ПОРШНЕВАЯ МАШИНА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1995 года по МПК F01B7/00 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, конкретнее к поршневым машинам двойного действия (двигателям внутреннего сгорания, компрессорам, насосам), полости рабочих цилиндров которых разделены на две камеры: предпоршневую и подпоршневую, причем в обеих камерах совершаются рабочие процессы со сжатием и расширением рабочего тела.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, разделенный поршнем на две рабочие камеры: предпоршневую, в которой совершается основной рабочий процесс, и подпоршневую, используемую в качестве наддувочного насоса с впускными и выпускными клапанами. К поршню неподвижно крепится шток круглого сечения, который пропущен через полость подпоршневой камеры и через отверстие с сальником в крышке цилиндра выведен наружу, соединен с крейцкопфом, который посредством шатуна связан с коленчатым валом двигателя.

Недостатком двигателя являются сложность конструкции, большие габариты и масса, обусловленные наличием дополнительных узлов крейцкопфа с направляющими.

Целью изобретения является упрощение конструкции, улучшение массогабаритных характеристик.

Цель достигается устранением из конструкции крейцкопфного механизма, путем шарнирного соединения штока с поршнем, размещением уплотнения штока в шайбе, установленной в крышке цилиндра с возможностью поперечного перемещения, а также исполнением шайбы за одно целое с тарелкой впускного клапана.

На фиг. 1 изображена цилиндропоршневая группа поршневой машины в осевом разрезе; на фиг. 2 показан вариант с шайбой-клапаном; на фиг. 3 вариант уплотнения штока.

Поршневая машина (фиг. 1) содержит цилиндр 1 с ребрами 2 и крышками 3, в котором оппозитно расположены два поршня 4 (второй поршень на фигуре не показан) с уплотнениями 5. Два поршня делят рабочую полость цилиндра на три части: предпоршневую камеру 6 с топливной форсункой 7 и две подпоршневые камеры 8, в которых расположены штоки 9, шарнирно соединенные с поршнями, например, посредством наконечника 10, опертого с возможностью качения на выпуклую закаленную опору 11 и поджатого резьбовой втулкой 12, ввернутой в стакан 13, который посредством резьбового соединения и уплотнения 14 соединен с юбкой поршня. Полость поршня частично заполнена маслом 15 для выравнивания температурных градиентов. Возможны другие конструкции шарнирного соединения, например с цилиндрическим пальцем, с шаровой опорой. Штоки посредством кольцевых уплотнений 16 сопряжены с шайбами 17, которые с возможностью радиального (поперечного штоку) перемещения установлены в гнездах 18 крышек 3 и поджаты кольцами 19 с другой стороны. Для реализации возможности радиального перемещения шток и шайба относительно отверстий в крышке установлены с радиальными зазорами, превышающими амплитуду (размах) качания штока в шарнире в процессе работы. Опорные поверхности между шайбами 17, гнездами 18 крышек и кольцами 19 могут быть выполнены плоскими (при малых углах качания штока), вогнутыми с радиусом R (цилиндрическими при качании штока в одной плоскости, сферическими в общем случае). В крышке вокруг штока выполнены равномерно расположенные по окружности впускные отверстия 20 и кольцевые впускные клапаны 21 с упругими элементами в виде пластинчатых волнообразных в окружном направлении кольцевых пружин 22, опертых на шайбы 23, закрепленные на крышке винтами 24 с распорными втулками 25. На конце цилиндра 1 выполнены радиальные выпускные отверстия 26 и кольцевая проточка 27, а которой установлены выпускные клапаны 28 в виде упругих тонкостенных разрезных колец, фиксированных от проворота, например, штифтами в области замка (разреза). Снаружи цилиндр закрыт кожухом 29 ресивера, полость которого сообщена с отверстиями 26 и впускными окнами 30 прямоточно-щелевой продувки.

Возможны варианты исполнения машины. В частности, шайбы могут быть выполнены из двух половин 31 со сферическим гнездом, в котором размещен сферический вкладыш 32 с уплотнениями 33 (фиг. 3).

Относительно простой вариант изображен на фиг. 2. Он характеризуется исполнением уплотнения, шайбы и клапана в виде одной детали 34 с диском и конусной втулкой, внутренняя конусность которой больше угла качания штока. Клапан 34 имеет проушины 35, которые тягами-петлями 36 соединены с пластинчатыми пружинами 37. Ход клапана ограничен упорами в виде радиальных пластин 38, закрепленных вместе с пружинами винтами 39. Возможно ограничение хода клапана посредством шайб и волнообразных пластин, изображенных на фиг. 1. Клапан 34 изготовлен из достаточно упругого и податливого материала, допускающего, в частности, овализацию его отверстия при качании штока (капролон, углепластик, твердая бронза и др.).

Действует машина следующим образом.

При движении поршня из положения на фиг. 1 к форсунке 7 (к ВМТ) в камере 8 возникает разрежение. Перепад давления открывает клапан 21, воздух заполняет подпоршневую камеру 8. При обратном ходе поршня клапан 21 пружиной 22 и давлением сжимаемого воздуха закрывается, воздух через обратный выпускной клапан 28 вытесняется в полость ресивера, сжимается до давления порядка 1,4.1,6 бар и в фазе продувки через окна 30 и выпускные окна, открываемые вторым поршнем, осуществляется прямоточно-щелевая продувка. Затем следуют процессы сжатия, впрыска топлива через форсунку 7, сгорания и расширения в предпоршневой камере 6.

В процессе работы двигателя шток 9, связанный с коромыслом, качается в пределах примерно 3^о, при этом наконечник 10 перекатывается с минимальными потерями на трение по выпуклой поверхности опоры 11, вместе со штоком колеблется в поперечном направлении шайба 17 с уплотнением 16, при этом шайба давлением сжимаемого воздуха поджата к сопряженной поверхности крышки 3 с радиусом R и обеспечивает достаточную герметичность камеры 8.

Узлы, изображенные на фиг. 3 и 2, действуют аналогично. Клапан 34 в процессе наполнения подпоршневой полости давлением воздуха и силой трения между штоками и уплотнительной манжетой клапана смещается влево до упора петель 36 в пластины 38, при нагнетании клапан закрывается пружинами 37.

Изобретение позволяет исключить из конструкции машины ряд узлов: крейцкопф с направляющими и поддерживающими их корпусными деталями, шатун и другие детали, что позволяет значительно упростить конструкцию, уменьшить габариты, в первую очередь длину, и массу машины, т.е. снизить ее себестоимость и улучшить технические характеристики.

Использование: в машиностроении при проектировании поршневых машин, насосов и двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: машина содержит цилиндр, разделенный поршнем на предпоршневую и подпоршневую полости, через которые и крышку цилиндра пропущен шток,шарнирно соединенный с поршнем и сопряженный посредством уплотнения с шайбой, подвижно установленной в гнезде крышки. Машина обеспечивает двойное действие без применения крейцкопфа с направляющими, что упрощает конструкцию, уменьшает габариты и массу. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ПОРШНЕВАЯ МАШИНА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащая по меньшей мере один рабочий цилиндр с крышкой, впускным и выпускным клапанами и с предпоршневой и подпоршневой полостями и поршень со штоком, пропущенным через подпоршневую полость, причем в крышке цилиндра выполнено отверстие с уплотнением, отличающаяся тем, что шток шарнирно соединен с поршнем, уплотнение штока размещено в шайбе, установленной в гнезде крышки с возможностью поперечного перемещения. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что опорные поверхности сопряжения шайбы и крышки выполнены плоскими. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что сопряженные с шайбой поверхности крышки выполнены сферическими. 4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что сопряженные с шайбой поверхности крышки выполнены цилиндрическими. 5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что впускной клапан установлен вокруг шайбы на крышке. 6. Машина по пп. 1 и 5, отличающаяся тем, что шайба и тарелка клапана выполненаны за одно целое и снабжены упорами с возможностью продольного перемещения на штоке относительно крышки. 7. Машина по пп.1 и 5, отличающаяся тем, что клапан выполнен в виде плоского кольца с упругим элементом в виде волнообразной в окружном направлении пластинчатой пружины. 8. Машина по п.1, отличающаяся тем, что в шайбе выполнено сферическое гнездо, в котором подвижно установлен сферический вкладыш с уплотнением штока.