АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F02B75/32 F02B75/26 F01B3/02 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к транспортным энергетическим установкам с поршневыми двигателями внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по крайней мере, два поршня, размещенные в цилиндрах, при этом каждый поршень кинематически, посредством, например, кривошипно-шатунного механизма связан с соответствующим выходным валом. Серповидные торцевые поверхности цилиндров содержат клапаны газораспределения, обеспечивающие газообмен в камере сгорания, размещенной в цилиндрах между поршнями. Клапаны непосредственно связаны с кулачками, имеющими кинематический привод посредством, например, шестерен от вала. [1]
Недостатком данной конструкции является сложность создания остова двигателя, что снижает нагрузочную способность машины.

Известен также аксиально-поршневой двигатель [2] с переменной степенью сжатия, содержащий картер, блок цилиндров, поршни с шатунами, установленные в блоке цилиндров, цилиндрический приводной вал, на котором установлена с возможностью осевого перемещения наклонная шайба, качающуюся шайбу, которая установлена на наклонной шайбе с возможностью вращения вокруг ее оси, при этом качающаяся шайба связана с шатунами, а также через коническую и цилиндрическую зубчатые передачи эксцентрично связана с картером, при этом элементом сопряжения наклонной шайбы и приводного вала является шлицевое соединение, а приводной вал имеет опорный участок, который содержит элементы механизма изменения степени сжатия.

Недостатком данного двигателя является наличие сил от действия давления газов в цилиндрах, воздействующих через опорный участок приводного вала на картер, что приводит к силовому нагружению картера, блока цилиндров и механическим потерям на трение в подшипниках опорного участка, а также необходимость уравновешивания инерционных сил, возникающих при движении поршней, шатунов и качающейся шайбы, при этом наличие эксцентричной связи между качающейся шайбой и картером приводит к появлению соответствующих центробежных сил, также требующих уравновешивания.

Задачей изобретения является увеличение нагрузочной способности двигателя при одновременном повышении надежности, компактности и уравновешенности.

Поставленная задача решается за счет того, что аксиально-поршневой двигатель, содержащий блок цилиндров, поршни с шатунами, установленные в блоке цилиндров, цилиндрический приводной вал, наклонную шайбу с установленной на ней качающейся шайбой, связанной с шатунами, дополнительно содержит в каждом цилиндре встречно расположенный поршень с шатуном, по меньшей мере одну дополнительную наклонную шайбу с установленной на ней качающейся шайбой, связанной с шатунами встречно расположенных поршней, не менее одного полого промежуточного вала, причем наклонные шайбы установлены по две на каждом полом промежуточном валу, который связан с приводным валом через цилиндрические зубчатые передачи, а каждая качающаяся шайба связана с приводным валом через коническую и цилиндрическую зубчатую передачи.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена полуконструктивная схема заявляемого устройства, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг.1
Аксиально-поршневой двигатель содержит блок цилиндров 1, содержащий поршни 2, которые с помощью шатунов 3 шарнирно связаны с качающимися шайбами 4,5, имеющими конический зубчатый венец, которые установлены на наклонные шайбы 6,7 соответственно и поджаты к ним обоймами 8. Наклонные шайбы 6,7 установлены на полом промежуточном валу 9, а на них установлены с возможностью вращения в подшипниках зубчатые колеса 10,11, имеющие конический и цилиндрический зубчатые венцы. Причем конические зубчатые венцы колес 10,11 находятся в зацеплении с коническими зубчатыми венцами качающихся шайб 4,5 соответственно и образуют конические зубчатые передачи, а цилиндрические зубчатые венцы колес 10,11 находятся в зацеплении с цилиндрическими зубчатыми колесами соответственно 12,13, расположенными на приводном валу 14, и образуют цилиндрические зубчатые передачи. На приводном валу 14 также установлено цилиндрическое зубчатое колесо 15, которое через зубчатое колесо 16 находится в зацеплении с зубчатым колесом 17, посаженным на полый промежуточный вал 9.

Заявляемая конструкция позволяет разместить внутри полого промежуточного вала 9 с возможностью свободного вращения вал 18 газовой турбины с расположенными на нем турбинным колесом 19 и, например, насосным колесом 20, при этом вал 16 выполняет также функции торсиона.

Работа аксиально-поршневого двигателя осуществляется следующим образом.

Расширяющийся в цилиндрах продукт сгорания топлива воздействует на поршни 2, перемещая их в противоположные стороны, при этом поршни 2 через шатуны 3 передают усилие качающимся шайбам 4,5, которые, воздействуя на наклонные шайбы 6,7, соответственно приводят во вращение полый промежуточный вал 9, при этом часть энергии расширяющихся газов передается промежуточному валу 9 и далее через цилиндрические зубчатые передачи, образованные зацеплением шестерен 17,16,15, передается приводному валу 14. Оставшаяся часть энергии расширяющихся газов передается приводному валу 14 через конические зубчатые передачи, образованные зацеплением зубчатых венцов качающихся шайб 4,5 с коническими зубчатыми венцами колес 10,11 соответственно, и далее через цилиндрические зубчатые передачи, образованные зацеплением цилиндрических зубчатых венцов колес 10,11 с зубчатыми колесами 12,13 соответственно. При этом качающиеся шайбы 4,5 удерживаются от проворота относительно блока цилиндров 1 за счет их двойной кинематической связи с приводным валом 14.

При наличии газотурбинной части в процессе выпуска продукты сгорания топлива воздействуют на турбинное колесо 19, при этом кинетическая энергия газов превращается в механическую и через вал 18 передается, например, насосному колесу 20, осуществляющему наддув воздуха в цилиндры двигателя.

Аксиально-поршневой двигатель заявляемой конструкции обладает в сравнении с прототипом большей нагрузочной способностью, лучшим показателем отношения объема и массы двигателя к мощности, а также повышенной надежностью, компактностью и полной динамической уравновешенностью.

Источники информации:
1. Патент РФ N1389351, М.кл. F 02 В 25/8
2. Положительное решение о выдачи свидетельства на полезную модель по з. N 98121547/20 (023780) от 30.11.98 г.

Двигатель может быть использован в транспортных энергетических установках. В блоке цилиндров устанавливают встречно движущиеся поршни с шатунами, шарнирно связанные с качающимися шайбами. Наклонные шайбы установлены на полом промежуточном валу и через конические зубчатые венцы связаны с качающимися шайбами. Каждый промежуточный вал связан с приводным валом через цилиндрические зубчатые передачи. А каждая качающаяся шайба связана с приводным валом через коническую и цилиндрическую зубчатые передачи. Это увеличивает нагрузочную способность двигателя при одновременном повышении надежности, компактности и уравновешенности. 2 ил.

Аксиально-поршневой двигатель, содержащий блок цилиндров, поршни с шатунами, установленные в блоке цилиндров, цилиндрический приводной вал, наклонную шайбу с установленной на ней качающейся шайбой, связанный с шатунами, отличающийся тем, что двигатель дополнительно содержит в каждом цилиндре встречно расположенный поршень с шатуном, по меньшей мере один полый промежуточный вал, одну дополнительную наклонную шайбу с установленной на ней качающейся шайбой, связанной с шатунами встречно расположенных поршней, причем на каждом полом промежуточном валу установлены обе наклонные шайбы, при этом каждый промежуточный вал связан с приводным валом через цилиндрические зубчатые передачи, а каждая качающаяся шайба связана с приводным валом через коническую и цилиндрическую зубчатые передачи.