ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК F01B3/02 F02B75/26 

Изобретение относится к двигателестроению, конкретнее к аксиально-поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий корпус, неподвижный блок цилиндров с поршнями и шатунами, рабочий вал с косым кривошипом, установленным на валу с возможностью осевого перемещения, наклонную втулку, подвижно сопряженную с косым кривошипом, наклонную шайбу, шарнирно соединенную с наклонной втулкой и шатунами, механизм изменения осевого положения косого кривошипа с валиками, снабженными рычагами и эксцентрично расположенными шейками, одни из которых шарнирно сопряжены с наклонной шайбой, а другие - с корпусом, причем рычаги шарнирно соединены с регулирующим приводом, а коромысло и наклонная втулка сопряжены с возможностью перемещения вдоль оси шарнирных соединений.

Известное устройство, которое является прототипом изобретения, обеспечивает простое и надежное, с минимальными потерями на трение, регулирование степени сжатия в цилиндрах двигателя.

Однако указанное устройство имеет конструктивные особенности, которые можно определить как недостатки:
регулирование степени сжатия сопровождается перемещением наклонной шайбы по дуге окружности с радиусом, равным эксцентриситету валика, при этом шайба перемещается относительно наклонной втулки в пределах предусмотренного зазора (порядка 0,1. . . 0,15 мм), указанный зазор весьма мал, тем не менее для фиксации силового вала в поперечном направлении необходима установка его в коренных подшипниках;
эксцентриковые валики установлены в кронштейнах корпуса консольно, что вызывает перекосы валиков под действием сил давления газов на поршни и снижает нагрузочную способность шарнирных сопряжений между валиками, коромыслом и корпусом;
валики передают усилия с поршней на корпусные детали, создают в последних сложнонапряженное состояние с деформациями изгиба и растяжения, что требует усложнения конструкции корпусных деталей, увеличения их прочности и массы.

Целью изобретения является дальнейшее совершенствование известного устройства путем устранения указанных недостатков.

Цель достигается установкой наклонных шайб посредством осей в проушинах, сопряженных с направляющими продольного движения в корпусе и соединенных между собой тягами, снабженными регулирующим приводом синхронного продольного перемещения, выполненным, например, в виде резьбовых соединений концов тяг с проушинами и установленных на тягах червячных колес, сопряженных с червяками, выполненными на общем валу.

На фиг. 1 изображен общий вид двигателя; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Двигатель содержит корпус 1, в котором неподвижно закреплены цилиндры 2,3 с впускными окнами 4, выпускными окнами 5, поршнями 6,7 с шатунами 8,9, которые посредством пальцев 10,11 шарнирно соединены с наклонными шайбами 12,13, установленными с возможностью поворота на пальцах 14,15, закрепленных в проушинах 16,17, размещенных в направляющих 18,19 продольного движения, скрепленных с корпусом. Проушины соединены посредством резьбы с концами тяг 20,21, снабженных регулирующим приводом синхронного вращения. Шайбы 12,13 шарнирно соединены с цапфами 22 наклонных втулок 23,24, подвижно установленных на косых кривошипах силового вала 25.

Возможны различные варианты исполнения вала и кривошипа.

По одному варианту кривошип выполнен (подобно прототипу) в виде барабана относительно большого диаметра с подшипниками качения, установленного с возможностью осевого перемещения на прямом силовом валу.

По другому варианту косой кривошип выполнен непосредственно на коленчатом силовом валу, причем наклонная втулка установлена посредством подшипников скольжения на косом кривошипе с возможностью осевого перемещения в пределах диапазона регулирования степени сжатия.

По третьему варианту наклонная втулка установлена на косом кривошипе фиксировано в осевом направлении. В этом варианте, который изображен на фиг. 1 и 2, силовой вал состоит из двух частей 25 и 25а, сопряженных между собой посредством шлицевого соединения с возможностью осевого перемещения.

Регулирующий привод синхронного вращения тяг 20,21 может быть выполнен в виде закрепленных на тягах, например, штифтами 26 червячных колес 27,28, установленных посредством радиально-упорных подшипников 29,30 в корпусе и сопряженных с червяками 31,32, выполненными на общем валу 33. При этом предпочтительно исполнение червяков с противоположным направлением винтовой линии и разное направление резьбы на концах тяг, соединенных с проушинами одного коромысла.

Возможны другие варианты регулирующего привода. Например, на тягах возможна неподвижная установка зубчатых колес (звездочек), соединенных общей цепью.

Тяги могут быть изогнуты и соединены с гайками, сопряженными с концами винта, имеющими резьбу правого и левого направлений (как в прототипе).

Проушины одной наклонной шайбы могут быть соединены с корпусом неподвижно, при этом проушины другой шайбы должны иметь удвоенный (по сравнению с вариантом на фиг. 1 и 2) продольный ход.

Действует двигатель подобно прототипу. Вблизи нижней мертвой точки через окна 4,5 осуществляется продувка рабочей камеры цилиндров 2,3 зарядом сжатого воздуха от турбокомпрессора, затем при встречном движении поршней 6,7 осуществляется сжатие, впрыск топлива через форсунку 34, самовоспламенение и сгорание смеси, расширение продуктов сгорания.

При работе двигателя на переменных режимах каждому режиму соответствует некоторая оптимальная степень сжатия, которая является переменной и в общем случае повышается с уменьшением нагрузки.

Регулирование степени сжатия осуществляется вращением валка 33, при этом вращательное движение червячными парами 31,27 и 32,28 передается тягам 20,21 последние в зависимости от направления вращения посредством резьбовых соединений стягивают или раздвигают проушины 16,17 и связанные с ними наклонные шайбы 12,13 с шатунами 8,9 и поршнями 6,7; в результате изменяется объем камеры сгорания и степень сжатия. Регулирующее вращение валка 33 может осуществляться различным образом: в стационарных двигателях с постоянным режимом работы оно может производиться вручную, в транспортных двигателях с переменным режимом работы привод валка может быть кинематически связан с регулятором подачи топлива, например с рейкой топливного насоса; вал может иметь автономный привод, управля- емый по оптимальной программе бортовым компьютером.

Технико-экономическая эффективность предложения обусловлена следующими факторами
отсутствие люфта в шарнирных сопряжениях между наклонной втулкой и шайбой позволяет отказаться от установки вала в коренных подшипниках, поскольку функции центрирования вала обеспечивают шарниры Кардана с цапфами 22 и пальцами 14, уменьшить массу, повысить надежность;
установка коромысел в проушинах с разгрузкой пальцев 14 на две опоры позволяет устранить консольное расположение пальцев, присущее прототипу, придать шарниру способность самоустанавливаться, уменьшить кромочные давления, повысить нагрузочную способность и надежность шарнира, уменьшить диаметр пальца и потери на трение;
тяги 20,21, соединяя проушины и коромысла и будучи нагруженными усилиями растяжения, обеспечивают наиболее эффективное "короткое замыкание" наиболее мощных действующих в двигателе сил, что позволяет разгрузить корпусные детали от упомянутых нагрузок, упростить их конструкцию, уменьшить массу.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус, неподвижный блок цилиндров с поршнями и шатунами, рабочий вал с двумя косыми кривошипами, расположенный по оси блока цилиндров, наклонные втулки с цапфами, подвижно установленные на косых кривошипах. Наклонные шайбы шарнирно соединены с цапфами наклонных втулок и с осями, установленными в проушинах, которые подвижно сопряжены с продольными направляющими в корпусе и стянуты между собой тягами, имеющими привод синхронного вращения в виде двух червячных колес, зацепляющихся с червяками, установленными на общем валу. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус, неподвижный блок цилиндров с поршнями и шатунами, рабочий вал с косыми кривошипами, установленный в корпусе параллельно осям цилиндров, наклонные втулки с цапфами, установленные на косых кривошипах, по меньшей мере одну наклонную шайбу, шарнирно связанную с цапфами наклонных втулок, регулирующий привод с валиком с винтовой резьбой и червячным колесом, кинематически связанный с наклонными шайбами с возможностью перемещения последних вдоль оси рабочего вала, причем шатуны поршней шарнирно связаны с наклонными шайбами, отличающийся тем, что, с упрощения конструкции и повышения надежности, двигатель снабжен по меньшей мере двумя проушинами с ползунами и осями, по меньшей мере одним дополнительным валиком с участками винтовой резьбы противоположного направления, направляющими, оси симметрии которых параллельны оси вращения рабочего вала, синхронизирующим механизмом, кинематически связанным с червячными колесами валиков, причем наклонная шайба шарнирно связана с осями проушин, а ползуны последних установлены в направляющих с возможностью перемещения вдоль их осей симметрии и кинематически связаны с дополнительными валиками. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что проушины соединены с валиками при помощи участков винтовой резьбы противоположного направления. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что снабжен радиально-упорными подшипниками, установленными в корпусе и взаимодействующими с червячными колесами, а синхронизирующий механизм выполнен в виде вала с червяками, входящими в зацепление с червячными колесами.