ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1994 года по МПК F02B75/00 

Изобретение относится к поршневым машинам и может быть использовано при проектировании и изготовлении ДВС, поршневых насосов, компрессоров, гидро- и пневмодвигателей.

Известна поршневая машина [1], содержащая корпус, по меньшей мере один рабочий цилиндр с головкой, два поршня, соединенных между собой при помощи штока и установленных в цилиндре с образованием двух камер переменного объема, золотник системы газораспределения с выполненными в нем перепускными отверстиями, расположенный в цилиндре соосно с последним между его стенками и боковыми поверхностями поршней, систему выпуска отработанных газов и бесшатунный механизм преобразования движения поршней во вращение выходного вала, выполненный в виде коленчатого вала с кривошипной и эксцентриковыми шейками, установленного в коренных опорах корпуса, причем в золотнике выполнены поперечные вырезы, в которых установлены эксцентриковые шейки, а кривошипная шейка связана со штоком.

Однако данная поршневая машина обладает значительными механическими потерями в газораспределительном механизме.

Цель изобретения - снижение механических потерь в газораспределительном механизме.

Это достигается тем, что поршневая машина, содержащая корпус, по меньшей мере один рабочий цилиндр с головкой, два поршня, соединенных между собой при помощи штока и установленных в цилиндре с образованием двух камер переменного объема, золотник системы газораспределения с выполненными в нем перепускными отверстиями, расположенный в цилиндре соосно с последним между его стенками и боковыми поверхностями поршней, систему выпуска отработавших газов и бесшатунный механизм преобразования движения поршней во вращение выходного вала, выполненный в виде коленчатого вала с кривошипной и эксцентриковыми шейками, установленного в коренных опорах корпуса, причем в золотнике выполнены поперечные вырезы, в которых установлены эксцентриковые шейки, а кривошипная шейка связана со штоком, коренные опоры выполнены в виде втулок с эксцентрично расположенными относительно их продольной оси отверстиями, эксцентриковые шейки свободно установлены в последних, кривошипная шейка установлена в отверстии штока, на конце по меньшей мере одной эксцентриковой шейки закреплена синхронизирующая шестерня, зацепленная с зубчатым венцом, расположенным соосно со втулками коренных опор, и жестко связана с цилиндром, а выходной вал соединен с последним.

Благодаря этому снижаются механические потери в газораспределительном механизме.

На фиг.1 показана поршневая машина, выполненная в качестве ДВС, в разрезе; на фиг.2 - второй подвариант выполнения принудительного выпуска отработанных газов, узел I на фиг.1.

Поршневая машина состоит из следующих основных деталей. В корпусе 1 жестко закреплены две втулки 2 и 3, на которых на подшипниках установлен ротор 4. В роторе 4 жестко закреплены цилиндр 5 с гильзой 6. Внутри гильзы 6 установлена с возможностью движения другая гильза (золотник) 7, которая выполнена сборной. Детали 4-7 выполнены по центру разъемными, что необходимо для установки в них колена коленвала. В отверстиях втулок 2 и 3 со смещением относительно их центра на S/4 установлен в подшипниках 8, который имеет кривошипную шейку 9 и кинематически связан с ротором 4 при помощи шестерни 10, жестко закрепленной на коленвалу, и шестерни 11 внутреннего зацепления, жестко закрепленной на цилиндре 5 (роторе 4), с i = = 1/2. Колено коленвала расположено внутри гильз 6,7. На шейке 9 на подшипнике установлен шток 12, на концах которого жестко закреплены поршни 13. Поршни 13, шток 12, шейка 9 отбалансированы противовесами 14, в которых дополнительно залит свинец 15. Цилиндры 5 закрыты крышками 16.

Принудительное открывание цилиндров для выпуска отработанных газов (при выполнении машины в качестве ДВС) по первому подварианту выполнено следующим образом. В крышках 16 установлены клапаны 17, которые подпружинены и проходят внутри катушек 18 электромагнитов. Подвод электротока к катушкам 18 осуществляется через стационарные контакты 19 и контакты 20, закрепленные на роторе 4. Затем провода идут через отверстия, выполненные в роторе 4 и в цилиндре 5 (это не показано, т.к. несущественно, позицией 21 условно показаны провода). Контакты 19 выполнены по аналогии с существующими в ДВС (известным) контактами-прерывателями, к тому же они оснащены приводом их поворота на втулке 2, выполненным, к примеру, в виде зубьев, нарезанных на отверстии этих контактов и находящихся в зацеплении с шестеренчатым валиком, установленным во втулке 2 и соединенными, к примеру, с рукояткой управления при помощи гибкого валика, - это все на фигурах не показано, т.к. такие передачи известны и легко конструктивно осуществимы.

По второму подварианту принудительного "открывания" цилиндров для впуска отработанных газов устройство выполнено следующим образом (фиг.2). Гильза 7, установленная своим поперечным пазом через подшипниковый вкладыш 22 (фиг. 1) на валу 8, имеет возможность передвигаться в кольцевом зазоре, образованном между цилиндром крышки 16 (фиг.2) и гильзой 6. На гильзе 7 выполнены выпускные окна 23, которые сообщаются в момент выпуска отработанных газов с кольцевой канавкой 24, выполненной в цилиндре 5, которая в свою очередь сообщается с выпускным каналом 25. Канал 25 сообщается с патрубком 26 выхлопной трубы.

Работа ДВС и управление выпуском отработанных газов по первому варианту осуществляются следующим образом.

Работа механической части. При вращении в одну сторону ротора 4 (цилиндра 5) и коленвала 8, причем коленвал 8 вращается со скоростью, в два раза большей скорости вращения ротора 4, поршни 13 совершают возвратно-поступательное движение. Гильза (золотник) 7 будет совершать тоже возвратно-поступательное движение относительно гильзы 6 синхронно (и в одну и ту же сторону) поршням 13, но она совершает движение со скоростью, в два раза меньшей, чем поршни 13 относительно гильзы 6, т.к. гильза 7 проходит расстояние, в два раза меньшее чем поршни 13. Но гильза 7 (вкладыш 22) вокруг вала 8 совершает не только вращение, но и возвратно-поступательное относительное движение.

Впуск рабочей смеси осуществляется при открытии поршнем 13 впускных окон (верхняя часть на фиг.1). Выпуск же отработанных газов осуществляется принудительно регулируемо (к примеру, непосредственно из кабины транспортного средства). Сначала поворотом контактов-прерывателей 19 устанавливают ранний выпуск отработанных газов (клапан 17 втягивается катушкой 18, сжимая пружину). Затем контакт 10 поворачивают до набора ДВС максимальной мощности, контролируя состав выхлопных газов, чтобы в них не присутствовали несгоревшие (вновь впускаемые в цилиндр) частицы топливной смеси, и в этом положении контакт 19 оставляют.

По второму подварианту гильза 7 (фиг.2), опускаясь, "открывает" свои выпускные окна 23, они опускаются ниже цилиндра крышки 16, и отработанные газы устремляются через эти окна в кольцевую канавку 24, а затем через канал 25 в патрубок 26 выхлопной трубы.

Технико-экономический эффект будет складываться от снижения потерь в поршневой машине.

Использование: при проектировании и изготовлении ДВС. Сущность изобретения: машина содержит ротор, который установлен с возможностью вращения на втулках. Втулки закреплены на корпусе машины. На роторе жестко закреплены цилиндры. В цилиндрах установлены поршни, на которых жестко закреплены штоки. Штоки через подшипник установлены на кривошипной шейке коленвала. В цилиндрах имеются две гильзы, одна из которых стационарная, а другая - подвижная. Подвижная гильза в середине имеет поперечный паз, в котором установлены подшипниковые продольные вкладыши. Вкладыши обхватывают коленвал. Коленвал установлен во втулках со смещением S/4 и кинематически связан с ротором с i = 1/2 . Если машина выполнена в варианте ДВС, то она может иметь два механизма принудительного освобождения цилиндров от отработанных газов. В первом механизме клапаны управляются электромагнитами, которые электрообеспечиваются от колец-прерывателей. Причем положение выхлопа может регулироваться непосредственно из кабины транспортного средства. Во втором варианте выпускные окна выполнены на подвижной гильзе. При работе машины подвижная гильза движется синхронно поршням, но со скоростью, в два раза меньшей. Технико-экономический эффект получается от улучшения компактности машины, повышения стойкости поршневой группы и улучшения газообмена в ДВС. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. ПОРШНЕВАЯ МАШИНА, содержащая корпус, по меньшей мере один рабочий цилиндр с головкой, два поршня, соединенных между собой при помощи штока и установленных в цилиндре с образованием двух камер переменного объема, золотник системы газораспределения с выполненными в нем перепускными отверстиями, расположенный в цилиндре соосно с последним между его стенками и боковыми поверхностями поршней, систему выпуска отработавших газов и бесшатунный механизм преобразования движения поршней во вращение выходного вала, выполненный в виде коленчатого вала с кривошипной и эксцентриковой шейками, установленного в коренных опорах корпуса, причем в золотнике выполнены поперечные вырезы, в которых установлены эксцентриковые шейки, а кривошипная шейка связана со штоком, отличающаяся тем, что, с целью снижения механических потерь, коренные опоры выполнены в виде втулок с эксцентрично расположенными относительно их продольной оси отверстиями, эксцентриковые шейки свободно установлены в последних, кривошипная шейка установлена в отверстии штока, на конце по меньшей мере одной эксцентриковой шейки закреплена синхронизирующая шестерня, зацепленная с зубчатым венцом, расположенным соосно с втулками коренных опор, и жестко связана с цилиндром, а выходной вал соединен с последним. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что золотник выполнен в виде гильзы. 3. Машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что перепускные каналы выполнены с возможностью их открытия боковой поверхностью поршня при его положении в районе нижней мертвой точки. 4. Машина по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что система выпуска выполнена в виде установленных в выпускном канале головки клапанов с электрическим управлением, связанных с электрическим распределителем, расположенным на выходном валу. 5. Машина по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что система выпуска выполнена в виде выпускных окон в золотнике, расположенных с возможностью их совмещения с выпускным каналом при положении поршня в районе нижней мертвой точки. 6. Машина по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что во втулках коренных опор выполнены сквозные каналы, один из которых сообщен с перепускными отверстиями, а другой - с выпускными окнами.