МАШИНА Российский патент 1999 года по МПК F01C1/44 F02B53/00 F04C2/44 F04C18/44 F01C11/00 

Машина может использоваться как двигатель внутреннего сгорания, как компрессор, как насос для перекачки жидкостей, как пневматический двигатель для машин, приборов и инструментов, а также как двигатель и насос одновременно.

Надежность машины позволит использовать ее в качестве двигателя для создания роботов и машин, работающих в необычных условиях, например под водой, в загазованных туннелях, шахтах и других местах, при ликвидации аварий, в космосе.

При изготовлении деталей из синтетических материалов, пластмасс, резины, керамики и сплавов, стойких к воздействию кислот и щелочей, возможно применять машину для работы в агрессивных средах.

Простота конструкции и технологичность создают условия для массового серийного производства машины, в связи с чем наиболее перспективной областью ее применения является производство двигателей для автомобилей, катеров, мотоциклов, спортивных самолетов и моделей.

Известна машина /GB, патент 1110161, кл. F 01 C 11/00, 1968 г./, содержащая корпус, ось, на которой последовательно установлены рабочие органы, связанные с валом и снабженные поршнями, сопряженными с внутренней поверхностью корпуса, при этом рабочие камеры образованы рабочими органами с поршнями и осью и дополнительно образованы рабочими органами с поршнями и внутренней поверхностью корпуса, механизм распределения рабочего тела и элементы уплотнения.

Задачей является упрощение конструкции, увеличение надежности, снижение коэффициента трения.

Технический результат достигается за счет того, что машина содержит корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, ось, на которой последовательно установлено четное количество, по меньшей мере два рабочих органа, связанных с валом. Рабочие органы машины снабжены поршнями, шарнирно связанными с ними, имеющими форму усеченного сегмента, размещенными диаметрально с возможностью качения и сопряженными с внутренней поверхностью корпуса. Рабочие камеры машины образованы рабочими органами с поршнями и осью и дополнительно образованы рабочими органами с поршнями и внутренней поверхностью корпуса. Машина содержит механизм распределения рабочего тела, выполненный в виде каналов в теле оси, в стенках подвижного кольца, установленного на ось, привод которого осуществляется с помощью зубчатых колес от вала машины, и в стенках корпуса. Машина содержит элементы уплотнения рабочих камер, установленные в стенках поршней и рабочих органов.

На фиг. 1-4 последовательно показан рабочий цикл/впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск/машины, работающий как ДВС и имеющий цилиндрическую форму корпуса.

На фиг.5 показано последовательное размещение на оси двух рабочих органов с корпусами цилиндрической формы.

На фиг. 6-19 показаны частные случаи конструкции машины:
- на фиг. 6 изображено поперечное сечение машины с овальной внутренней поверхностью корпуса;
- на фиг. 7 изображено продольное сечение машины с овальной внутренней поверхностью корпуса;
- на фиг.8 - поршни рабочего органа, находящиеся в нижней мертвой точке;
- на фиг. 9 - поршни рабочего органа, находящиеся в верхней мертвой точке.

На фиг. 10 - начало рабочего цикла машины /работающей в качестве ДВС/, впуск рабочей смеси.

На фиг. 11 - сжатие рабочей смеси.

На фиг. 12 - рабочий ход/воспламенение и сгорание рабочей смеси/.

На фиг. 13 - выпуск.

На фиг. 14 и 15 показан рабочий орган с установленными в нем лопатками.

На фиг. 16 - машина с расположенными на одной оси двумя рабочими органами и корпусами, повернутыми относительно друг друга на 90^o.

На фиг. 17 - машина с рабочими органами, имеющими по четыре поршня.

На фиг. 18 и 19 - рабочий орган с поршнями, имеющими форму тороида /части тороида/.

Машина содержит корпус 1 с внутренней цилиндрической поверхностью, неподвижную ось 4, на которой последовательно установлено четное количество, по меньшей мере два рабочих органа 2, связанных с валом 5. Рабочие органы машины снабжены поршнями 3, шарнирно связанными с ними и имеющими форму усеченного сегмента. В случае применения машины в качестве ДВС каждый рабочий орган имеет один поршень, но т.к. машина имеет четное число рабочих органов, поршень каждого рабочего органа относительно поршня другого рабочего органа размещен диаметрально /для уравновешивания инерционных нагрузок, возникающих при работе машины/. Рабочие органы размещены с возможностью качения и сопряжены с внутренней поверхностью корпуса. На ось устанавливается кольцо 8 с окном для распределения рабочей смеси /рабочего тела/. Кольцо не связано с корпусом и рабочим органом и вращается в два раза медленнее рабочего органа. Привод кольца осуществляется с помощью зубчатых колес от вала машины. В случае применения машины с цилиндрическим корпусом не в качестве ДВС, а, например, в качестве компрессора и пневмодвигателя или как пневмодвигатель и насос одновременно, установка кольца на ось не требуется и в этом случае каждый рабочий орган может содержать два /и более/ диаметрально расположенных поршня, а окно впускного канала делается больших размеров для более полного наполнения рабочей камеры.

Машина содержит две торцевые крышки 6,7. Ось соединена с корпусом с помощью торцевой крышки 7. Внутри оси выполнены впускной и выпускной каналы. Рабочие камеры машины образованы рабочими органами с поршнями и осью и дополнительно образованы рабочими органами с поршнями и внутренней поверхностью корпуса.

Для снижения потерь на трение в вершинах поршней и в стенках поршней, скользящих по стенкам рабочего органа /при качении/ могут быть установлены ролики на подшипниках, вкладышах или втулках. Элементы уплотнения установлены в стенках поршней и рабочего органа. Для воспламенения рабочей смеси /при использовании машины в качестве ДВС/ свечи /или форсунки/ могут быть установлены внутри оси или в торцовых крышках. Поскольку детали машины не имеют сложной формы /конфигурации/, то для их изготовления не требуется специального оборудования, для обработки поверхностей деталей могут применяться обычные токарные, расточные, шлифовальные и другие станки.

Смазка трущихся поверхностей машины осуществляется по каналам, выполненным в корпусах деталей. Для эффективного охлаждения корпус машины может выполняться с жидкостной рубашкой охлаждения.

В частных случаях, представленных на фиг.6-19, внутренняя поверхность корпуса может иметь овальную форму /форму двух сопряженных цилиндров/, и корпус может быть изготовлен из цилиндра, разрезанного на две части, которые соединены между собой посредством вставки /фиг.6-19/. Поршни могут иметь форму тороида / части тороида/ /фиг.18,19/ или тарельчатую форму, в теле рабочего органа между поршнями могут быть установлены лопатки (фиг. 14, 15). На оси может быть установлено два рабочих органа с корпусами, повернутыми относительно друг друга на 90^o /фиг.16, 17/, три рабочих органа, последовательно размещенных на оси и повернутых относительно друг друга на 60 , четыре и более рабочих органа. Для обеспечения постоянного сопряжения поршней с внутренней поверхностью корпуса последние могут быть подпружинены или установлены на торсионных осях.

Работа машины осуществляется следующим образом. Качающиеся поршни при вращении рабочего органа образуют рабочие камеры, в которых происходят рабочие процессы.

В камерах, образованных осью и рабочим органом с поршнями, за два оборота рабочего органа /в случае, если внутренняя поверхность выполнена цилиндрической/ происходит четырехтактный цикл, а именно впуск и сжатие рабочей смеси, рабочий ход и выпуск выхлопных газов. В случае, если внутренняя поверхность выполнена овальной, указанный цикл происходит за один оборот рабочего органа. Рабочие камеры, образованные рабочим органом с поршнями и внутренней поверхностью корпуса, используются для нагнетания воздуха, газа, рабочей смеси в камеры под поршнем, при этом в них улучшается наполнение смесью и охлаждаются поршни, рабочий орган и корпус. Рабочие камеры между рабочим органом с поршнем и внутренней поверхностью корпуса могут использоваться для перекачки жидкостей и газов, в этом случае машина может работать как двигатель и насос одновременно. При использовании машины в качестве пневмодвигателя и насоса одновременно ось имеет два впускных и два выпускных канала.

При работе машины в режиме компрессора в рабочих камерах под поршнем происходит впуск, сжатие, выпуск, при этом привод рабочего органа осуществляется посредством вала, соединенного с ним.

Машина может использоваться как двигатель внутреннего сгорания, как компрессор, как насос и как двигатель и насос одновременно на транспорте и в роботостроении. В цилиндрическом корпусе /1/ на оси /4/ установлено четное количество, по меньшей мере два рабочих органа /2/, связанных с валом. Рабочие органы снабжены поршнями /3/, имеющими форму усеченного сегмента. Рабочие камеры образованы рабочими органами с поршнями и осью и дополнительно образованы рабочими органами с поршнями и внутренней поверхностью корпуса. На оси устанавливается кольцо /8/. Конструкция проста в изготовлении и надежна. 4 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Машина, содержащая корпус, ось, на которой последовательно установлены рабочие органы, связанные с валом и снабженные поршнями, сопряженными с внутренней поверхностью корпуса, при этом рабочие камеры образованы рабочими органами с поршнями и осью и дополнительно образованы рабочими органами с поршнями и внутренней поверхностью корпуса, механизм распределения рабочего тела и элементы уплотнения, отличающаяся тем, что она содержит четное количество, по меньшей мере, два рабочих органа, поршни имеют форму усеченного сегмента и размещены диаметрально с возможностью качения, а внутренняя поверхность корпуса выполнена цилиндрической. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что поршни шарнирно связаны с рабочими органами. 3. Машина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что механизм распределения рабочего тела выполнен в виде каналов в теле оси, в стенках подвижного кольца, установленного на ось и в стенках корпуса. 4. Машина по пп.1-3, отличающаяся тем, что привод кольца, установленного на ось, осуществляется с помощью зубчатых колес от вала машины. 5. Машина по пп.1-4, отличающаяся тем, что элементы уплотнения рабочих камер установлены в стенках поршней и рабочих органов.