ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2000 года по МПК F01B9/02 

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к поршневым машинам, в частности к приводам, и может быть использовано в насосах, компрессорах и двигателях внутреннего сгорания.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок-картер с рядным расположением цилиндров, несущих поршни с шатурами, шарнирно связанными с кривошипами коленчатого вала, установленного в коренных подшипниковых опорах (Орлин А.С., Двигатели внутреннего сгорания. -М.: Машгиз, 1962, т.2. Конструкция и расчет. с. 362 - 365).

К недостаткам данной машины относится низкий механический КПД, обусловленный значительной величиной бокового трения поршней о стенки цилиндров и, как следствие этого явления, пониженный ресурс работы.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение механического КПД и ресурса поршневых машин.

Техническим результатом изобретения является повышение механического КПД и ресурса работы поршневых машин путем снижения бокового давления поршней на стенки цилиндров за счет значительного уменьшения угла качания шатуна при возвратно-поступательном движении поршня.

Задача решается за счет того, что поршневая машина содержит картер с коренными подшипниковыми опорами, блок с рядным расположением цилиндров и размещенные в цилиндрах поршни с шатунами, шарнирно связанными с коромысловыми рычагами, жестко закрепленными на соосных валах, установленных в коренных подшипниковых опорах, смещенных относительно продольной оси блока цилиндров; при этом соосные валы взаимосвязаны между собой реверсивным устройством и каждый несет на себе коромысловые рычаги, число которых равно минимум как половине числа цилиндров, а коленчатый вал отбора мощности выполнен однокривошипным и кинематически связанным посредством дополнительного шатуна с коромысловым рычагом, закрепленным на одном из соосных валов.

В соответствии с вариантом выполнения машины ее реверсивное устройство связи соосных валов содержит поперечный вал с двуплечим коромысловым рычагом, кинематически связанным посредством шатунов с одноплечими коромысловыми рычагами, установленными на консолях соосных валов, при этом шатуны сочленяются с коромысловыми рычагами посредством пространственных шарниров, например шарниров Гука.

Предусмотрен вариант поршневой машины с поперечным расположением однокривошипного коленчатого вала, кинематически связанного посредством шатуна с одноплечим коромысловым рычагом, жестко установленным на поперечном валу реверсивного устройства.

Получение технического результата изобретения возможно только за счет уменьшения угла качания шатунов при возвратно-поступательном движении поршней путем шарнирного их сочленения с качающимися коромыслами, что позволяет уменьшить давление поршней на стенки цилиндров.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема поршневой машины, выполненной в виде двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - вариант выполнения реверсивного устройства и с поперечным расположением коленчатого вала.

Двигатель внутреннего сгорания, представленный на фиг. 1, содержит картер (на схеме не показан), в котором расположен вал 1, установленный в коренных подшипниковых опорах 2, 3, снабженный коромысловыми рычагами 4, 5. Соосно с валом 1 в коренных подшипниковых опорах 6, 7 установлен полый вал 8, несущий на себе коромысловые рычаги 9, 10. Соосно валы 1 и 8 взаимосвязаны между собой реверсивным устройством, состоящим из коромысловых рычагов 11 и 12, жестко связанных между собой дополнительным промежуточным продольным валом 13, установленным в подшипниковых опорах 14, 15. Коромысловые рычаги 11, 12 реверсивного устройства шатунами 16 и 17 соединены с коромысловыми рычагами 18, 19, жестко связанными с соосными валами 1 и 8. При этом коромысловые рычаги 4, 5 и 9, 10 шарнирно связаны с шатунами 20 поршней 21, расположенных в цилиндрах 22. Отбор мощности с взаимосвязанных соосных валов 1, 8 на коленчатый вал 23 двигателя осуществляется посредством шатуна 24, шарнирно связанного с коромысловым рычагом 25, жестко установленным на валу 1. На коленчатом валу 23 установлен маховик 26.

Двигатель внутреннего сгорания, представленный на фиг. 2, содержит соосные валы 1 и 27, установленные в коренных подшипниковых опорах 2, 3, 28, 29 и несущие на себе жестко установленные коромысловые рычаги 4, 5, 9 и 10. Поперечный вал 30, установленный в подшипниковых опорах 31 и 32 посредством двуплечего коромыслового рычага 33, реверсивно соединяет между собой соосные валы 1 и 27 с помощью шатунов 34 и 35 и коромысловых рычагов 36 и 37. При этом шатуны 34 и 35 с двуплечим коромысловым рычагом 33 и коромысловыми рычагами 36 и 37 соединены посредством шарниров Гука 38. Причем коромысловые рычаги 4, 5, 9 и 10 шарнирно связаны с шатунами 20 поршней 21, расположенных в цилиндрах 22. Отбор мощности с взаимосвязанных соосных валов 1 и 27 на коленчатый вал 23 осуществляется посредством шатуна 24, шарнирно связанного с коромысловым рычагом 25, жестко установленным на поперечном валу 30. На коленчатом валу 23 установлен маховик 26.

Поршневая машина, выполненная в виде двигателя внутреннего сгорания, представленная на фиг. 1, работает следующим образом.

При запуске двигателя раскручивающийся стартером (на схеме не показан) коленчатый вал 23 посредством шатуна 24 и коромыслового рычага 25 приводит к качательному противоположно-направленному движению соосно расположенные взаимосвязанные реверсивным устройством валы 1 и 8. Посредством коромысловых рычагов 4, 5 и 9, 10 и шатунов 20 валы 1 и 8 сообщают поршням 21 возвратно-поступательное движение. При подаче и сжигании в цилиндрах 22 горючей смеси в двигателе совершается термодинамический цикл, теловая энергия которого в виде давления газов воздействует на поршни 21. Поршни 21 периодически посредством шатунов 20 и коромысловых рычагов 4, 5 и 9, 10 передают усилие на соосные валы 1 и 8. Полый вал 8 при рабочих ходах поршней 21, связанных с коромысловыми рычагами 9 и 10 через реверсивное устройство связи, состоящее из коромысловых рычагов 11, 12, 18, 19, и шатунов 16 и 17 передает крутящий момент от действия поршней 21, связанных с ним посредством шатунов 20 и коромысловых рычагов 4 и 5, находится под действием постоянных реверсивных нагрузок.

Таким образом, знакопеременный крутящий момент с вала 1 посредством коромыслового рычага 25 и шатуна 24 поступает на однокривошипный коленчатый вал 23 отбора мощности.

Работа двигателя, представленного на фиг. 2, ничем не отличается от вышеописанной.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к механизмам поршневого привода, и может быть использовано в насосах, компрессорах и двигателях внутреннего сгорания. Машина содержит картер с коренными подшипниковыми опорами, блок с рядным расположением цилиндров и размещенные в цилиндрах поршни с шатунами, последние шарнирно связаны с коромысловыми рычагами, жестко закрепленными на соосных валах, установленных в коренных подшинипниковых опорах, смещенных относительно продольной оси блока цилиндров. При этом соосные валы взаимосвязаны между собой реверсивным устройством и каждый несет на себе количество коромысловых рычагов, равное по меньшей мере половине числа цилиндров, а коленчатый вал отбора мощности выполнен однокривошипным и кинематически связан посредством дополнительного шатуна с коромысловым рычагом, закрепленным на одном из соосных валов. Изобретение обеспечивает повышение механического КПД и ресурса работы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Поршневая машина, содержащая картер с коренными подшипниковыми опорами, блок с рядным расположением цилиндров с размещенными в них поршнями с шатунами и коленчатый вал отбора мощности, отличающаяся тем, что шатуны поршней шарнирно связаны с коромысловыми рычагами, жестко закрепленными на двух соосных валах, установленных в коренных подшипниковых опорах, смещенных в сторону от продольной оси блока цилиндров до положения, обеспечивающего минимальный угол качания шатунов при возвратно-поступательном движении поршней, при этом соосные валы взаимосвязаны между собой реверсивным устройством угла их качания, а количество коромысловых рычагов, установленных на каждом соосном валу, по меньшей мере равно половине числа цилиндров, причем коленчатый вал отбора мощности выполнен однокривошипным, кинематически связанным посредством дополнительного шатуна с коромысловым рычагом, жестко закрепленным на одном из соосных валов. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что реверсивное устройство выполнено в виде дополнительного продольного вала с двумя жестко установленными на нем коромысловыми рычагами, шарнирно связанными посредством шатунов с коромысловыми рычагами соосных валов, при этом коромысловые рычаги на соосных валах и на дополнительном продольном валу взаимно ориентированы таким образом, что обеспечивают противоположно-направленное качательное движение соосных валов. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что реверсивное устройство выполнено в виде одноплечих коромысловых рычагов, закрепленных на консолях соосных валов и связанных кинематически посредством шатунов с двуплечим коромысловым рычагом, жестко установленным на поперечном валу, при этом кинематическая связь коромысловых рычагов с шатунами осуществляется посредством пространственных шарниров, например шарниров Гука. 4. Машина по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что однокривошипный коленчатый вал отбора мощности посредством шатуна кинематически связан с одноплечим коромысловым рычагом, жестко установленным на поперечном валу.