приводной механизм двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с оппозитно расположенными поршнями и соединенный штоками с расположенными на их гранях зубчатыми рейками, и зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, причем зубчатый сектор размещен на ведущем валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатыми рейками, отличающийся тем, что на зубчатых рейках выполнены проточки радиусом наружной окружности зубчатого сектора, центры которых расположены на вертикальной оси цилиндра и отстоят друг от друга на величину хода поршня, а зубчатый сектор на выходящей из зацепления с рейками стороне срезан на толщину, равную высоте зуба, под прямым углом к оси, соединяющей концы сектора.

2. Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что зубчатые рейки расположены друг против друга в вертикальной плоскости цилиндра и скользят по его образующей, а ведущий вал с зубчатым сектором расположен между рейками на осях цилиндра.

3. Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что снабжен вторым зубчатым сектором с ведущим валом, ведущие валы с зубчатыми секторами смещены на равное расстояние от вертикальной оси цилиндра, вращаются в одном направлении и попеременно входят в зацепление с соответствующими зубчатыми рейками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и касается двигателей внутреннего сгорания, а именно поршневых машин, отличающихся связями между поршнями и ведущим валом.

Известен поршневой двигатель /1/ с оппозитно расположенными поршнями, выходным валом с зубчатыми колесами, зубчатыми рейками, штоками и муфтами свободного хода. Зубчатые колеса установлены на выходных валах посредством муфт свободного хода с образованием зубчатого зацепления с рейками поршневых пар.

Недостатком этого технического решения является сложность конструкции и невысокая надежность из-за использования муфт свободного хода.

Известен приводной механизм ведущего вала двигателя внутреннего сгорания /2/, содержащий корпус с цилиндром, поршень с тягой и толкателем, установленный в цилиндре с образованием камеры сгорания, зубчатую рейку, установленную на тяге, приводной вал, смещенный от оси поршня, зубчатый сектор, размещенный на приводном валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатой рейкой и устройством для возврата поршня в верхнюю мертвую точку.

Недостатком этого механизма также является сложность конструкции из-за наличия устройства для возврата поршня в верхнюю мертвую точку и системы рычагов.

Известен приводной механизм двигателя внутреннего сгорания /3/, содержащий тягу, соединенную шарнирно с поршнем, и зубчатую рейку, входящую периодически в зацепление с зубчатым сектором, а также толкатель, взаимодействующий с профильным кулачком.

Недостатком этого механизма является наличие профильного кулачка, толкателя и направляющей втулки, из-за которых двигатель имеет большие габариты.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является приводной механизм двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с оппозитно расположенными поршнями и соединенный штоками с расположенными на их гранях зубчатыми рейками и зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, причем зубчатый сектор размещен на ведущем валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатыми рейками (4).

Недостаток известного технического решения заключается в недостаточной надежности работы и сложности конструкции.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности, а также увеличение мощности двигателя за счет повышения крутящего момента на ведущем валу, создающегося давлением газов в цилиндре.

Поставленная задача решается тем, что приводной механизм двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с оппозитно расположенными поршнями и соединенный штоками с расположенными на их гранях зубчатыми рейками и зубчатый сектор, выполненный на полуокружности, длина которой равна ходу поршня, причем зубчатый сектор размещен на ведущем валу с возможностью периодического взаимодействия с зубчатыми рейками, согласно изобретению на зубчатых рейках выполнены проточки радиусом наружной окружности зубчатого сектора, центры которых расположены на вертикальной оси цилиндра и отстоят друг от друга на величину хода поршня, а зубчатый сектор на выходящей из зацепления с рейками стороне срезан на толщину, равную высоте зуба под прямым углом к оси, соединяющей концы сектора.

Зубчатые рейки могут быть расположены друг против друга в вертикальной плоскости цилиндра и скользят по его образующей, а ведущий вал с зубчатым сектором расположен между рейками на осях цилиндра.

Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания может быть снабжен вторым зубчатым сектором с ведущим валом, ведущие валы с зубчатыми секторами смещены на равное расстояние от вертикальной оси цилиндра, вращаются в одном направлении и попеременно входят в зацепление с соответствующими зубчатыми рейками.

Благодаря этим признакам конструкция приводного механизма становится простой и компактной, а также повышается мощность двигателя за счет более эффективного преобразования давления газов в цилиндре в крутящий момент на ведущем валу двигателя.

На фиг. 1 и 2 изображен поперечный разрез цилиндра двигателя внутреннего сгорания при двух положениях механизма привода; на фиг. 3 - поперечное сечение цилиндра с двумя ведущими валами.

Приводной механизм состоит из цилиндра 1, в котором размещены оппозитно расположенные верхний поршень 2 и нижний поршень 3, образующие камеры сгорания. Поршни 2 и 3 жестко соединены между собой зубчатыми рейками 4 и 5, размещенными друг против друга в вертикальной плоскости цилиндра. На противоположных внутренних сторонах реек выполнены проточки радиусом наружной окружности зубчатого сектора 6, установленного на ведущем валу 7. Центры радиусов проточек расположены на вертикальной оси цилиндра и отстоят друг от друга на величину хода поршня "S", а напротив радиусов проточек дуга проточки переходит в профиль зуба.

Зубчатый сектор 6 выполнен на полуокружности, длина которой равна ходу поршня "S", а на выходящей из зацепления с рейками стороне сектор срезан на толщину, равную высоте зуба под прямым углом к оси, соединяющей концы сектора.

Рабочий ход поршня 3 отстоит от рабочего хода поршня 2 на 180 градусов для двухтактного двигателя и на 360 градусов для четырехтактного.

Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом (см. фиг. 1).

При положении верхнего поршня 2 в верхней мертвой точке (ВМТв) зубчатый сектор 6 не входит в зацепление с зубчатыми рейками 5 и 4 в связи с наличием проточки на рейке 5 и срезанной части зубчатого сектора 6 со стороны рейки 4, а зубья сектора 6 находятся выше линии, соединяющей его концы. Во время сгорания рабочей смеси за счет повышения давления поршень перемещается вниз и рейка 5 при начале движения поршня 2 входит в зацепление с зубчатым сектором 6. При перемещении поршня 2 вниз на ведущем валу 7 создается крутящий момент, действующий в направлении часовой стрелки и равный произведению давления газов на радиус полуокружности зубчатого сектора 6. Во время движения поршня 2 к нижней мертвой точке зубчатый сектор 6, вращаясь по часовой стрелке, находится в зацеплении с рейкой 4, а нижний поршень 3 одновременно двигается к своей мертвой точке (ВМТн). Поршень 2 придет в положение нижней мертвой точки (НВМПв) после того, как зубчатый сектор повернется на 180 градусов, так как длина окружности зубчатого сектора равна ходу поршня (см. фиг. 1), а нижний поршень 3 придет в верхнюю мертвую точку (ВМТн). В это время зубчатый сектор 6 выйдет из зацепления с рейкой 5, но еще не войдет в зацепление с рейкой 4, так как будет находиться в проточке рейки, которая к этому времени подойдет к оси ведущего вала.

Как только нижний поршень 3 придет в ВМТн, произойдет сгорание топлива в его камере сгорания и давление газов заставит его перемещаться вверх. Теперь рейка 4 войдет в зацепление с зубчатым сектором 6 и создаст крутящий момент на ведущем валу 7, направленный также по часовой стрелке, а рейка 5 в это время не сцепляется с зубчатым сектором. После прихода нижнего поршня 3 в НМТн зубчатый сектор 6 завершит полный оборот и возвратится в положение, соответствующее позиции 1 (см. фиг. 1). Затем процесс повторяется.

Работа приводного механизма описана для двухтактного двигателя. Для четырехтактного двигателя работа механизма аналогична, только такты выпуска и сжатия будут происходить за счет вращения ведущего вала 7 и перемещения поршней 2 и 3 за счет сил инерции и работы соседних цилиндров. В двигателе может быть необходимое количество цилиндров, установленных в ряд или с поворотом цилиндров относительно друг друга на заданный угол. В рядном двигателе расположение зубчатого сектора смещается на 180 градусов относительно соседнего цилиндра, в двигателях других типов заклинка сектора смещается на угол разворота цилиндров относительно друг друга.

Приводной механизм двигателя внутреннего сгорания данного типа может быть использован в двигателях внутреннего сгорания или других поршневых машинах с длиной хода поршня, ограниченной длиной окружности зубчатого сектора, которая в свою очередь ограничена диаметром цилиндра. Для использования его в поршневых машинах с увеличенным ходом поршней необходимо зубчатый сектор разместить вне цилиндра. В этом случае приводной механизм состоит из двух зубчатых секторов (см. фиг. 3), левого 6Л и правого 6П, расположенных на рабочих валах 7Л и 7П и вращающихся в одном направлении и попеременно входящих в зацепление со своими рейками 4 и 5. Для синхронизации вращения рабочих валов они соединяются между собой цилиндрическими шестернями через промежуточную шестерню.

Конструктивное исполнение зубчатых секторов и реек, а также принцип действия приводного механизма в этом случае аналогичен вышеописанному.

Список литературы

1. Патент РФ N 2059830, МКП F 01 B 1/08, 1996 г.

2. Заявка Франции N 2621077, МПК F 02 B 5/32, опубл. 1989 г.

3. Патент РФ N 2055226, МПК F 02 B 75/32, опубл. 1996 г.

4. Заявка ФРГ N 3529921, МПК F 02 B 75/32, опубл. 1986 г.