В настоящее время в эксплуатации применяются поршневые ДВС , основной частью которых является многоколенчатый вал .В связи с этим цилиндры выполняются рядными вдоль этого вала или двухрядные у- образные. Основным недостатком этих конструкций – это наличие массивного многоколенчатого вала и для его разборки требуется полная разборка корпуса , в котором он расположен. В виду его конструктивной особенности при его изготовлении требуется сложное и дорогостоящее оборудования ввиду наличия шеек валов с противовесами , смещёнными относительно друг друга на определённый угол. Также ввиду значительной массы увеличивается стоимость всего ДВС. Кроме этого из-за того ,что вращающийся момент передаётся вдоль вала приходится выполнять шейки валов массивными значительно большого диаметра. В таких ДВС из-за их сложной формы вала невозможно применение подшипников качения и применяются подшипники скольжения , которые также имеют свои недостатки, в частности при плохой и недостаточной смазке происходит задир вкладышей и выход ДВС из строя , при этом при их замене требуется полная разборка корпуса со шлифовкой шеек на следующий ремонтный размер и полная замена вкладышей , что может удлинить время ремонта и привести к его удорожанию. Также ввиду значительной удалённости вала относительно разъёма головки блока усложняется связь элементов распределительного вала и ведёт к применением. ремней ГРМ с наличием дополнительных роликов для их натяжке и шкивов для передачи момента от многоколенчатого вала к распределительному.
Ещё одним из недостатков является конструктивная особенность – наличие шатунов на каждом поршне , которые при работе ДВС выполняют сложные движения: это качательные относительно головки шатуна , закреплённого в основании поршня в пределах 45 градусов и поступательные вдоль оси цилиндра. Из этого появляются значительные усилия трения о стенки цилиндров , что может привести к их износу , особенно при недостаточной смазке или её отсутствия.. Также из-за этого невозможно увеличить ход поршней , так как шатуны могли пересекаться с стенками цилиндров.
В период эксплуатации своего авто я столкнулся с выше изложенными недостатками – приходилось в полевых условиях менять подшипники скольжения из-за их выхода из строя с полной разборкой корпуса и заменой ремня ГРМ с частичной разборкой передней подвески со снятием колеса, что приводило к большим финансовым затратам и потерей времени на ремонт.
Существует множество конструкций ДВС с исключением многоколенчатых валов , в частности роторные , конструкции инженера Баландина и ряд других. Они имеют свои недостатки , которые не позволяют их широкое применение . Например роторные ДВС , где не решена проблема надёжного уплотнения ротора относительно стенок цилиндров с связи их сложной формой. В ДВС Баландина очень сложная конструкция сопрягаемых элементов.
Всё выше изложенное привело к созданию ДВС например по патентам 2 764 945 и 2 794 530, которые в значительной мере позволят устранить выше изложенные недостатки. Так вместо многоколенчатого применён одноколенчатый вал с установкой подшипников качения , что упрощает их замену без полной разборке корпуса, а по патенту 2 794 530 полностью исключено применение ремня ГРМ с роликами и шкивами в их составе. Также ввиду конструктивных особенности элементов , передающих усилие поршня на другие элементы , в частности коромысел значительно уменьшается угол качания относительно оси цилиндров и соответственно это ведёт к значительному уменьшению сил трения поршней о стенки цилиндров. Конструкция ДВС более компактна и менее металлоёмка , что снижает его стоимость при их изготовлении. Упрощается ремонт , в частности применён всего один шатун , расположенный в приливе корпуса и при его замене минимальные затраты.
Прототипом для создания этих конструкций явилось применение конструктивных особенности передачи усилий аналогично приводу ножной швейной машинке, где усилие от педали передаётся к шкиву с эксцентриком. Пришлось только для расчёта элементов применить формула согласно описанию патента , для возможности выполнения и их работоспособности.
Общий вид ДВС по патенту 2 764 945
Далее представлено более подробное описание преимуществ по сравнению с существующими конструкциями.
По патенту 2 764 945 :
1 Одноколенчатый вал – это снижение трудоёмкости при изготовлении
2 Упрощение ремонта при замене , достаточно демонтировать старые подшипники и установить новые не разбирая корпус ДВС .Возможно провести эту операцию не снимая ДВС с мест его крепления.
3 Упрощение конструкции шатуна .ввиду консольного крепления шатуна на эксцентрике одноколенчатого вала . Шатун можно сделать цельным без разъёмов головки шатуна с применением крепежа
4 Значительно уменьшается усилие трения поршня в виду уменьшения угла качания толкателя вместо 45 до 5 градусов
5 Возможно увеличение объёма цилиндров с увеличением рабочего хода , т.е повысить объём ,так как элемент , соединяющий поршень с коромыслом не будет задевать стенок цилиндра . Данное действие может повлиять на увеличение мощности ДВС без изменения его габаритов
6 Конструктивное расположение одноколенчатого вала в верхней части корпуса позволит значительно упростить за счёт зубчатых колёс передачи вращающего момента от одноколенчатого вала на распределительный без применения ремней ГРМ. С сопутствующими с ним деталей ( шкивов и натяжных роликов )
Как в любой конструкции в данной тоже есть недостатки . Это- в виду применения более сложной кинематической схемы , что приводит к некоторому увеличения количества составляющих деталей.
Общий вид механизма газораспределения по патенту 2 794 530
По патенту 2 794 560 ( механизм газораспределения ) имеются следующие преимущества по сравнению с существующими конструкциями :
1 Компактность при непосредственной связи с одноколенчатым валом за счёт зубчатой передачи.
2 За счёт применения ползунов , установленных на штангах перемещения двух клапанов осуществляется за счёт одного коромысла , контактирующего с одно стороны с кулачком распределительного вала , а с другой с ползуном., воздействующим на торцы двух клапанов одновременно.
3 Упрощается ремонт головки блока газораспределения в виду отсутствия приводов ремней ГРМ с сопутствующими ему деталей.
4 Повышение надёжности , так при в существующих конструкциях при выходе из строя ремня ГРМ может произойти столкновение клапанов с поршнями , что потребует больших затрат на ремонт. В то же время в механизме газораспределения по патенту 2 794 530 даже при выходе из строя одной из пар зубчатых колёс ( например- поломка зубьев, что маловероятно) вторая пара зубчатых колёс позволит обеспечить работоспособность механизма.