ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 1994 года по МПК F02B75/06 

Изобретение относится к поршневым машинам и может быть использовано при проектировании и изготовлении компрессоров, насосов, пневмо(гидро)двигателей, ДВС.

Известна [1] поршневая машина, содержащая корпус, выходной вал, установленный на последнем с возможностью вращения блок цилиндров, ротор, установленный с возможностью вращения относительно корпуса на оси, поршни, размещенные в цилиндрах блока с образованием камер переменного объема и связанные с ротором, и механизм синхронизации движения ротора и блока, причем выходной вал установлен в корпусе эксцентрично относительно оси вращения ротора. Однако данная поршневая машина неэффективна из-за трудности в балансировке вращающихся частей.

Цель изобретения - повышение эффективности.

Это достигается тем, что в поршневой машине, содержащей корпус, выходной вал, установленный на последнем с возможностью вращения блок цилиндров, ротор, установленный с возможностью вращения относительно корпуса на оси, поршни, размещенные в цилиндрах блока с образованием камер переменного объема и связанные с ротором, и механизм синхронизации движения ротора и блока, причем выходной вал установлен в корпусе эксцентрично относительно оси вращения ротора, выходной вал выполнен в виде кривошипа с шейкой и радиусом, равным расстоянию между осями вращения выходного вала и ротора, блок выполнен в виде пары цилиндров, жестко связанных между собой, установленных на шейке кривошипа и расположенных симметрично относительно оси последней, каждый поршень размещен в цилиндре с образованием двух камер переменного объема и жестко связан с ротором при помощи штоков, расположенных с двух сторон поршня соосно с цилиндром, а механизм синхронизации выполнен в виде закрепленного на конце вала зубчатого колеса и зацепленной с ним коронной шестерни внутреннего зацепления, установленной жестко на роторе коаксиально с последним.

Благодаря этому пары цилиндров могут быть надежно отбалансированы, что повышает эффективность машины.

На фиг. 1 показана кинематическая схема машины; на фиг.2 - эта схема в другой (профильной) проекции, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - пример выполнения блока цилиндров; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 схематично показана работа в ДВС цилиндропоршневой группы; на фиг.6 схематично показано выполнение тактов в ДВС.

Поршневая машина содержит (фиг.1) корпус 1, на котором слева жестко закреплена ось 2. На оси 2 жестко закреплена шайба 3. Справа на корпусе 1 жестко закреплена шайба 4. Ось 2 соосна шайбе 4, их центральная ось О₁. На оси 2 и шайбе 4, на подшипниках установлен ротор 5. В шайбах 3 и 4 в подшипниках установлен коленвал 6 с двумя коленами (шейками кривошипа) 7 и 8. Эти колена развернуты относительно друг друга на 180^o, а при n коленах угол разворота их относительно друг друга будет 360/n.

О₂ - центральная ось коленвала.

О₃ - центральная ось шейки кривошипа 8, а центральная ось шейки кривошипа 7 совпадает с О₁, т.е. центральные оси коленвалов при вращении коленвала проходят через ось О₁.

На фиг. 1 показан R - радиус кривошипа. На колене 7 установлен на подшипниках блок цилиндров, состоящий из двух параллельно расположенных цилиндров 9 и 10, блок цилиндров уравновешен противовесами 11. На колене 8 установлен на подшипниках второй блок цилиндров, состоящий из параллельно расположенных двух цилиндров 12 и 13 (фиг.2), который уравновешен противовесами 14. Коленвал 6 кинематически связан с ротором 5 при помощи шестерни 15, жестко закрепленной на коленвале, и шестерни 16 внутреннего зацепления, которая жестко закреплена на роторе 5. Причем i = = . Конечно эти шестерни, также как и все подшипники закрыты кожухами, и они хорошо смазываются, что не показано, т.к. несущественно и легко конструктивно осуществимо. Для жесткости коленвала между его коленами на подшипнике установлена третья шайба 17, на которой на подшипниках установлена перемычка 18, жестко закрепленная на роторе 5.

В каждом цилиндре установлены поршни 19, жестко закрепленные на штангах 20. Штанги 20 своими окончаниями 21 и 22 жестко закреплены на роторе 5. Или может быть другой подвариант, когда ротор 5 выполняется из двух боковых дисков, а эти диски связаны между собой другими штангами, а штанги 20 жестко закреплены на этих штангах. Штанги 20 закреплены на роторе в предварительно растянутом состоянии, что желательно сделать для увеличения их жесткости.

Каждый блок цилиндров включает в себя две гильзы 23, жестко закрепленные в обойме 24, состоящей из двух одинаковых частей (фиг.3,4). Эти части обоймы 24 закрыты двумя крышками 25, которые стянуты болтами. На обойме 24 и на крышках 25 выполнены охлаждающие ребра. В обойме 24 выполнено отверстие 26, в которое вставлены подшипники, установленные на шейке кривошипа коленвала. Каждый блок цилиндров (с закрепленными на нем деталями: свечами и т. д. ) динамически отбалансирован (без поршней и штанг) относительно центральной оси шейки кривошипа коленвала, а каждый блок вместе с коленами динамически отбалансирован противовесами относительно центральной оси коленвала.

Как видно из фиг.3,4, каждый блок цилиндров выполнен круглой формы, что улучшает обтекаемость его воздухом и улучшает его балансировку, а такое выполнение двух цилиндров в блоке само собой увеличивает величину S/D, где S - ход поршня; D - диаметр поршня. Конечно блок может быть выполнен и прямоугольной формы, и эллипсной, и т.д.

На фигурах не показана система газораспределения, т.к. в этом нет необходимости, потому что подача рабочей смеси и отвод отбракованных газов давно известны - или через полый коленвал, или через полые штанги 20.

Подвариантом выполнения машины может быть крепление на каждой шейке кривошипа только одного цилиндра, тогда эти кривошипы должны быть кинематически связаны между собой.

Поршневая машина, к примеру, в варианте ДВС работает следующим образом. На фиг.5 показана работа цилиндров 12, 13
а) колено 8 находится внизу;
б) коленвал повернулся на 90^o по часовой стрелке, а ротор 5 повернулся на 45^oi = = тоже по часовой стрелке;
б₁) коленвал повернулся на 180^o, а ротор - на 90^o;
в) коленвал повернулся на 270^o, а ротор - на 135^o;
г) коленвал повернулся на 360^o, а ротор - на 180^o;
д) коленвал повернулся на 450^o, а ротор - на 225^o;
а) коленвал повернулся на 540^o, а ротор - на 270^o;
ж) коленвал повернулся на 630^o, а ротор - на 315^o.

Затем коленвал от первоначального момента (позиция а) сделает два оборота, а ротор сделает один оборот.

Как видно из этого, при равномерном вращении ротора коленвал тоже будет вращаться в ту же сторону тоже равномерно, но со скоростью, в два раза большей, чем ротор. При этом в абсолютном движении нет никакого возвратно-поступательного движения поршней (цилиндров), а есть только одни вращательные движения, а т.к. все центры масс уравновешены, то и инерционные силы будут отсутствовать. Из фиг.5 видно, что радиус кривошипа R коленвала равен S/4, где S - ход поршня (цилиндра).

Технико-экономический эффект получается за счет повышения механического КПД машины.

Использование: изготовление компрессоров, насосов, пневмо (гидро) двигателей. Сущность изобретения: поршневая машина содержит ротор, внутри которого со смещением от центра ротора установлен коленвал. Это смещение равно радиусу кривошипа. Ротор и коленвал кинематически связаны между собой так, что за один оборот ротора коленвал делает два оборота. На каждом колене коленвала установлены с возможностью вращения по два параллельно расположенных между собой цилиндра. Поршни закреплены на штоках, которые закреплены на роторе. Такое выполнение поршневой машины позволяет значительно увеличить отношение S/D, где S - ход поршня; D - диаметр поршня. Технико-экономический эффект будет получаться за счет увеличения механического КПД машины. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. ПОРШНЕВАЯ МАШИНА, содержащая корпус, выходной вал, установленный на последнем с возможностью вращения блок цилиндров, ротор, установленный с возможностью вращения относительно корпуса на оси, поршни, размещенные в цилиндрах блока с образованием камер переменного объема и связанные с ротором, и механизм синхронизации движения ротора и блока, причем выходной вал установлен в корпусе эксцентрично относительно оси вращения ротора, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, выходной вал выполнен в виде кривошипа с шейкой и радиусом, равным расстоянию между осями вращения выходного вала и ротора, блок выполнен в виде пары цилиндров, жестко связанных между собой, установленных на шейке кривошипа и расположенных симметрично относительно оси последней, каждый поршень размещен в цилиндре с образованием двух камер переменного объема и жестко связан с ротором при помощи штоков, расположенных с двух сторон поршня соосно с цилиндром, а механизм синхронизации выполнен в виде закрепленного на конце вала зубчатого колеса и зацепленной с ним коронной шестерни внутреннего зацепления, установленной жестко на роторе коаксиально с последним. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что конец выходного вала со стороны крепления синхронизирующего зубчатого колеса расположен свободно в отверстии поводка, установленного в корпусе с возможностью вращения относительно оси вращения ротора.