ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2001 года по МПК F01B1/08 F01B9/06 F02B75/24 F02B75/32 F16H21/16 

Изобретение относится к области двигателей и насосов и может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания.

Известна поршневая машина по заявке 97103311, МКИ F 02 F 1/24, в которой к цилиндру закреплены две головки с форсунками, а поршень имеет два днища и сквозное отверстие для поршневого пальца, который установлен в боковых продольных прорезях цилиндра, при этом границы боковых прорезей составляют 5/4 рабочего хода поршней. Концы поршневого пальца соединены с шатунами преобразователя возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.

Недостатком таких конструкций являются потери энергии, связанные с трением в обеих шатунных головках, и динамическая неуравновешенность системы преобразования движения, характерная для кривошипно-шатунных механизмов.

Известна поршневая машина Шереметов, в которой исключен кривошипно-шатунный механизм. Машина содержит вал с вращающимся диском, на поверхности которого выполнена профильная беговая дорожка с наружной и внутренней рабочими кромками, взаимодействующими через роликовые опоры с оппозитно расположенными поршнями, жестко связанными соединительно-направляющей тягой, в средине которой размещен вид диска, см. авт. свид. 1423752, МКИ 4 F 01 B 7/02.

Введение соединительно-направляющей тяги, профильной дорожки с внутренней и наружной рабочими кромками и соответствующих основных и дополнительных роликовых опор усложняет конструкцию и также связано с потерями энергии на трение в дополнительных роликовых опорах. Кроме того, габариты такой конструкции на единицу полезной мощности существенно увеличиваются.

Техническим результатом предлагаемой поршневой машины является снижение потерь на трение и увеличение ее удельной мощности без существенного усложнения конструкции.

Это достигается тем, что в поршневой машине, содержащей закрепленные на кронштейнах силовой рамы оппозитно расположенные цилиндры с поршнями, установленный в подшипниковой опоре в средине между поршнями вал с диском, на поверхности которого выполнена профильная беговая дорожка по меньшей мере с тремя выступами, на валу закреплен второй диск с такой же профильной беговой дорожкой на противостоящей поверхности, при этом каждая беговая дорожка выполнена в виде непрерывного ручья, а цилиндры имеют боковые прорези, в которых скользят поршневые пальцы, взаимодействующие концами через опоры с боковыми поверхностями ручьев обоих дисков.

При этом поршни имеют по два днища, между которыми установлен поршневой палец, а каждый из цилиндров с обоих торцев закрыт головками с впускными и выпускными клапанами и выполнен с боковыми приливами для крепления кронштейнов с подшипниковой опорой.

Сущность предложения представлена на чертежах, где на фиг. 1 - вид поршневой машины; на фиг. 2 - вид по стрелке А.

Поршневая машина содержит силовую раму 1 с кронштейнами 2. На кронштейнах закреплены оппозитно расположенные цилиндры 3, 4, имеющие боковые прорези 3а, 4а, а также расположенные перпендикулярно к ним боковые приливы 3б, 4б, в которых закреплены шпильки 5 для присоединения цилиндров к кронштейнам рамы. Цилиндры со стороны торцев закрыты головками 6а, 6б и 7а, 7б, в которых смонтированы впускные клапаны 8а, 8б и 9а, 9б, а также выпускные клапаны 10а, 10б и 11а, 11б. В цилиндрах размещены поршни 12 и 13, имеющие по два днища 12а, 12б и 13а, 13б, между которыми установлены пальцы 14 и 15, проходящие концевыми частями через боковые прорези в цилиндрах. В каждом цилиндре образованы две камеры: внешняя 16 и внутренняя 17. На кронштейнах в средине между поршнями установлен в подшипниковой опоре 18 коренной вал 19 с жестко закрепленными на нем дисками 20 и 21. На противостоящих поверхностях дисков выполнены беговые дорожки в виде идентично спрофилированных канавок - непрерывных (замкнутых) ручьев 20а и 21а с рабочими боковыми поверхностями 20б, 20в и 21б, 21в. В ручьи обоих дисков входят своими концевыми частями поршневые пальцы 14 и 15, взаимодействующие с их рабочими боковыми поверхностями через роликовые опоры 22 и 23.

В предложенном варианте беговые дорожки имеют по четыре выступа и по четыре впадины, чем достигается более точная динамическая сбалансированность в процессе работы машины.

Работа поршневой машины производится в следующем порядке.

1. Работа в режиме двигателя.

При вращении (запускающим устройством) вала 19 поршневые пальцы 14, 15, перемещаясь по беговым дорожкам, сообщают поршням 12, 13 возвратно-поступательные движения в цилиндре. Работой клапанов управляет кинематически связанный с валом 19 распределительный механизм (не показан). Топливо-воздушная смесь, поочередно подаваемая в камеры 16 и 17 через впускные клапаны 8а и 8б (9а и 9б), сжимается и воспламеняется (например, с помощью запальных свечей), обеспечивая рабочий ход при 4-х тактном цикле работы цилиндров. Выпуск продуктов сгорания производится через выпускные клапаны 10а и 10б (11а и 11б) и через коллектор - в выхлопное устройство (глушитель).

2. Работа в режиме компрессора или насоса.

Для функционирования машины в качестве компрессора или насоса необходим привод, осуществляющий вращение вала 19.

Распределительный механизм обеспечивает последовательное открытие впускных клапанов в процессе тактов расширения и открытие выпускных клапанов в процессе тактов сжатия в камерах цилиндров. Входы впускных клапанов объединяются в единую всасывающую магистраль, а выходы выпускных клапанов объединяются в общую нагнетательную магистраль.

Предлагаемая конструкция позволяет ввести дополнительные камеры сгорания 17 (внутренние) с использованием общих цилиндров и поршней, в результате чего возрастает мощность машины при незначительном увеличении ее габаритно-весовых параметров.

При этом обеспечивается динамическая сбалансированность всех подвижных частей машины и отпадает необходимость в балансировочных механизмах.

Предложение дает возможность увеличения количества радиально устанавливаемых цилиндров при расположении их осей в одной плоскости, чем обеспечивается компоновка динамически сбалансированной машины, существенно сжатой по одному из габаритных размеров (вдоль коренного вала).

Машина предназначена для использования в энергомашиностроении в качестве двигателей, в том числе внутреннего сгорания, и насосов. Машина содержит цилиндры с поршнями, установленные оппозитно на кронштейнах силовой рамы, расположенный между поршнями вал с дисками, на обращенных друг к другу поверхностях которых выполнены профильные беговые дорожки в виде непрерывных ручьев, в цилиндрах выполнены боковые прорези, в которых скользят поршневые пальцы, взаимодействующие посредством роликовых опор с боковыми поверхностями ручьев обоих дисков. Каждый поршень имеет два днища, между которыми установлен поршневой палец, а каждый цилиндр с торцов закрыт головками с впускными и выпускными клапанами и имеет боковые приливы для крепления кронштейнов с подшипниковой опорой вала. Изобретение обеспечивает снижение потерь на трение и увеличение удельной мощности. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Поршневая машина, содержащая закрепленные на кронштейнах силовой рамы оппозитно расположенные цилиндры с поршнями, установленный в подшипниковой опоре в середине между поршнями вал с диском, на поверхности которого выполнена профильная беговая дорожка, отличающаяся тем, что на валу закреплен второй диск с такой же профильной беговой дорожкой на противостоящей поверхности, при этом каждая беговая дорожка выполнена в виде непрерывного ручья, а цилиндры имеют боковые прорези, в которых скользят поршневые пальцы, взаимодействующие концами через роликовые опоры с профильными беговыми дорожками обоих дисков. 2. Поршневая машина по п.1, отличающаяся тем, что поршни имеют по два днища, между которыми установлен поршневой палец, а каждый из цилиндров с обоих торцов закрыт головками с впускными и выпускными клапанами и выполнен с боковыми приливами для крепления кронштейнов с подшипниковой опорой.