ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С БЕСШАТУННЫМ МЕХАНИЗМОМ ВЛАСОВА Российский патент 1999 года по МПК F02B75/22 F02B75/32 

Изобретение относится к поршневым машинам, в частности к двигателям внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала.

Известен двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала со звездообразно расположенными цилиндрами. Его поршни попарно жестко связаны между собой штоками, сочлененными через подшипники со средними шейками коленчатого вала, имеющего вращение крайних шеек, с перемещением поршневых систем и связывающих их штоков по оси противолежащих цилиндров. При этом рабочий вал двигателя выполнен из двух частей с кривошипами, несущими подшипники для закрепления в них на радиусе одной четверти хода поршней, крайних шеек коленчатого вала, и снабжен соединительным валом, фиксирующим с помощью шестерен положение кривошипов обеих частей рабочего вала друг относительно друга /1/.

Недостатки известного двигателя: наличие коленчатого вала, жесткость и балансировку которого довольно сложно обеспечить при большом количестве цилиндров; невозможность установки на средние шейки коленчатого вала подшипников качения /вместо скольжения/ для сочленения их со штоками поршней; наличие дополнительного вала и шестерен, фиксирующих взаимное расположение кривошипов рабочего вала;
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному двигателю является поршневая машина Шереметов. Поршневая машина содержит вал с вращающимся диском, на поверхности которого выполнена беговая дорожка с наружной кромкой, взаимодействующая через роликовые опоры с оппозитно расположенными поршнями. Поршни жестко связаны соединительно-направляющей тягой, в середине которой размещен вал диска, а на концах установлены роликовые опоры. При этом беговая дорожка выполнена профильной с по меньшей мере тремя идентичными выступами и впадинами, и снабжена дополнительной внутренней рабочей кромкой. Каждый конец тяги снабжен дополнительными роликовыми опорами, взаимодействующими с внутренней рабочей кромкой беговой дорожки /2/.

Недостатками поршневой машины Шереметов являются: сложность конструкции при большом количестве поршней; невозможность использования ее в качестве двигателя из-за соосного расположения оппозитных поршней и, как следствие, затрудненного вывода роликовых опор поршней из впадин беговой дорожки, при положении поршней в верхней или нижней мертвых точках; наличие бокового давления поршней на стенки цилиндров при работе машины.

Заявленное изобретение направлено на решение задач по упрощению бесшатунного механизма двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат от использования изобретения заключается в следующем: снижении механических потерь и, как следствие, улучшении экономичности; исключении "замирания" роликовых опор штоков поршней при прохождении ими верхней и нижней мертвых точек; исключении бокового давления поршней на стенки цилиндров; простота балансировки и сохранения достаточной жесткости вращающегося на валу диска с беговой дорожкой.

Технический результат достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала, цилиндры расположены звездообразно. Поршни с помощью штоков связаны роликовыми опорами на их концах с внутренними рабочими кромками беговой дорожки вращающегося на валу диска и подвижно с направляющими пазами, жестко связанными с блоком цилиндров. При этом беговая дорожка выполнена профильной с идентичными выступами и впадинами, расположенными в плоскости диска. Каждая пара оппозитно расположенных цилиндров смещены от их общей продольной геометрической оси в сторону, противоположную рабочему вращению диска на расстояние равное радиусу кривизны выступа беговой дорожки.

На фиг. 1 представлен общий вид двигателя с бесшатунным механизмом, на фиг. 2 - общий вид конца штока поршня с роликовыми опорами.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом состоит из цилиндров 1, равномерно размещенных относительно окружности диска 2 и связанных общим блоком 3. Каждая пара оппозитно расположенных цилиндров 1 смещена, относительно их общей продольной геометрической оси, в сторону противоположную рабочему вращению диска 2. Расстояние смещения равно радиусу кривизны выступа беговой дорожки 4. Внутри цилиндров 1 расположены поршни 5, жестко связанные со штоками 5, на концах которых подвижно закреплены роликовые опоры 7 и 8. Роликовая опора 7 подвижно связывает штоки 6 поршней 5 с направляющими пазами 9, жестко соединенными с блоком цилиндров 3. А роликовая опора 8 подвижно связывает штоки 6 поршней 5 с внутренними рабочими кромками 10 беговой дорожки 4, расположенной на диске 2, имеющем повторяющиеся выступы 11 и впадины 12. Диск 2 с выполненной на нем беговой дорожкой 4 соединен с рабочим валом 13.

Работа бесшатунного механизма заключается в следующем. Каждая пара оппозитно расположенных цилиндров 1 имеет одинаковые такты рабочего цикла двигателя. Порядок работы цилиндров 1 двигателя подобран таким образом, что рабочий ход осуществляется поочередно, по направлению вращения диска 2, в каждой оппозитной паре цилиндров 1. При рабочем такте, штоки 6 оппозитно расположенных поршней 5 создают давление через роликовые опоры 8 на внутренние рабочие кромки беговой дорожки 4 на противолежащих выступах 11 диска 2. За счет смещения цилиндров 1, точки приложения этого давления на диске 2 вместе со штоками 6 и поршнями 5 также смещены от их общей оси в сторону, противоположную рабочему вращению диска 2, что создает крутящий момент вокруг рабочего вала 13.

Роликовые опоры 8 постоянно находятся внутри беговой дорожки 4. При вращении диска 2, его выступ 11 и впадины 12 взаимодействуют с роликовыми опорами 8. При этом возникает сила, смещающая штоки 6 от продольных осей цилиндров 1 и создающая, тем самым, боковое давление поршней 5 на стенки цилиндров 1. Это давление исключается наличием дополнительных роликовых опор 7 на концах штоков 6, передающих боковое давление стенкам направляющих пазов 9, вдоль которых перемещаются роликовые опоры 7. При этом сохраняется возвратно-поступательное движение поршней 5 вдоль осей цилиндров 1.

За счет смещения оппозитно расположенных цилиндров 1, при нахождении их поршней 5 попарно в верхней /или нижней/ мертвой точке, концы соединенных с ним штоков 6 располагаются под острым углом относительно общей оси крайних точек противолежащих выступов 11 /или впадин 12/ беговой дорожки 4. Это исключает "замирание" роликовых опор 8 при прохождении этих точек и способствует равномерному вращению диска 2.

Механизм можно применять не только для двигателей внутреннего сгорания, но и для приводных компрессоров, насосов, поршневых генераторов газа и других поршневых машин.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство N 118471, кл. F 01 B 9/02, 1974 г.

2. Авторское свидетельство N 1423752, кл. F 01 B 7/02, 1988 г.

Изобретение относится к поршневым машинам, в частности к двигателям внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала. Цилиндры расположены звездообразно. Поршни с помощью штоков связаны роликовыми опорами на их концах с внутренними рабочими кромками беговой дорожки вращающегося диска, жестко закрепленного на валу. Пары оппозитно расположенных цилиндров равномерно размещены по окружности диска, при этом цилиндры каждой пары смещены относительно их общей продольной геометрической оси в сторону, противоположную рабочему вращению диска. Изобретение направлено на упрощение бесшатунного механизма двигателя. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала, со звездообразно расположенными цилиндрами, поршни которых с помощью штоков связаны роликовыми опорами на их концах с внутренними рабочими кромками беговой дорожки вращающегося диска, жестко закрепленного на валу, при этом беговая дорожка выполнена профильной с идентичными выступами и впадинами, расположенными в плоскости диска, отличающийся тем, что пары оппозитно расположенных цилиндров равномерно размещены по окружности диска, при этом цилиндры каждой пары смещены относительно их общей продольной геометрической оси в сторону, противоположную рабочему вращению диска, а штоки поршней связаны с направляющими пазами, жестко соединенными с блоком цилиндров. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что смещение цилиндров относительно их общей продольной геометрической оси выполнено на расстояние, равное радиусу кривизны выступа беговой дорожки.