Двигатель внутреннего сгорания

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) И 1 4 Г 02 В 75/2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ЪЦ К д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 6, 3812936(21) (22) (23) (46) (71) стру бесч вашс лита 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, аколеса внутреннего зацепления планетарных механизмов размещены в корпусе с возможностью вращения.2. Двигатель по п. 1,о т л ич а ю щ и й с я тем, что содержитпервый и второй цилиндры с соответствующими поршнями со штоками, водила выполнены крестообразными, при- д(Очем водило первого планетарного механизма одним концом через ось сателлита и коромысло шарнирно связано со штоком поршня первого цилинд- С,ра, а другим концом через коромысло - со штоком поршня второго цнлинд-Бра, водило второго планетарного механизма одним концом через ось,сателлита и коромысло шарнирно связано соштоком поршня второго цилиндра, адругим концом через коромысло - соштоком поршня первого цилиндра,3, Двигатель по п. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что водила первого и второго планетарных механизмов шарнирно соединены через равноплечие коромысла со штоком поршняодного цилиндра,4. Двигатель по пп. 1-3, о т- Зфл и. ч а ю щ и й с я тем, что снаб- фффффжен дополнительными равноплечимикоромыслами с общим шарниром, упруго соединенным с корпусом, концы до.полнительных коромысел шарнирно соединены со свободными концами водил. 3770037/2506.07,8419.11.8407.05,86,Чебоксарс по п. Бюл.кое спхнолог циальное к ическое бюр станкам и орск ночным й сель охозяиственны тут(54)(57) 1. ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГОСГОРАНИЯ, содержащий корпус с цилиндрами, поршни с штоками, равноплечиекоромысла, соединенные соштокамиобщими шарнирами и с выходным валомчерез первый и второй планетарныемеханизмы, имеющие кол%со внутреннего зацепления, свободное водило, центральную шестерню и два сателлита,механизм ограничения и регулированияхода поршня, выполненный в виде наружного и внутреннего эксцентрикови шатуна, соединенного подвижно сщим шарниром одного иэ штоков и с наружным эксцентриком, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности н эксплуатационныххарактеристик, в корпусе между планетарными механизмами неподвижно установлено зубчатое колесо внутреннего зацепления с двумя сателлитами,один из которых жестко соединен сосью сателлита первого планетарногомеханизма, а другой - с осью сателобОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕИзобретение относится к двигателестроению, преимущественно к силовым установкам для транспортных машин, в частности с поршневыми двигателями внутреннего сгорания.Цель изобретения - повышение надежности работы и эксплуатационныххарактеристик 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.4 то же, вид сбоку.Двигатель (фиг. 1 и 2) содержиткорпус 1, н котором последовательнорасположены, например, два цилиндра 2. В каждом цилиндре 2 размещенпоршень 3, соединенный неподвижно соштоком 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 ТЧ-ТЧ).Оба водила 7 и 8 сдвоенныепоэтомулевые половинки водила 7 (фиг. 1 и2, сплошная линия 111-111) и водила8 (фиг. 1 и 2, пунктирная линия 1111) соединены шарнирно с раздельными концами равноплечих коромысел 6,связанных подвижно со штоком 4 левого поршня 3. Водила 7 и 8 на шарикоподшипниках 9 и 1 О установлены наобщем выходном валу 11 привода. Наэтом же валу 11, установленном н подшипниках 12, неподвижно закреплены 45центральные солнечные зубчатые колеса 13 планетарных передач привода и внутренний эксцентрик 14 несиловогорегулировочного кривошипно-ползунного механизма, Наружный эксцентрик 15 этого механизма, установленный подвижно на внутреннем эксцентрике14, шарнирно подшипникам в его кольцевом пазу через шатун 16 соединен со штоком 4 одного, например правого, поршня 3. Вследствие того, что обе поршневые группы взаимосвязанымежду собой через коромысла б и сдво еые нодила 7 и 8, то при повороте наружного эксцентрика 15 относительно внутреего эксцетрикд 14, аример, вручуа моко отрегулировать длину кривошнпа, составленого из, эксцентриков 14 и 15, и тем самым на одинаковую величину хода обоих поршней 3,. угол поворота общего выходного вала 11 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 внутренним 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 соединяться с помощью пружин 25 растяжения подвжяо и упруго с корпусом 1, а эпициклы 21 могут слуяять приводными элементами дополнительных механизмов, напрцмер механизма вала отбора мощности.Двигатель (фиг, 3 и 4) содержит корпусс. 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 сателлитов 18 и 20 планетарных передач. В каждой планетарной г.:ередаче - два сателлита 18 или О, расположенные диаметрально противоположно и зацепленные с эпициклами 21, установленными подвиж но в корпусе 1. Вторые сателлиты 18 и 20 в передачах расположены на осях 26 и 27На осях 17 и 27 диагонально протиноположно расположены3 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 3 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 1-1 и 111-111) вращается по часовой стрелке, сателлиты 18, опираясь на неподвижный правый эпицикл 21, вращают правое229398центральное 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 1-1) 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 передаточное отношение в этих звеньях в обратном направлении равно нулю, поэтому в этом направлении движение также невозможно, так как передача подвержена самоторможению, Таким образом, в редукторе 2025 3035 40 45 50 55 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, Приэтом под воздействием левого плеча коромысла 6, связанного также с правым рабочим поршнем 3 и правой половинкой 17-17 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 11 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"ют частично роль маховика и мсгугиспользоваться, когда привод осуществляется, например, от четырехтактных цвигателей внутреннего сгорания.Эпицкклы 21, поскольку они совершают Вращение с периодическими остановками В данном случае в надрав"пении против часовой стрелки, могутиспользоваться для привода одногообщего Вала механизма оборотамощности кли для прерывистого,цвиже"ния различных валов других механизмов.Предлагаемый одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания работает следукнцим образом.При рабочем ходе поршня 3 вниз(верхнее положение поршня 3и др. Элементов привода показано 20сплошной линией фиг,3 и 4), равноплечие коромысла 6, воздействуя черезоси 17 и 19, вращают водила - правое29 например, по часовой стрелке всторону Вращения выходного вала 11, да левое 30, - противоположно направле"нию вращения этого вала. ВыходнойВал 1 первоначальное вращение приобретает от стартера. В этом случаеправая планетарная передача с Боди Олом 29 работает как редуктор Давидас двумя внутренними зацеплениями,параметры сателлитов 8 и 23, колес21 и 24 которого Одинаковы, Такойчастный случай выполнения редуктораДавида имеет передаточное число отведущего водила 29 дс эпицикла 21,равное бесконечности.Равенство передаточного числа бесконечности означает что выходноезвено - эпицикл 21 такого редуктораДавида независимо от того, установлено ли оно подвр(но, напрмер, Вподшипниках, сохраняет неподвижноесвое положение. Поэтому при Совпадении направлений Вращения водила 29и центрального колеса с выходнымвалом 11 правая планетарная передача представляет собой редуктор ДавВида, в котором опорный ипи реактив-.ный момент Воспринимают неподвижыеэпициклы 21 и колесо 24,Левая планетарная передача, в которой водило 30 вращается.в противоположном направлении против часовойстрелки, представляет собой дфферен-:циальный механизм, имеющий одинвход от водила 30 и цва выхода на леБОО Ценгральноя колесО 13 и на ПР" вый эпицикл 1.11,сли Оба выхода еиьфер е:1 альогомяхя 1 кзмя имеют Опну .я ч же кет 10 ц-Бих(ную О(:ь Б 1) ещеИ и дсолиельнс св я э яны ь ежду со б Ой 3 ямык а11: ) их ЗВЕНОМ тСже С НЕПОДВИжНОй О ЬЮ БРЯЩЕ и 5., то такой механизм заикугый, В д ином случае левое Центральное 1 сслесо 1к 1 евый эпкЦикл 21 име 1т Одну и ту же 5 еподвижуе) Ось Бряще ния и з ацепле ны друг с,:;р уг эм с помощьюЯтелстов 20, "сп сятепиты 20 имеющие подвижные оск, е могут (ами по себе Выполнять функцию замыкающего звеня, тс один кз сателлитов 20 сблокировян с дополнительным сателлитом 28, зацяпленным : няпогвижным колесом 245, Тако;": блок сателлитов 20 и 28, супучи св 5 зан с неподвижным колесом 24, успешно выпол няе функцию замыкающего звена. Таким образом, левая планетарная передача., когда правая передача работает как редуктор Давида, представляет сОбОЙ замкнутый дифференЦИЯльньЕЙ механизм сс сте)ень.О подВ 1 жнссти ряв ной единице, заключающейся во вращении левого центрального колеса 13 Вместе с выходным валом 11 в необходимом направлении по часовой стрелке."1.ак как об- части привода взакмоВязаны между собой с помощью вала 11, ,то оба коромысла 0 при этом 1 сетва)От Одинаковые няг,)узки что обуславливает отсутствие боковых нагрузок ня штс)ся А и псршнс 3,При холостом ходе Орця 3 вверх1 и)(нее НОлсжяниР поршня 3 )1 др; эле ментов приводя показа;1 о пук"ирной лкниек, фи. 1 к 2) направлснне Бращс 1 ия 130 дил 29 и .50 изментся на Обратное, г:сэта:у В этом с) яе благодаря и,ентичностк устройс гва обеих часта левая планетяр.Ея. передача работает как редукгср ДЯБ д(1, и пра- В яя Вы(упяе 1 как дкффе рс.: 1) -зя)ьнь." замкнуый механизм, далее цклы по- ВтСРЯЮТСЯ СНС За ПРК ОДНОЕЯПРсВЛЕ 1- ном Вращении Выходного Бита 11 по часовой с р псе, Изменя ОтпосктельеОРпслсжРние -ссре 1 т 1)ксс 1 4 к 1 3 рягулиру тся угол псворстя водил 29 и 30 зя сдин ход поршня 3 вниз. Наркмер, если за один ход поршня .3 Бнкэ Бел 1г:)Всрачкваятс 51 ня угол.и 30 поворачиваются в разные стороны на угол в четыре раза меньше,т.е. на +45а левый эпицикл 21 - 5на угол 120 , Таким образом, при одной и той же скорости перемещенияпоршня 3 скорость вращения вала 1в четыре раза болыпе, чем скоростьвращения коленчатого вала в обычномОкривошипно-ползунном механизме, Следовательно, предлагаемый привод может успешно применяться в бопее быстроходных двигателях внутреннегосгорания.15Предлагаемый привод вала двигателей внутреннего сгорания имеет зна.чительные преимущества по сравнениюс известными приводами в виде кривошипно-ползунных механизмов поршне- Ювых двигателей.Это объясняется тем, что предлагаемый привод вследствие значительного уменьшения действия сил инерции, например, из-за исключения де 25талей типа шатунов и других неуравновешенных масс, вследствие симметричной передачи движущих сил от поршней на равноплечие коромысла в обепротивоположные стороны и компенсации тем самым противоположно направленных и перераспределенных реакцийдействия движущих сил на обеих взаимосвязанных между собой поршневыхгруппах обеспечивает отсутствие дополнительных динамических нагрузок,строго прямолинейное перемещение поршней и штоков в цилиндрах, отсутствие тем самым реакций действия неподвижных направляющих - стенок ци Олинцров на поршни, т.е, боковых нагрузок. Этим самым в приводе резкоограничивается износ поршневых колец,стенок цилиндров, осей и подшипников шарниров и т.д. Привод не содержит никаких муфт обгона, зубчатыхколес с прерывистым расположениемзубьев, тормозных устройств и т.дчем достигается отсутствие ударныхнагрузок, надежная работа его узлов, 56Предлагаемый привод имеет прямойобщий 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 валамц, когда шатун накладывается или является продолжением кривошила по одной прямой 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 иО 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 цилиндров, инерционные силы неуравновешенных 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 нала.В 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 иО о тот же угол 180 , не превьппает 30 а колено-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 постояннойвеличины, 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 эксцентриси 9 12293 тет эксцентриков 14 и 15 и тем самым одинаково ход поршней, можно изменять степень сжатия горючих смесей и заодно скорость вращения выходного вала. 5Привод выполнен в виде колено- рычажных схем и планетарных зубчатых передач, вполне оправдавших себя в отношении надежности работы в технике. Вследствие симметричности дей ствия сил и многопарности зацеплений планетарные передачи имеют меньшие параметры при одном и том же передаваемом моменте, поэтому предлагаемый привод относительно меньше габарита ми и массой, так как короткоходовые поршни со штоками "равноплечими коромыслами связаны с водилами, являющимися общими элементами колено-рычаж.ных схем и планетарных передач, ус О 1 Отановленными компактно наравне с другими элементами этих передач коаксиально вокруг общего выходного вала сцентральными колесами.Линейные скорости в зацепленияхдля частоты вращения вала, например,2400 об/мин при средних габаритах(модуль зубьев 2-3 мм) и средней передаваемой мощности 25-40 л.с. непревышают 20 мс, 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 инаибольшем КПД, различных частотахвращения выходного вала и различномтоплиее,1229398 Составитель В.ЛысенкоТехред В,Кадар Корректор Т,Ко едактор Н.Даик Подписно комитета СССР и открытий ская наб., д,Тираж 523 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 13035, Москва, Ж, Рауш