ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F02B75/26 F01B3/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС).

Известен поршневой двигатель, содержащий размещенные в корпусе и расположенные параллельно оси вала поршни с шатунами, подвижную шайбу, соединенную а шатунами при помощи шаровых опор, и косую шайбу.

Корпусом, имеющим круглую цилиндрическую поверхность, и валом образованы несколько полостей некруглой цилиндрической формы, в которых размещены поршни с шатунами.

Подвижная шайба оперта на неподвижную косую шайбу и шарнирно соединена с валом, имеющим две параллельные оси вала плоскости, при помощи шаровых или цилиндрических сегментов, зафиксированных в подвижной шайбе и опертых на указанные плоскости (см. патент РФ N 2008477, кл. F 02 B 75/32, 75/26, опублик. 28.02.94).

Недостатком двигателя является наличие значительного количества подвижных соединений в механизме преобразования (поступательного движения поршней во вращательное движение вала), что приводит к уменьшению механического КПД двигателя и усложняет его конструкцию.

Известен аксиальный поршневой двигатель (машина), содержащий корпус круглой цилиндрической формы, размещенный в нем вал с закрепленным на нем блоком цилиндром (барабаном) и поршнями, косую неподвижную шайбу и контактирующие с ней ползуны (башмаки).

Количество ползунов равно количеству цилиндров, и каждый ползун шарнирно соединен с поршнем (см. патент ФРГ N 3503437, кл. F 01 B 3/00, опублик. 14.08.86).

Недостатком двигателя является наличие изгибающего момента на поршне, который возникает от горизонтальной составляющей усилие на поршне. Это приводит к неравномерному нагружению контактных поверхностей цилиндра и поршня и, как следствие, к ускоренному износу этих элементов и уменьшению механического КПД двигателя.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: повышение механического КПД и увеличение ресурса двигателя.

Задача достигается тем, что в известном поршневом двигателе, содержащем корпус круглой цилиндрической формы, рабочие полости, поршни, размещенные в рабочих полостях, косую шайбу с наклонной рабочей поверхностью, вал, установленный на подшипниках внутри корпуса и в косой шайбе, и ползуны, число которых равно числу поршней, причем, ползуны размещены с возможностью взаимодействия с косой шайбой и через шарнирные соединения кинематически связаны с поршнями, на наклонной поверхности выполнена кольцевая канавка ползуны размещены в последней, кинематическая связь поршней с ползунами выполнена в виде шатунов, шарнирные соединения которых с ползунами выполнены с одной степенью свободы в виде цилиндрических цапф шатунов, размещенных в цилиндрических поверхностях ползунов.

Рабочие полости выполнены некруглой цилиндрической формы, образованными проточками на валу и корпусом.

Ось цапфа шатуна расположена параллельно плоскости канавки и перпендикулярно ее радиусу.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого двигателя; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 сечение Г-Г на фиг. 3; на фиг. 5 сечение Д-Д на фиг.3; на фиг. 6 схема действия сил в шатунно-поршневой группе двигателя (такт расширения).

Двигатель содержит корпус 1 (фиг.1), к торцам которого прикреплены головка 2 и крышка 3. Внутренняя поверхность корпуса 1 имеет круглую цилиндрическую форму. Внутри корпуса размещен вал 4, опирающийся на подшипник 5 в головке 2 и подшипник 6 в косой шайбе 7.

Вал 4, выполненный на участке 8 с несколькими радиусными проточками 9 (фиг. 2), например, с четырьмя, образует с корпусом 1 четыре полости, в которых размещены поршни 10 с шатунами 11. Каждый шатун 10 при помощи цилиндрической цапфы 12 (фиг. 3, 4) соединен с ползуном 13.

Все ползуны 13 размещены в кольцевой канавке 14, выполненной на наклонной поверхности косой шайбы 7 с одинаковым заглублением по всему периметру.

Цапфа 12 шатуна крепится к ползуну 13 при помощи хомутов 15; ползуны удерживаются в канавке накладками 16 и 17 (фиг.5).

При работе двигателя в нем происходит следующее взаимодействие составных частей.

При рабочем ходе (такте расширения) в одной из полостей поршень 10 под действием силы давления газов F₁ (фиг.6) перемещается вдоль оси двигателя. Шатун 11 в это время принимает наклонное положение относительно оси двигателя (фиг.4,6).

Силу F₁ при этом можно разложить на две составляющие:F₂ и F₃. Сила F₃ действует через цапфу 12 и ползун 13 на поверхность канавки косой шайбы 7.

Сила F₂, действуя на вал 4 перпендикулярно оси двигателя и будучи приложена к нему на некотором расстоянии от оси двигателя, создает крутящий момент на валу, заставляя его вращаться в подшипниках 5 и 6.

Кроме того, сила F₂ создает равномерное удельное давление на стенку цилиндра со стороны поршня, обеспечивая тем самым равномерный износ этих деталей во время работы двигателя.

По мере вращения вала вся шатунно-поршневая группа (поршень, шатун, ползун), вращаясь вместе с валом, совершает осевое перемещение между НМТ и ВМТ.

От силы инерции в ВМТ цапфа 12 шатуна крепится к ползуну 12 хомутами 15, все ползуны удерживаются в канавке 14 накладками 16 и 17.

При вращении вала шатун 11 совершает небольшое угловое качание относительно оси цапфы ввиду изменения расстояния от оси цапфы до оси вала, т.е. реализуется одна степень свободы этого шарнирного соединения.

Таким образом, применение в двигателе механизма преобразования поступательного движения во вращательное, содержащего шатуны с цапфами, связанными с ползунами, которые зафиксированы в кольцевой канавке косой шайбы, позволяет путем исключения изгибающего момента на поршне и обеспечения равномерного удельного давления на стенке цилиндра увеличить механический КПД и ресурс двигателя.

Использование: поршневые двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: поршневой двигатель содержит корпус 1 круглой цилиндрической формы, образующий с валом 4 несколько полостей некруглой цилиндрической формы, в которых размещены поршни 10 с шатунами 11, косую шайбу 7, подвижную шайбу. Подвижная шайба выполнена в виде нескольких, по числу поршней, ползунов 13, которые размещены в кольцевой канавке 14 круглой формы, выполненной на наклонной поверхности косой шайбы. Каждый ползун соединен с шатуном 11 при помощи шарнирного соединения с одной степенью свободы, например, в виде цилиндрической цапфы 12 шатуна, контактирующей с цилиндрической поверхностью ползуна 13. Ось цапфы шатуна выполнена параллельной плоскости кольцевой канавки 14 и перпендикулярно ее радиусу. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Поршневой двигатель, содержащий корпус круглой цилиндрической формы, рабочие полости, поршни, размещенные в рабочих полостях, косую шайбу с наклонной рабочей поверхностью, вал, установленный на подшипниках внутри корпуса и в косой шайбе, и ползуны, число которых равно числу поршней, причем ползуны размещены с возможностью взаимодействия с косой шайбой и через шарнирные соединения кинематически связаны с поршнями, отличающийся тем, что на наклонной поверхности выполнена кольцевая канавка, ползуны размещены в последней, кинематическая связь поршней с ползунами выполнена в виде шатунов, шарнирные соединения которых с ползунами выполнены с одной степенью свободы в виде цилиндрических цапф шатунов, размещенных в цилиндрических поверхностях ползунов, причем рабочие полости выполнены некруглой цилиндрической формы, образованные проточками на валу и корпусом. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что ось цапфы шатуна расположена параллельно плоскости канавки и перпендикулярно ее радиусу.