгорания с качательным движением цилиндра, закрепленного на оси в корпусе и с возвратно-поступательными движениями разделительного элемента (поршня), закрепленного на коленчатом валу [1].

Недостатком известного двигателя являются повышенные нагрузки, действующие на стенки цилиндров вследствие возникающих боковых нагрузок и неуравновешенных сил инерции от коленчатого вала.

Наиболее близким к изобретению является двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами, содержащий неподвижный корпус, по меньшей мере один цилиндр с рабочими полостями, размещенный в корпусе с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом, разделительные элементы с уплотнениями, установленные в рабочих полостях, газораспределительные и топливоподающие отверстия [2].

Недостатком прототипа также являются значительные боковые нагрузки на стенки цилиндра из-за неуравновешенности сил инерции коленчатого вала, причем цилиндр кроме качательного движения совершает еще и возвратно-поступательное относительно разделительной перегородки, качающейся совместно с цилиндром.

Цель изобретения – повышение долговечности рабочего цилиндра двигателя.

Цель достигается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами, содержащий неподвижный корпус, по меньшей мере один цилиндр с рабочими полостями, размещенный в корпусе с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом, разделительные элементы с уплотнениями, установленные в рабочих полостях, газораспределительные и топливоподающие отверстия, снабжен поворотной осью, размещенной в корпусе на подшипниках, жестко связанной с серединами оснований цилиндра и совпадающей с осью качания, двумя неподвижными дисками с осевыми отверстиями, установленными соосно основаниям цилиндра, уплотнительными элементами, установленными между торцевыми поверхностями дисков и основаниями цилиндров, разделительные элементы жестко соединены с торцевыми поверхностями дисков, рабочие полости выполнены на основаниях цилиндра в виде концентричных углублений, разделенных перегородками, разделительные элементы установлены в концентричных углублениях между перегородками с образованием между поверхностями последних и торцевыми поверхностями дисков камер переменного объема, газораспределительные и топливоподающие отверстия выполнены в дисках, механизм преобразования качательного движения цилиндра выполнен в виде первой шестерни, закрепленной на поворотной оси, вертикальных и горизонтальных направляющих, выполненных в корпусе, штока с зубчатой рейкой, входящей в зацепление с первой шестерней, рамки, жестко соединенной со штоком, двух дополнительных зубчатых реек, закрепленных противоположно на внутренних поверхностях рамки, промежуточного вала, установленного на подшипниковых опорах в горизонтальных направляющих, второй шестерни, закрепленной на промежуточном вале, двух кулачков, кинематически связанных с поворотной осью с возможностью совместного синхронного колебательного движения и взаимодействия с подшипниковыми опорами, устройства для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, кинематически связанного с промежуточным и выходным валами, причем промежуточный вал размещен внутри рамки с возможностью возвратно-поступательного перемещения на подшипниковых опорах по горизонтальным направляющим и с возможностью периодического зацепления второй шестерни с дополнительными зубчатыми рейками, шток с рамкой установлен в вертикальных направляющих с возможностью возвратно-поступательного перемещения в последних, поворотная ось размещена в осевых отверстиях дисков, а кулачки расположены по разные стороны от подшипниковых опор.

Кроме того, устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения может быть выполнено либо в виде гибкого вала, либо в виде карданного механизма, входные и выходные звенья которого соединены соответственно с промежуточным и выходным валами через шлицевые соединения с возможностью перемещения звеньев вдоль оси вращения валов.

На фиг. 1 показан разрез двигателя по оси качания; на фиг. 2 – разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 – разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 – разрез В-В на фиг. 1.

Двигатель внутреннего сгорания с качающимися цилиндрами содержит неподвижный корпус 1, по меньшей мере один цилиндр 2 с рабочими полостями, размещенный в корпусе 1 с возможностью поворота относительно оси качания, выходной вал 3, механизм преобразования качательного движения цилиндра, кинематически связанный с выходным валом 3, разделительные элементы 4 с уплотнениями 5, установленные в рабочих полостях, газораспределительные 6 и топливоподающие 7 отверстия.

Двигатель снабжен поворотной осью 8, размещенной в корпусе 1 на подшипниках, жестко связанной с основанием цилиндров 2 и совпадающей с осью качания, двумя неподвижными дисками 9 с осевыми отверстиями 10, установленными соосно основаниям цилиндра 2, уплотнительными элементами 11, установленными между торцевыми поверхностями дисков и основаниями цилиндра 2.

Разделительные элементы 4 жестко соединены с торцевыми поверхностями дисков, рабочие полости выполнены на основании цилиндра 2 в виде концентричных углублений 12, разделенными перегородками 13, разделительные элементы 4 установлены в углублениях 12 между перегородками 13 с образованием между поверхностями последних и торцевыми поверхностями дисков 9, камер 14 переменного объема, газораспределительные 6 и топливоподающие 7 отверстия выполнены в дисках.

Механизм преобразования качательного движения цилиндра 2 выполнен в виде первой шестерни 15, закрепленной на поворотной оси 8, вертикальных 16 и горизонтальных 17 направляющих, выполненных в корпусе 1, штока 18 с зубчатой рейкой 19, входящей в зацепление с первой шестерней 15, рамки 20, жестко соединенной со штоком 18, двух дополнительных зубчатых реек 21, закрепленных противоположно на внутренних поверхностях рамки 20, промежуточного вала 22, установленного на подшипниковых опорах 23 в горизонтальных направляющих 17, второй шестерни 24, закрепленной на промежуточном вале 2, двух кулачков 25, кинематически связанных с поворотной осью 8 с возможностью совместного синхронного колебательного движения и взаимодействия с подшипниковыми опорами 23, устройства для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения, кинематически связанного с промежуточным 22 и выходным 3 валами.

Промежуточный вал 22 размещен внутри рамки 20 с возможностью возвратно-поступательного перемещения на подшипниковых опорах 23 по горизонтальным направляющим 17 и с возможностью периодического зацепления второй шестерни 24 с дополнительными зубчатыми рейками 21, шток 18 с рамкой 20 установлен в вертикальных направляющих 16 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в последних, поворотная ось 8 размещена в осевых отверстиях 10 дисков 9, а кулачки 25 расположены по разные стороны от подшипниковых опор 23.

Устройство для передачи вращения между валами с изменяемыми положениями осей вращения выполнено в виде гибкого вала 26 (фиг. 1) или в виде карданного механизма, входные и выходные звенья которого соединены соответственно с промежуточным 22 и выходным 3 валами через шлицевые соединения с возможностью перемещения звеньев вдоль оси вращения валов. Кинематическая связь кулачков 25 с поворотной осью 8 может быть выполнена в виде цепной или зубчатой передач.

Двигатель внутреннего сгорания работает как по 2-тактному, так и по 4-тактному циклам и может быть выполнен с возможностью впрыска топлива и его последующего самовоспламенения или с подачей топливовоздушной смеси и ее принудительного воспламенения.

При подаче свежего заряда в одно из газораспределительных отверстий 6 в одни рабочие камеры 14 переменного объема и последующим воспламенении продукты сгорания воздействуют на перегородки 13, обеспечивая поворот цилиндра 2 совместно с поворотной осью 8 на определенный угол, при этом первая шестерня 15, воздействуя на рейку 19, перемещает шток 18 совместно с рамкой 20, например, вверх, один из кулачков 25, воздействуя на подшипниковые опоры 23, обеспечивает зацепление второй шестерни 24 с одной из дополнительных зубчатых реек 21, которая обеспечивает вращение промежуточного вала 22 в подшипниковых опорах 23 в одном направлении, крутящий момент от промежуточного вала 22 через гибкий вал 26 или карданный механизм передается выходному валу 3.

При подаче свежего заряда во вторые рабочие камеры 14 переменного объема продукты сгорания воздействуют на противоположные поверхности перегородок 13, обеспечивая поворот цилиндра 2 совместно с поворотной осью 8 в противоположную сторону, при этом второй кулачок 25 перемещает промежуточный вал 23 в горизонтальных направляющих 17, обеспечивая зацепление второй шестерни 24 с второй дополнительной зубчатой рейкой 21. В это время первая шестерня 15, воздействуя на зубчатую рейку 19, перемещает шток 18 с рамкой 20 в вертикальных направляющих 16 вниз, при этом вторая дополнительная рейка 21 обеспечивает вращение второй шестерни 24 и промежуточного вала 22 в том же направлении.

Таким образом, двигатель обеспечивает передачу крутящего момента от цилиндра, совершающего только колебательные движения посредством звеньев, совершающих только возвратно-поступательные движения, что приведет к снижению неуравновешенных сил и к повышению долговечности качающегося цилиндра двигателя.