UA788U - Опозитний двигун внутрішнього згоряння - Google Patents

Abstract

Корисна модель належить до двигунобудування, конструкцій зрівноважених без спеціальних механізмів двигунів внутрішнього згоряння з опозитно розташованими циліндро-поршневими групами. Опозитний двигун внутрішнього згоряння містить розташовані співвісно і симетрично відносно осі трикривошипного колінчастого вала перший і другий циліндри з установленими в них першим і другим поршнями. Стінки тронка кожного поршня виконано зі зміщеними відносно внутрішньої поверхні циліндра ділянками, які розташовані симетрично відносно умовної площини, що перетинає поршень по осі циліндрів перпендикулярно до осі отворів під поршневий палець.

Description

Корисна модель належить до галузі машинобудування, зокрема, до двигунобудування, а саме до конструкцій зрівноважених без спеціальних механізмів двигунів внутрішнього згоряння з опозитно розташованими циліндро-поршневими групами.

Відомо, що зрівноважування двигунів внутрішнього згоряння досягається кількома способами: розташуванням певним чином циліндрів і добором такої кривошипної схеми колінчастого вала, щоб змінні сили інерції і їх моменти взаємно зрівноважувалися; створенням за допомогою додаткових мас нових сил, в будь-який момент часу рівних за величиною, але протилежних за напрямком основним силам, які зрівноважуються; застосуванням першого і другого способів водночас (кн.

Автомобильнье и тракторнье двигатели, ч.ІЇ, Под ред. проф. И.М. Ленина, М., «Вьсшая школа», 1976, с.34).

Так, наприклад, відомий опозитний двигун внутрішнього згоряння, який містить розташовані співвісно і симетрично відносно осі трикривошипного колінчастого вала перший і другий циліндри з установленими в них першим і другим поршнями, що шарнірно з'єднані з відповідними їм шатунами, причому перший пор- шень зв'язаний з першим кривошипом через перший шатун, а другий поршень зв'язаний з розташованими симетрично відносно осі циліндрів під кутом 180" відносно першого кривошипа другим і третім кривошипами через другий шатун, який виконано вильчастим і який охоплює перший кривошип (в.3. ФРН Мо 3132144, опубл. 03.03.83 р., МКВ Е 16 Е 15/24).

Опозитний двигун внутрішнього згоряння відомої конструкції є збалансованим не тільки відносно сил інерції мас двигуна, які обертаються і зворотно-поступально рухаються, але й відносно моментів інерції першого та вищих степенів, що виникають внаслідок осьового зміщення шатунних шийок під час роботи двигуна.

Недолік відомого пристрою - надмірні навантаження на кривошипно-шатунний механізм і опори двигуна - зумовлений тим, що віддаленість другої і третьої шатунних шийок від осі циліндрів потребує використання великого за розмірами і масою другого, вильчастого, шатуна. Для забезпечення зрівноваженості двигуна перший, звичайний, шатун необхідно виконати з масою, що дорівнює масі вильчастого шатуна, тобто свідомо обважнити.

Проте, внаслідок зростання сили інерції мас, що рухаються, зростають і навантаження на кривошипно-шатунний механізм і опори двигуна.

Прототипом пристрою, що заявляється, є опозитний двигун внутрішнього згоряння, який містить розташовані співвісно і симетрично відносно осі трикривошипного колінчастого вала перший і другий циліндри з установленими в них першим і другим поршнями, що шарнірно з'єднані з відповідними їм шатунами за допомогою поршневих пальців, установлених в отворах стінки тронка кожного поршня, причому перший поршень зв'язаний з першим кривошипом через перший шатун, з'єднаний з поршневим пальцем у внутрішній порожнині першого поршня, а другий поршень зв'язаний з розташованими симетрично відносно осі циліндрів під кутом 180" відносно першого кривошипа другим і третім кривошипами через другий і третій шатуни, відповідно, маса кожного з яких є удвічі меншою, ніж маса першого шатуна (заявка ЄПВ Мо 0503842А1, опубл. 05.03.92 р., МКВ РО2В 75/24, ЕО18 7/06, ЕО2Е 7/00).

Другий і третій шатуни, згідно з прототипом, з'єднані з поршневим пальцем другого поршня у внутрішній порожнині останнього, а поршневий палець закріплений кінцями у стінках тронка поршня.

У опозитному двигуні внутрішнього згоряння даної конструкції, як і у вищезгаданому пристрої, маси і моменти інерції елементів, що рухаються, які належать до першого і другого циліндрів, однакові, завдяки чому забезпечується їх взаємне компенсування при обертанні колінчастого вала.

Проте віддаленість другої і третьої шатунних шийок від осі циліндрів і необхідність розміщення другого і третього шатунів у внутрішній порожнині другого поршня зумовлюють використання циліндро- поршневих груп великого діаметра, що веде до збільшення маси і площі поршнів, тобто до зростання як сил інерції мас, що рухаються зворотно - поступально, так і сили тиску газів на поршень, внаслідок чого зростають сумарні сили, які діють на кривошипно-шатунний механізм і опори двигуна.

Отже, надмірне навантаження на кривошипно-шатунний механізм і опори відомих опозитних двигунів внутрішнього згоряння з трикривошипним колінчастим валом, яке справляє негативний вплив на показники надійності і ресурс двигуна, пояснюється тим, що наслідком заходів, спрямованих на забезпечення зрів- новажування моментів і сил інерції мас, що рухаються, неодмінно ставало збільшення тих самих мас (маси шатунів або маси поршнів).

В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення опозитного двигуна внутрішнього згоряння, в якому завдяки новому виконанню обох поршневих груп і новому з'єднанню шатунів з другим поршнем зменшувалися б сили інерції мас, що зворотно - поступально рухаються, і сила тиску газів на поршень при дотриманні умов зрівноваженості двигуна, завдяки чому зменшуються навантаження на кривошипно-шатунний механізм і опори двигуна і зростають його показники надійності і ресурса.

Для вирішення поставленої задачі в опозитному двигуні внутрішнього згоряння, який містить розташовані співвісно і симетрично відносно осі трикривошипного колінчастого вала перший і другий циліндри з установленими в них першим і другим поршнями, що шарнірно з'єднані з відповідними їм шатунами за допомогою поршневих пальців, установлених в отворах стінки тронка кожного поршня, причому перший поршень зв'язаний з першим кривошипом через перший шатун, з'єднаний з поршневим пальцем у внутрішній порожнині першого поршня, а другий поршень зв'язаний з розташованими симетрично відносно осі циліндрів під кутом 180" відносно першого кривошипа другим і третім кривошипами через другий і третій шатуни, відповідно, маса кожного з яких є удвічі меншою, ніж маса першого шатуна, згідно з корисною моделлю, стінки тронка кожного поршня виконані зі зміщеними відносно внутрішньої поверхні циліндра ді- лянками, які розташовані симетрично відносно умовної площини, що перетинає поршень по осі циліндрів перпендикулярно до осі отворів під поршневий палець, кінці якого виведені у порожнини, утворені зовнішньою поверхнею тронка поршня і внутрішньою поверхнею циліндра, причому другий і третій шатуни з'єднані з кінцями поршневого пальця другого поршня.

Згідно з першим прикладом, в опозитному двигуні внутрішнього згоряння зовнішню поверхню тронка кожного поршня виконано з плоскими ділянками, відстань між якими визначено із співвідношення: 05оДехахо,75Д, де а - відстань між плоскими ділянками зовнішньої поверхні тронка поршня;

Д - діаметр внутрішньої поверхні циліндра.

Згідно з другим прикладом, в опозитному двигуні внутрішнього згоряння зовнішню поверхню тронка кожного поршня виконано з увігнутими в напрямку осі циліндрів ділянками, відстань між якими в умовній площині, що перетинає поршень по осі циліндрів і осі отворів під поршневий палець, визначено із співвідношення: 05оДехахо,75Д, де а - відстань між увігнутими ділянками зовнішньої поверхні тронка поршня;

Д - діаметр внутрішньої поверхні циліндра.

Сукупність суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, порівняно з прототипом, забезпечує зменшення сили інерції мас, що зворотно - поступально рухаються, і сили тиску газів на поршень при дотриманні умов зрівноваженості двигуна. Це досягається завдяки створенню умов для розміщення другого і третього шатунів, зв'язаних з поршневим пальцем другого поршня, не у його внутрішній порожнині, як у прототипі, а у порожнинах, утворених зовнішньою поверхнею тронка поршня і внутрішньою поверхнею циліндра, що дозволило зменшити масу і площу поршнів, а тобто і сумарні сили, що діють на кривошипно- шатунний механізм, які складаються з сили тиску газів в циліндрах і сил інерції мас, що зворотно- поступально рухаються (кн. Автомобильньсе и тракторньсе двигатели, ч.ІІ, Под ред. проф. И.М. Ленина, М., «Вьсшая школа», 1976, с. 17-19). Зменшення ж навантаження на кривошипно-шатунний механізм і опори (підшипники) двигуна справляє позитивний вплив на показники надійності і ресурс двигуна.

Крім того, уніфікація поршневих комплектів опозитного двигуна внутрішнього згоряння, що заявляється, сприяє не лише його зрівнова-женості, але й технологічності при виготовленні.

На фіг.1 креслення подано переріз опозитного двигуна внутрішнього згоряння по осі циліндрів, на фіг. 2 - розріз по А-А на фіг.1, перший приклад виконання поршневої групи двигуна, на фіг. З - розріз по А-А на фіг. 1, другий приклад виконання поршневої групи двигуна, на фіг. 4 - приклад вузла осьової фіксації поршневого пальця першого циліндра; на фіг. 5 - приклад вузла осьової фіксації шатуна в другому циліндрі.

Опозитний двигун внутрішнього згоряння (фіг.1) містить перший і другий циліндри 1 і2, відповідно, розташовані співвісно і симетрично відносно осі З трикривошипного колінчастого вала 4. В циліндрах 1 і 2 установлені поршні 5 і 6, відповідно. Кривошипно-шатунний механізм двигуна включає перший, другий і третій кривошипи 7, 8 і 9, відповідно і перший, другий і третій шатуни 10,11 і 12, відповідно. Шатуни 10, 11 ії 12 шарнірно зв'язані з відповідними їм поршнями 5 і 6 за допомогою поршневих пальців 13, що установлені в отворах 14 стінок тронка 15 поршнів 5 і 6. Перший поршень 5 зв'язаний з першим кривошипом 7 за допомогою першого шатуна 10, що з'єднаний з поршневим пальцем 13 у внутрішній порожнині 16 першого поршня 5. Другий поршень 6 зв'язаний з другим кривошипом 8 за допомогою другого шатуна 11, а з третім кривошипом 9 - за допомогою третього шатуна 12. Другий і третій кривошипи 8 і 9, відповідно, розташовані симетрично відносно осі 17 циліндрів під кутом 180" відносно першого кривошипа 7. Другий і третій шатуни 11 ї 12, відповідно, розташовані симетрично відносно осі 17 циліндрів. Маса кожного з шатунів 11 і 12 є удвічі меншою, ніж маса шатуна 10.

Поршневі комплекти двигуна виконані ідентично. Кожен з поршнів 5 і 6 має циліндричну головку 18 і профільований тронк 15. Стінки тронка 15 кожного поршня 5, 6 мають зміщені відносно внутрішньої поверхні відповідного циліндра 1, 2 ділянки, які розташовані симетрично відносно умовної площини, що перетинає поршень 5, 6 по осі 17 циліндрів перпендикулярно до осі 19 отворів 14 під поршневий палець 13.

Кінці поршневих пальців 13 виведені у порожнини 20 і 21, які утворені зовнішньою поверхнею тронка 15 поршнів 5 і 6 і внутрішньою поверхнею відповідних їм циліндрів 1 і 2, причому шатуни 11 і 12 з'єднані з кінцями поршневого пальця 13 поршня 6.

Згідно з першим прикладом (фіг. 2), в опозитному двигуні внутрішнього згоряння зовнішню поверхню тронка 15 кожного з поршнів 5, б виконано з плоскими ділянками, відстань й між якими визначено із співвідношення: 05оДехахо,75Д, де а - відстань між плоскими ділянками зовнішньої поверхні тронка поршня;

Д - діаметр внутрішньої поверхні циліндра.

Згідно з другим прикладом (фіг. 3), в опозитному двигуні внутрішнього згоряння зовнішню поверхню тронка 15 кожного з поршнів 5, 6 виконано з увігнутими в напрямку осі 17 циліндрів ділянками, відстань а між якими в умовній площині, що перетинає поршень 5,6 по осі 17 циліндрів і осі 19 отворів 14 під порш- невий палець 13, визначено із співвідношення:

05оДехахо,75Д, де а - відстань між увігнутими ділянками зовнішньої поверхні тронка поршня;

Д - діаметр внутрішньої поверхні циліндра.

Відстань між зміщеними відносно внутрішньої поверхні циліндрів 1, 2 ділянками зовнішньої поверхні тронка 15 поршнів 5, 6 по осі 19 отворів 14 під поршневий палець 13 обрано виходячи з таких міркувань. У разі уніфікації першої і другої циліндро-поршневих груп двигуна в діаметр першого і другого циліндрів 1 і 2, відповідно, необхідно уписати підшипник 26 шатуна 10, підшипники 25 шатунів 11 і 12 та пару бобишок поршнів 5 і 6 за умов, що довжина підшипника 26 приблизно дорівнює сумі довжин підшипників 25, а довжина поршневого пальця 13 обмежена внутрішнім діаметром циліндрів 1 і 2.

Осьову фіксацію поршневого пальця 13 поршня 5 (фіг. 4) можна здійснити, наприклад, за допомогою втулки 22 і кільця 23, установленого в канавці 24 на кінці поршневого пальця 13.

Осьову фіксацію поршневого пальця 13 поршня 6 (фіг. 5) можна здійснити, наприклад, за допомогою поршневих головок шатунів 11 і 12 та підшипників 25 і кільця 23.

Шатун 10 з'єднаний з поршневим пальцем 13 у внутрішній порожнині 16 першого поршня 5 за допомогою підшипника 26.

Колінчастий вал 4 установлений за допомогою підшипників 27 в картері двигуна (на кресленні не показаний).

Під час роботи опозитного двигуна внутрішнього згоряння поршні 5 і 6, головки 18 яких сприймають силу тиску газів в циліндрах 1 і 2, рухаються зворотно - поступально вздовж осі 17 циліндрів у напрямку до осі З колінчастого вала 4, установленого в підшипниках 27 в картері двигуна (на кресленні не показаний).

Поступальний рух поршнів 5 і 6 перетворюється на обертальний рух колінчастого вала 4 за допомогою шатунів 10, 11 і 12, з'єднаних з поршнями 5 і 6 за допомогою поршневих пальців 13, установлених в отворах 14 стінок тронка 15 поршнів 5 і 6, і з відповідними кривошипами 7, 8, 9 колінчастого вала.

Вважаючи на те, що центри ваги шатуна 10 і шатунів 11 і 12 розташовані симетрично відносно осі З колінчастого вала 4 і із зсувом на 180" повороту колінчастого вала 4, сили інерції мас шатунів 10, 11 і 12, які здійснюють зворотно-поступальний і обертальний рух, взаємно компенсуються при обертанні колінчастого вала 4.

Крім того, маси поршнів 5 і б однакові, а центри ваги розташовані на одній осі, що сприяє зрівноважуванню сил інерції мас поршнів 5 і 6, що зворотно-поступально рухаються. Причому самі сили інерції мас поршнів 5 і б, внаслідок зменшення маси і площі головок останніх, значно менші, ніж в прототипі, завдяки чому зменшуються навантаження на кривошипно-шатунний механізм і опори двигуна (підшипники 25,26127).

1 1- Ще вч 19. С БДДя нн о, нин миня; т з реслко яв, -- 24 8 - Де пт І; шк й вас у ання ї Ще ре 1 І; 2 0 271 АД ПА С-9 винне сей ! - дит

ЗО ; -к КЕ Шк по 11. Ак ля Й 12 1 4 Що ну к ковпак ї х ! одини 19. Б пад 0-х то ДВ Ї 21

Пре ев - 8.

К Тех Й ТА 20-Х яд д-Е шк слі ши 18. -- 0 Ш-7 !

Фіг. 1 са оаствсткя 49

Меч 8 «й. о Фіг.2 й й 43 ї порососс АВ ши: й «У ЩО. ХУЙ

Фіг. З /. ДЕ пн ля ! п ин

Фіг. 4

/| | УК Дт я, пд Ши и М З- я 23

Фіг. 5

Тираж 50 екз.

Відкрите акціонерне товариство «Патент»

Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3-72 -89 (03122)2-57- 03

Claims (3)

1. Опозитний двигун внутрішнього згоряння, який містить розташовані співвісно і симетрично відносно осі трикривошипного колінчастого вала перший і другий циліндри з установленими в них першим і другим поршнями, що шарнірно з'єднані з відповідними їм шатунами за допомогою поршневих пальців, установлених в отворах стінки . тронка кожного поршня, причому перший поршень зв'язаний з першим кривошипом через перший шатун, з'єднаний з поршневим пальцем у внутрішній порожнині першого поршня, а другий поршень зв'язаний з розташованими симетрично відносно осі циліндрів під кутом 180" відносно першого кривошипа другим і третім кривошипами через другий і третій шатуни, відповідно, маса кожного з яких є удвічі меншою, ніж маса першого шатуна, який відрізняється тим, що стінки тронка кожного поршня виконані зі зміщеними відносно внутрішньої поверхні циліндра ділянками, які розташовані симетрично відносно умовної площини, що перетинає поршень по осі циліндрів перпендикулярно до осі отворів під поршневий палець, кінці якого виведені у порожнини, утворені зовнішньою поверхнею тронка поршня і внутрішньою поверхнею циліндра, причому другий і третій шатуни з'єднані з кінцями поршневого пальця другого поршня.

2 Опозитний двигун внутрішнього згоряння за п. 1, який відрізняється тим, що зовнішню поверхню тронка кожного поршня виконано з плоскими ділянками, відстань між якими визначено із співвідношення: о,50Д 54 5 0,75Д, де а - відстань між плоскими ділянками зовнішньої поверхні тронка поршня; Д - діаметр внутрішньої поверхні циліндра.

3. Опозитний двигун внутрішнього згоряння за п. 1, який відрізняється тим, що зовнішню поверхню тронка кожного поршня виконано з увігнутими в напрямку осі циліндрів ділянками, відстань між якими в умовній площині, що перетинав поршень по осі циліндрів і осі отворів під поршневий палець, визначено із співвідношення: о,50Д 54 5 0,75Д, де а - відстань між увігнутими ділянками зовнішньої поверхні тронка поршня; Д - діаметр внутрішньої поверхні циліндра.