ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК F02B75/32 F02B75/26 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Известен поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий несколько поршней, аксиально движущихся в параллельных цилиндрах, вал и устройство для превращения возвратно-поступательного движения во вращательное, которое содержит дискообразный наклонный вращающийся элемент с двумя канавками на верхней и нижней поверхностях. Обе канавки имеют эллиптическую конфигурацию. По меньшей мере один шар катится по каждой из канавок и каждая из пар шаров имеет устройство для удержания шаров в канавках. Последнее устройство соединено со стержнем, на верхнем конце которого установлен поршень, движущийся в цилиндре.

Указанная конструкция имеет следующие недостатки.

1. Минимальный контакт между канавками и шарами в условиях действия ударных нагрузок не позволяет развить большие мощности.

2. Большие силы инерции из-за наличия больших масс в соединении поршня с устройствами удержания шаров в канавках.

3. Наличие верхней опоры вала требует разнесения цилиндров и, следовательно, увеличения массогабаритных характеристик двигателя.

Известен поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий вал с корпусом и несколько цилиндров. Внутри корпуса расположены рамная конструкция ("паук"), установленная с возможностью вращения вокруг вала. "Паук" имеет ряд рычагов, по одному на каждый цилиндр. Поршни шарнирно соединены с помощью шатуна с "пауком". "Паук" совершает вращательное движение вокруг вала, в то время как поршни совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах, расположенных на конической поверхности, вершина которой находится на оси вала. Между основаниями цилиндров расположен узел крепления опоры "паука".

Недостатки указанной конструкции.

1. Сложность конструкции из-за наличия шаровой опоры "паука".

2. Увеличенные габариты из-за наличия узлов крепления "паука", вследствие чего цилиндры разнесены в стороны, а также из-за наличия механизма преобразования движения ("паука").

3. На дискообразный элемент "паука", к которому крепятся шатуны, действуют горизонтальные составляющие от усилия поршней, что требует увеличения габаритов средств крепления и всего механизма в целом.

Известен поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры, расположенные вокруг и параллельно оси вала, поршни с шатунами, косую и качающуюся шайбы, установленные на центральном валу и связанные между собой при помощи механизма преобразования, снабженного направляющей в корпусе, причем качающаяся шайба установлена шарнирно относительно вала и косой шайбы и соединена с шатунами при помощи шаровых опор, а косая шайба жестко связана с валом.

Недостатки этого двигателя.

1. Увеличенные габариты из-за наличия между цилиндрами опор вспомогательного вала, вследствие чего цилиндры разносятся на определенное расстояние.

2. Большой износ узла шарикового соединения качающейся шайбы и беговой дорожки блока цилиндров вследствие передачи боковой составляющей рабочего усилия поршня по линейному контакту между шариком и соприкасающимися поверхностями.

3. Большой изгибающий момент на вал от усилия поршней через шаровые опоры шатунов.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: уменьшение габаритов ДВС и повышение надежности путем уменьшения изгибающего момента на валу.

Указанная цель достигается тем, что в поршневом двигателе, содержащем размещенные в корпусе и расположенные параллельно оси вала поршни с шатунами, подвижную шайбу, соединенную с шатунами при помощи шаровых опор, косую шайбу и механизм газораспределения, корпусом, имеющим круглую цилиндрическую поверхность, и валом образованы несколько полостей некруглой цилиндрической формы, в которых размещены поршни с шатунами, причем подвижная шайба оперта на невращающуюся косую шайбу и шарнирно соединена с валом, имеющим по меньшей мере две параллельные оси вала плоскости, при помощи шаровых или цилиндрических сегментов, зафиксированных в подвижной шайбе и опертых на указанные плоскости.

Полости выполнены в виде двух цилиндрических сегментов.

С целью изменения степени сжатия косая шайба выполнена с возможностью перемещения вдоль вала.

Система газораспределения выполнена в виде впускного и выпускного окон, расположенных в стенке корпуса, причем расстояние между ними по дуге поверхности корпуса меньше дуги поверхности корпуса, ограниченной одной полостью, впускное окно расположено впереди по ходу вращения вала.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого двигателя; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же (вариант); на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 1; на фиг. 7 - сечение Д-Д на фиг. 6; на фиг. 8 - схема газораспределения двигателя (открытие выпускного окна); на фиг. 9 - сечение Е-Е на фиг. 8; на фиг. 10 - схема газораспределения (продувка); на фиг. 11 - сечение Ж-Ж на фиг. 10; на фиг. 12 - схема газораспределения (закрытие впускного окна); на фиг. 13 - сечение И-И на фиг. 12.

Двигатель содержит корпус, состоящий из двух частей 1 и 2 (фиг. 1), к которому присоединены головка 3 и крышка 4. Внутренняя поверхность корпуса 1 имеет круглую цилиндрическую форму. Внутри корпуса размещен вал 5, зафиксированный в подшипниках 6 и 7.

Вал 5 на участке 8 выполнен с плоскими поверхностями 9 (фиг. 2) или с радиусными проточками 10 вдоль вала (фиг. 3). Между валом 5 с цилиндрической поверхностью корпуса 1 расположены поршни 11, к которым крепятся шатуны 12 при помощи гаек 13. Шатуны 12 при помощи шаровых опор 14 соединены с подвижной шайбой 15, опирающейся на косую шайбу 16, причем подвижная шайба поджата к косой накладкой 17.

На участке 18 вала 5 выполнены две поверхности в виде параллельных плоскостей, на которые опираются вкладыши 19, зафиксированные подвижно в шайбе 15. Вкладыши 19 имеют форму цилиндрических или шаровых сегментов.

В часть 2 корпуса ввернута гайка 20, которая подвижно соединена с косой шайбой 16.

На торце вала 5 со стороны головки 3 выполнены уплотнительные элементы 20 (фиг. 2, 3), которые замкнуты на уплотнительные элементы 21 (фиг. 6), идущие вдоль вала.

Механизм газораспределения включает в себя выпускное 22 (фиг. 6) и впускное 23 окна, выполненные в стенке части 1 корпуса, к которым присоединены соответственно выпускной 24 и впускной 25 патрубки.

Расстояние между краями окон 22, 23 по дуге поверхности части 1 корпуса меньше расстояния между кромками 26, 27 вала 5 в пределах полости цилиндра. Впускное окно 23 расположено первым по ходу вращения вала 5.

В головке 3 установлена форсунка 28.

Поршневой двигатель работает следующим образом.

Рассматривается вариант выполнения рабочих полостей двигателя в форме цилиндрического сегмента (фиг. 2), т. е. в двигателе имеются две цилиндрические полости некруглой формы, в которых размещаются два поршня.

При прокручивании вала 5 (от внешнего источника) он заставляет поршни 11 совершать вращательное движение относительно оси двигателя. Одновременно, взаимодействуя с подвижной шайбой 15 через вкладыши 19, он заставляет шайбу 15 вращаться на поверхности косой шайбы 16. Вращаясь в наклонном положении, шайба 15 через шаровые опоры 14 придает поршням 11 через шатуны 12 возвратно-поступательное движение вдоль оси двигателя.

От смещения в сторону головки 3 (из-за наличия сил инерции) подвижная шайба 15 удерживается накладкой 17.

Газораспределение в двигателе происходит следующим образом.

При движении поршня 11 к головке 3 происходит сжатие воздуха, подача форсунок 28 порции топлива в камеру сгорания и сгорание топлива.

При движении поршня к НМТ одновременно происходит его поворот по часовой стрелке (фиг. 8). Происходит открытие выпускного окна 22 поршнем 11 (фиг. 9). Затем по мере вращения вала 5 по часовой стрелке происходит открытие впускного окна 23 валом 5 (фиг. 10, 11) и осуществляется продувка полости цилиндра путем вытеснения продуктов сгорания чистым воздухом, который подается через впускное окно 23.

При дальнейшем вращении вала 5 просходит закрытие выпускного окна валом и дальнейшее заполнение полости цилиндра воздухом через впускное окно 23 (фиг. 12, 13). Затем поршень 11 перекрывает впускное окно 23 и происходит сжатие воздуха в цилиндре.

В другой полости двигателя аналогичный рабочий процесс осуществляется со смещением на 180^о.

В двигателе осуществляется термодинамический двухтактный цикл двигателя внутреннего сгорания как дизеля, так и карбюраторного.

За один оборот вала в двигателе совершается два рабочих хода.

Изменение степени сжатия достигается вращением гайки 20, которая вызывает перемещение косой шайбы 16, связанной с поршнями 11, вдоль оси двигателя, что изменяет объем камеры сгорания.

На участке 18 вала 5 может быть выполнено несколько расположенных параллельно оси вала плоскостей, на которые опираются вкладыши 19. Причем количество плоскостей вала может быть равно или меньше количества поршней. Например, при четырех поршнях может быть выполнено две или четыре плоскости, а при трех поршнях - только три плоскости.

Расположение в одном цилиндрическом корпусе поршней с валом, а также механизма преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала позволяет улучшить массогабаритные характеристики роторно-поршневого двигателя по сравнению с известными. (56) Авторское свидетельство СССР N 1271986, кл. F 02 B 75/32, 1983.

Использование: в области машиностроения, в частности в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: поршневой двигатель содержит размещенные в корпусе и расположенные параллельно оси вала поршни с шатунами, подвижную шайбу, опирающуюся на косую шайбу. Корпусом, имеющим круглую цилиндрическую поверхность, и валом образованы несколько полостей цилиндрической формы, в которых размещены поршни с шатунами. Вал на определенном участке выполнен с плоскими поверхностями или с радиусными проточками вдоль вала. 3 з. п. ф-лы, 13 ил.

1. ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус, выходной вал, цилиндры с установленными в них поршнями, оси которых параллельны оси выходного вала, подвижную шайбу, шарнирно связанную с поршнями при помощи шатунов, косую шайбу, систему газораспределения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и повышения надежности, корпус выполнен с внутренней цилиндрической поверхностью, выходной вал выполнен по меньшей мере двумя радиальными перегородками, образующими с корпусом цилиндрические полости, ограниченные цилиндрическими поверхностями, направляющие которых выполнены в виде замкнутых кривых линий, а подвижная шайба шарнирно связана с валом при помощи шаровых или цилиндрических сегментов и контактирует с косой шайбой, установленной в корпусе. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что направляющие цилиндрических поверхностей выполнены в виде сегментов. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что косая шайба выполнена с возможностью перемещения вдоль оси вала. 4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система газораспределения выполнена в виде впускного и выпускного окон, расположенных в стенке корпуса, а расстояние между ними по дуге поверхности корпуса меньше дуги, ограниченной одной полостью.