RU221936U1 - Четырехвальный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению. Сущность полезной модели заключается в том, что двигатель состоит из четырех соединенных между собой V-образных блок-картеров с углами развала 90° и горизонтальными осями цилиндров, из восьми шатунно-поршневых групп, четырех коленчатых, четырех распределительных валов и одного центрального вала, расположенных вертикально и соединенных кинематически между собой цилиндрическими зубчатыми передачами. При соединении друг с другом блок-картеры цилиндров образуют смещенные камеры сгорания. Коленчатые валы выполнены по двухпролетной схеме с шатунными шейками, смещенными между собой на угол 90°. Техническим результатом является малая удельная масса двигателя, равномерное чередование рабочих ходов.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к двигателестроению.

Известны поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с двумя и тремя коленчатыми валам, которые характеризуются более высокими массогабаритными показателями по сравнению с традиционными одновальными ДВС. (см. Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей./Под ред. А.С. Орлина, И.Т. Круглова. - М.: Машиностроение, 1984. -384 с., ил.). Известны так же поршневые ДВС с четырьмя коленчатыми валами (Вешкельский С,А,, Справочник моториста установок с ДВС: Вопросы и ответы. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1985. - 272 с. ил.; RU №108493 U1, F02B75/28), Но в этих двигателях предполагается двухтактный термодинамический цикл, который имеет много недостатков по сравнению с четырехтактым циклом.

Наиболее близким по техническому решению является четырехвальный четырехтактный поршневой двигатель. (см. RU №170617 U1, F02B75/22), принятый за прототип. В этом двигателе шатуны поршней взаимно перпендикулярных цилиндров установлены на одной шатунной шейке по аналогии с традиционными V-образными двигателями с углом развала 90°. Однако при такой компоновке четырехвального двигателя невозможно обеспечить равномерное чередование рабочих ходов (вспышек), которое для четырехцилиндровых четырехтактных двигателей составляет угловой интервал, равный 180° ПКВ. В двигателе - прототипе, кроме интервала в 180º ПКВ, неизбежен один интервал в 90° ПКВ и один интервал в 270° ПКВ. Из теории поршневых ДВС известно, что неравномерность чередования рабочих приводит к существенному увеличению коэффициентов неравномерности крутящего момента и хода двигателя по сравнению с этими показателями двигателя с тем же числом цилиндров и равномерным чередованием рабочих ходов. Для получения приемлемой равномерности хода двигателя-прототипа потребуется увеличение момента инерции маховика и, следовательно, увеличение массы и размеров ДВС. Увеличение момента инерции маховика снижает динамические показатели двигателя.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание двигателя внутреннего сгорания с равномерным чередованием рабочих ходов и улучшенными массогабаритными показателями.

Для решения данной задачи предложен четырехвальный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из четырех соединенных между собой V-образных блок-картеров с углами развала 90° и горизонтальными осями цилиндров, смещенными относительно друг друга в вертикальной плоскости на ширину нижней головки шатуна и толщину щеки между шатунными шейками, из восьми шатунно-поршневых групп, четырех коленчатых, четырех распределительных валов, одного центрального вала, расположенных вертикально и соединенных кинематически между собой цилиндрическими зубчатыми передачами, отличающийся тем, что двухпролетные коленчатые валы имеют смещенные на 90° шатунные шейки.

Разработан четырехвальный четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, состоящий из четырех соединенных между собой V-образных блок-картеров с углами развала 90° и горизонтальными осями цилиндров, смещенными по вертикали на ширину нижней головки шатуна и толщины щеки, из восьми шатунно-поршневых групп, четырех коленчатых, четырех распределительных валов и одного центрального вала, расположенных вертикально и кинематически связанные между собой цилиндрическими зубчатыми передачами.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого двигателя. Двигатель состоит из четырех цилиндров 1, 2, 3 и 4 с восемью шатунно-поршневыми группами 5. Цилиндры получены в результате соединения четырех V-образных блоков-картеров 6 с углами развала 90°. В вертикальной плоскости оси смежных цилиндров смещены относительно друг друга на ширину нижней головки шатуна и толщину щеки между шатунными шейками. В горизонтальной плоскости цилиндры образуют квадрат с вертикально расположенными коленчатыми валами 7 в его вершинах. Для крепления друг к другу с помощью болтовых соединений блоки цилиндров имеют специальные фланцевые элементы 9. Со стороны развала цилиндров фланцевые элементы имеют углубления, которые при соединении блоков образуют смещенные камеры сгорания 10. Картер валов 13 можно выполнить раздельно от блока цилиндров и соединить крепежными соединениями 12.

В развале блок-картеров расположены газораспределительные механизмы 11 с вертикально расположенными распределительными валами 8. Коленчатые, распределительные валы и центральный вал кинематически связаны между собой зубчатыми колесами редуктора, показанными пунктирными линиями. Редуктор по конструкции аналогичен редуктору двигателя-прототипа.

Предлагаемый двигатель отличается от прототипа конструкцией коленчатых валов, у которых кривошипы смещены между собой на угол 90°. Такое расположение кривошипов позволяет организовать рабочий процесс ДВС с равномерным чередованием рабочих ходов с угловым интервалом, равным 720/4=180° ПКВ (градусы поворота коленчатого вала) и порядком работы 1-2-3-4. На фиг.1 стрелками показано направления вращения коленчатых валов и движения поршней, а также указаны процессы, протекающие в каждом цилиндре в заданный момент времени. С целью создания более компактного двигателя предлагается двухпролетный коленчатый вал, схема которого показана на фиг.2. Коренные шейки 14 соединены с шатунными шейками 15 щеками 16, а шатунные шейки соединены между собой щекой 17. Угол между кривошипами равен 90°.

По схеме фиг.1 была выполнена компоновка двигателя с диаметром цилиндра 51 мм и ходом поршня 54 мм; литраж двигателя 882 см³. На фиг.3 в масштабе представлен вид сверху коленчатого вала двигателя, из которого видно, что шатунные шейки перекрывают коренные шейки, что обеспечивает хорошую жесткость вала.

Примерная оценка массы этого двигателя, в котором валы, шатуны, клапанные механизмы, шестерни редуктора выполнены из материала с плотностью 7,8 кг/дм³, а корпусные детали, включая редуктор - из материала с плотностью 2,7 кг/дм³, показала, что эта масса составит 49 кг.

Среднее эффективное давление для бензиновых двигателей без наддува составляет 1,1…1,3 МПа. Примем среднее значение 1,2 МПа. При частоте вращения коленчатых валов 5500 об/мин этот ДВС может развить эффективную мощность N_e=1,2⋅5500⋅0,882/120=48,5 кВт=66,0 л.с. Удельная масса составляет 49/66=0,74кг/л.с. Если оценочная масса занижена в 1,5, то с учетом этого удельная масса четырёхвального двигателя составит всего 0,74⋅1,5=1,11 кг/л.с., что существенно ниже среднестатистических значений этого показателя одновальных микролитражных поршневых ДВС.

Claims (1)

1. Четырехвальный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, состоящий из четырех соединенных между собой V-образных блок-картеров с углами развала 90° и горизонтальными осями цилиндров, смещенными относительно друг друга в вертикальной плоскости на ширину нижней головки шатуна и толщину щеки между шатунными шейками, из восьми шатунно-поршневых групп, четырех коленчатых, четырех распределительных валов, одного центрального вала, расположенных вертикально и соединенных кинематически между собой цилиндрическими зубчатыми передачами, отличающийся тем, что двухпролетные коленчатые валы имеют смещенные на 90° шатунные шейки.