двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий рабочий цилиндр с элементом, совершающим возвратно-поступательное движение, и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение, выполненный в виде вращающегося барабана с направляющей, кинематически связанной с элементом, движущимся возвратно-поступательно, при этом кинематическая связь, соединяющая направляющую барабана с элементом, движущимся возвратно-поступательно, содержит упругий элемент, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде герметичной оболочки, заполненной упругим веществом.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве упругого вещества использовано вещество, передающее давление одинаково во всех направлениях.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что направляющая барабана выполнена в виде канавки, кинематическая связь, соединяющая направляющую барабана с элементом, движущимся возвратно-поступательно, выполнена в виде пальца, жестко связанного с элементом, движущимся возвратно-поступательно, а упругий элемент, выполненный в виде герметичной оболочки, заполненной упругим веществом, размещен на пальце.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что упругий элемент снабжен устройством, изменяющим его упругость.

5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что устройство, изменяющее упругость упругого элемента, выполнено в виде дополнительного упругого элемента, размещенного внутри упругого элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) в механизмах передачи и преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение.

Известен ДВС, в котором ось рабочего цилиндра параллельна оси выходного вала двигателя. Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала выполнен в виде барабана, связанного с выходным валом двигателя, и пальца, размещенного на штоке, связанного с поршнем рабочего цилиндра. На боковой поверхности барабана выполнена профилированная канавка, в которой размещен палец [Патент СССР №1790689, МПК F 02 B 75/06, приор. 02.01.91 г.].

Недостатком известного технического решения является то, что ударные нагрузки, возникающие в процессе сгорания, полностью передаются на контактную пару "палец - направляющая канавка". Повышенные ударные нагрузки в паре "палец - направляющая канавка" приводят к быстрому износу и разрушению контактной пары и, соответственно, снижают надежность двигателя в целом.

Наиболее близким к заявленному изобретению является ДВС, в котором направляющая покрыта слоем резины и палец, выполненный в виде конусообразного ролика, контактирует с направляющей поверхностью через слой резины [Патент ФРГ №879624, НПК 46 а⁴, приор. 08.07.49 г.].

Недостатком указанного технического решения является то, что упругий элемент, выполненный в данном случае в виде резинового слоя, нанесенного на направляющую поверхность барабана, работает только "на сжатие". Это приводит к возникновению явлений "выкрашивания" беговой дорожки и снижению надежности двигателя в целом. Кроме того, выполнение упругого элемента в виде резинового слоя не позволяет эффективно поглощать ударные нагрузки, возникающие в механизме преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение путем изменения его упругих свойств.

Задача изобретения заключается в повышении надежности двигателя.

Поставленная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем рабочий цилиндр с элементом, совершающим возвратно-поступательное движение и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение, выполненным в виде вращающегося барабана с направляющей, кинематически связанной с элементом, движущимся возвратно-поступательно, при этом кинематическая связь, соединяющая направляющую барабана с элементом, движущимся возвратно-поступательно, снабжена упругим элементом, упругий элемент выполнен в виде герметичной оболочки, заполненной упругим веществом.

Поставленная задача решается также тем, что в качестве упругого вещества использовано вещество, передающее давление одинаково во всех направлениях.

Поставленная задача решается также тем, что направляющая барабана выполнена в виде канавки, кинематическая связь, соединяющая направляющую барабана с элементом, движущимся возвратно-поступательно, выполнена в виде пальца, жестко связанного с элементом, движущимся возвратно-поступательно, а упругий элемент выполненный в виде герметичной оболочки, заполненной веществом, передающим давление одинаково по всем направлениям, размещен на пальце.

Поставленная задача решается также и тем, что упругий элемент снабжен устройством, изменяющим его упругость.

Поставленная задача решается также и тем, что устройство, изменяющее упругость упругого элемента, выполнено в виде дополнительного упругого элемента, размещенного внутри упругого элемента.

На фиг.1 изображена схема двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.2 изображен вариант выполнения упругого элемента, размещенного на пальце.

Двигатель внутреннего сгорания, изображенный на фиг.1, состоит из цилиндра 1 с размещенным в нем поршнем 2. Поршень 2 жестко связан со штоком 3. Шток 3 снабжен пальцем 4, размещенным в направляющей канавке 5, выполненной на барабане 6.

Упругий элемент, размещенный на пальце, изображен на фиг.2. На пальце 4 размещена внешняя обойма 7 подшипника скольжения. На обойме 7 закреплена обрезиненная манжета 8, снабженная кордом 9. Полость, образованная между обоймой 7 и манжетой 8, заполнена жидкостью 10. Шток 3 снабжен салазками 11, жестко закрепленными на штоке 3.

Как указано в формуле изобретения, упругий элемент может быть выполнен и иным образом.

Упругий элемент может быть размещен в канавке 5 и выполнен в виде замкнутой кольцевой оболочки, заполненной упругим веществом. Размещение предлагаемого упругого элемента на барабане позволяет уменьшить массу деталей, движущихся возвратно-поступательно.

В качестве упругого вещества может быть использована жидкость, например масло из системы смазки двигателя, или иная другая жидкость из других систем двигателя, например жидкость из системы охлаждения. Использование жидкости из какой-либо системы двигателя позволяет производить автоматическую регулировку упругости (жесткости) упругого элемента.

Например, при использовании в качестве жидкости масла из системы смазки жесткость упругого элемента будет возрастать с увеличением частоты вращения двигателя (в случае комплектации двигателя масляным насосом, кинематически связанным с выходным валом двигателя). Увеличение жесткости упругого элемента с увеличением частоты вращения обеспечивает поддержание равномерного пятна контакта в сопряжении "палец - канавка" в зависимости от режима работы двигателя.

При использовании жидкости из системы охлаждения упругий элемент выполняется с использованием дополнительных элементов, изменяющих свою жесткость в зависимости от температуры (например, широко известных пространственных структур, выполненных из веществ, обладающих свойством памяти формы).

Также, при необходимости, в качестве упругого вещества могут быть использованы широко известные вещества, обладающие анизотропными свойствами. Причем направление, в котором проявляется неоднородность передачи давления/усилия, выбирается с учетом эпюры распределения давления в зоне пятна контакта. Например, если эпюра распределения давления имеет один ярко выраженный максимум, то упругое вещество ориентируется таким образом, чтобы максимум давления в зоне контакта (в сопряжении "палец - канавка") соответствовал максимуму жесткости вещества в этом направлении.

В случае необходимости, например при использовании данной конструкции в высокофорсированных двигателях, может потребоваться повышенная прочность манжеты 8. В этом случае манжета 8 должна быть изготовлена, точнее сплетена, из нано-трубчатых графитовых волокон, которые, как известно, обладают повышенной прочность при работе на "растяжение", обладая при этом хорошей гибкостью.

Двигатель работает следующим образом. Давление сгорания, воздействующее на поршень 2, передается через шток 3 на палец 4, размещенный в направляющей канавке 5. Палец 4 давит на боковую поверхность канавки 5 и заставляет вращаться барабан 6. В течение насосных ходов и хода сжатия боковая поверхность канавки 5 давит на палец 4. То есть в процессе работы двигателя палец 4 испытывает переменное давление (давление сжатия).

Упругий элемент при этом работает следующим образом. При взаимодействии манжеты 8, снабженной прочным кордом 9 и заполненной практически несжимаемой жидкостью 10, с боковой поверхностью канавки 5 возрастает равномерное давление на поверхность манжеты 8. Давление (усилие) в пятне контакта передается жидкости 10. Жидкость 10 передает давление по всем направления без изменения и вызывает равномерное сжатие упругого элемента, уменьшая его объем и одновременно передавая равномерное давление "изнутри" на манжету 8, которая работает на "растяжение". За счет уменьшения объема под действием давления жидкости гибкая прочная оболочка "вминается в месте взаимодействия с поверхностью канавки. При этом происходит "мягкое" динамическое увеличение площади контактного пятна, что значительно снижает удельные контактные напряжения и повышает надежность двигателя, снижая возможность появления "выкрашивания поверхности" упругого элемента.

Таким образом, выполнение упругого элемента в виде оболочки, заполненной упругим веществом позволяет достичь цели изобретения, т.е. повысить надежность двигателя.