ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2001 года по МПК F01B1/08 F01B9/00 F02B75/24 F02B75/32 F16H21/16 

Изобретение относится к машиностроению и может применяться для преобразования возвратно-поступательного перемещения поршней во вращательное движение рабочего вала, как на транспортных средствах, так и стационарно, например для привода генератора, компрессора и т.п.

Известны поршневые машины с бесшатунным силовым механизмом для преобразования возвратно-поступательного перемещения поршней во вращательное движение рабочего вала, состоящее из корпуса с оппозитно расположенными цилиндрами, в которых размещены двухпоршневые штоки, связывающие поршни с шейками коленчатого вала, выполненного из двух взаимосвязанных между собой шарнирной муфтой с возможностью перемещения перпендикулярно плоскости движения штоков, частей, смонтированных в эксцентриковых втулках, взаимосвязанных с приводом через вал-шестерню и установленных в корпусе с возможностью соосного вращения обеих втулок в противоположных направлениях по отношению друг к другу (патент РФ N 1771513, класс МПК F 01 B 9/02).

Недостатком этой поршневой машины является консольное расположение бесшатунного силового механизма, что снижает нагрузку на шток и ведет к уменьшению мощности, снимаемой с выходного вала.

Наиболее близкой по конструкции к заявляемому техническому решению является поршневая машина, содержащая корпус с оппозитно расположенными цилиндрами, в которых установлены двухпоршневые штоки с глухими центральными отверстиями на концах, сообщающимися со штоковыми полостями через окна, бесшатунный силовой механизм для преобразования возвратно-поступательного перемещения поршней во вращательное движение приводного вала, включающий в себя эксцентриковые втулки, установленные с возможностью соосного вращения обеих втулок в противоположных направлениях по отношению друг к другу и кинематически взаимосвязанные со штоком и приводным валом, жестко фиксирующим положение элементов бесшатунного силового механизма (заявка N 97116594/06 с решением о выдаче патента РФ на изобретение от 12 января 1999 года, класс МПК 6 F 02 B 75/32, 33/18). Это решение принято нами за прототип.

Недостаток этой поршневой машины является консольное крепление штока к бесшатунному силовому механизму и наличие клапанов, усложняющих конструкцию устройства.

Задача изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности устройства.

С этой целью в поршневой машине, содержащей корпус, в котором расположены цилиндр с двухпоршневым штоком, на концах которого выполнены глухие центральные отверстия, сообщающиеся со штоковыми полостями через окно, бесшатунный силовой механизм для преобразования возвратно-поступательного перемещения поршней во вращательное движение приводного вала, включающий в себя эксцентриковые втулки, установленные с возможностью соосного вращения обеих втулок в противоположных направлениях по отношению друг к другу и кинематически взаимосвязанные со штоком и с приводным валом, жестко фиксирующим положение элементов бесшатунного силового механизма, цилиндр снабжен центральной перегородкой с двумя пересекающимися отверстиями, выполненными перпендикулярно друг другу, в одном из которых с двух сторон штока оппозитно друг другу установлены два бесшатунных силовых механизма, кинематически взаимосвязанные между собой и со штоком с помощью пальца, а в перегородке выполнены две кольцевые полости, сообщающиеся с насосом высокого давления, а через форсунки - со штоковыми полостями цилиндров, причем в поршнях, оппозитно форсункам, выполнены сферические выемки, при этом полость между бесшатунными силовыми механизмами поочередно сообщена с бесштоковыми полостями цилиндра через глухие центральные отверстия и окна в штоке, а штоковые полости цилиндра поочередно сообщены с атмосферой.

На фиг. 1 изображена поршневая машина, осевой разрез.

На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

На фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

На фиг. 4 - вариант установки на валу двух поршневых машин.

Поршневая машина содержит корпус 1, в котором расположен приводной вал 2 и цилиндр 3 с двухпоршневым штоком 4, на концах которого закреплены поршни 5 и 6 и выполнены глухие центральные отверстия 7 и 8. Штоковая полость цилиндра 3 разделена на две части 9 и 10 центральной перегородкой 11 с двумя пересекающимися отверстиями 12 и 13 (фиг. 2), выполненными перпендикулярно друг другу. В отверстии 13 перегородки с двух сторон штока 4 оппозитно друг другу установлены два бесшатунных силовых механизма 14 и 15 (фиг. 3) для преобразования возвратно-поступательного перемещения поршней 5 и 6 во вращательное движение приводного вала 2, кинематически взаимосвязанные между собой и со штоком 4 с помощью пальца 16. Отверстия 7 и 8 штока 4 сообщены со штоковыми полостями 9 и 10 через окна 17 и 18. Каждый из бесшатунных силовых механизмов 14 и 15 (фиг. 2) выполнен в виде эксцентриковых втулок 19 и 20 (фиг. 2), установленных с возможностью соосного вращения обеих втулок в противоположных направлениях по отношению друг к другу и кинематически взаимосвязанных с приводным валом 2, жестко фиксирующим положение элементов бесшатунных силовых механизмов 14 и 15.

В перегородке оппозитно с двух сторон выполнены кольцевые полости 21 и 22, сообщающиеся с насосом (на чертежах не показан) высокого давления через отверстия 23 и 24, а через форсунки 25 и 26 со штоковыми полостями 9 и 10 цилиндра 3. В поршнях 5 и 6 оппозитно форсункам выполнены сферические выемки 27 и 28, а полость 29 (фиг. 3) между бесшатунными силовыми механизмами сообщена с атмосферой через отверстие 30. Бесштоковые полости цилиндра 1 поочередно сообщены с полостью 29 и штоковыми полостями 9 и 10 через глухие центральные отверстия 7 и 8 и окна 17 и 18, выполненные в штоке 4, а штоковые полости 9 и 10 также поочередно сообщены с атмосферой через окна 31 и 32.

Для балансировки на приводном валу 2 соответствующей длины последовательно могут быть установлены две или более поршневых машин заявляемой конструкции. На фиг. 4 показаны две поршневые машины, взаимосвязанные с приводным валом 2 через шестерни 33 и 34 - 1-ая машина, 35 и 36 - 2-ая машина, которые работают в противофазе.

Поршневая машина работает следующим образом.

От внешнего источника приводится во вращение приводной вал 2, установленный в корпусе 1 и находящийся в зацеплении с бесшатунными силовыми механизмами 14 и 15 (см. фиг. 3), кинематически взаимосвязанными при помощи пальца 16 со штоком 4. При этом шток 4 с закрепленными на нем поршнями 5 и 6 совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение. При движении штока 4 влево (см. фиг. 1) в бесштоковой полости правой части цилиндра 3 создается разрежение, т.к. окно 31 перекрыто поршнем 6, а окно 18 в штоке - перегородкой 11. Одновременно в штоковой полости 9 и в бесштоковой полости левой части (на фиг. 1) цилиндра 3 происходит сжатие воздуха. В конце хода поршня окно 18 приходит в полость 29, бесштоковая полость правой части цилиндра 3 сообщается с атмосферой и за счет разрежения в ней заполняется воздухом, а в штоковой полости 9 при этом происходит сжатие воздуха. Одновременно открывается отверстие 32, окно 17 приходит в штоковую полость 10, и воздух, сжатый в бесштоковой полости левой части цилиндра 3, через глухое отверстие 7 и окно 17 проходит в штоковую полость 10, и штоковая полость 10 заполняется воздухом при атмосферном давлении. При этом сжатый воздух в штоковой полости 9 сосредоточен в сферической выемке 28 поршня 6 и находится в нагретом от сжатия состоянии. Затем в отверстие 24 кольцевой полости 22 от насоса высокого давления подается порция топлива, которое через форсунку 26 вспрыскивается в сферическую выемку 28 и сгорает в ней, увеличивая давление в штоковой полости 9 и шток 4 начинает двигаться вправо. При этом в бесштоковой полости правой части цилиндра происходит сжатие воздуха, открывается окно 31, и отработавшие газы через него покидают штоковую полость 9. В конце хода окно 18 приходит в штоковую полость 9 и она сообщается с бесштоковой полостью правой части цилиндра 3 и сжатый воздух из бесштоковой полости правой части цилиндра 3 через глухое отверстие 8 и окно 18 производит очистку штоковой полости 9 от отработавших газов и заполнение ее свежим зарядом воздуха. Когда поршень займет крайнее правое положение, сжатый воздух в штоковой полости 10, сосредоточенный в сферической выемке 27 поршня 5, находится в нагретом от сжатия состоянии. Подается порция топлива от насоса высокого давления через отверстие 23 в кольцевую полость 21 и далее через форсунку 25 вспрыскивается в сферическую выемку 27 и сгорает, создавая повышенное давление. Под действием этого давления шток начинает двигаться влево, совершая рабочий ход. Одновременно в бесштоковой полости левой части цилиндра 3 происходит сжатие воздуха, и когда поршень 5 откроет окно 32, отработавшие газы покинут штоковую полость 10. При этом открывается также окно 17 и сжатый воздух из бесштоковой полости левой части цилиндра 3 через глухое отверстие 7 и окно 17 производит очистку штоковой полости 10 и заполнение ее свежим зарядом воздуха. Этот процесс циклически повторяется. Источник внешнего действия на приводной вал 2 отключается и поршневая машина начинает функционировать в режиме двигателя внутреннего сгорания.

Заявляемое техническое решение упрощает конструкцию поршневых машин за счет отказа от клапанов, что уменьшает общее количество движущихся частей, и за счет выполнения системы впускных и выпускных отверстий, открываемых и закрываемых в определенной последовательности при движении штока и поршней. Кроме того, применение двух бесшатунных силовых механизмов, расположенных по обе стороны штока и взаимосвязанных между собой и со штоком с помощью пальца и взаимосвязанных с приводным валом, жестко фиксирующим положение элементов обеих частей бесшатунного силового механизма, устраняет консольное крепление штока к бесшатунному силовому механизму, повышая надежность поршневой машины.

Машина предназначена для использования в машиностроении для преобразования возвратно-поступательного перемещения поршней во вращательное движение вала. Машина содержит корпус с цилиндром и двухпоршневым штоком, на концах которого выполнены глухие центральные отверстия, сообщающиеся со штоковыми полостями через окна, два бесшатунных силовых механизма для преобразования возвратно-поступательного перемещения поршней во вращательное движение приводного вала, включающих эксцентриковые втулки, установленные с возможностью вращения в противоположных направлениях и кинематически связанные со штоком и с валом. Цилиндр снабжен центральной перегородкой с отверстиями, выполненными перпендикулярно друг другу, в одном из которых с двух сторон штока установлены два бесшатунных силовых механизма, кинематически связанные между собой и со штоком с помощью пальца, а в перегородке выполнены две кольцевые полости, сообщающиеся с насосом, а через форсунки - со штоковыми полостями. В поршнях, оппозитно форсункам, выполнены сферические выемки; полость между механизмами поочередно сообщена с бесштоковыми полостями через глухие отверстия и окна в штоке, а штоковые полости поочередно сообщены с атмосферой. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции и повышение надежности. 4 ил.

Поршневая машина, содержащая корпус, в котором расположены цилиндр с двухпоршневым штоком, на концах которого выполнены глухие центральные отверстия, сообщающиеся со штоковыми полостями через окна, бесшатунный силовой механизм для преобразования возвратно-поступательного перемещения поршней во вращательное движение приводного вала, включающий в себя эксцентриковые втулки, установленные с возможностью соосного вращения обеих втулок в противоположных направлениях по отношению друг к другу и кинематически взаимосвязанные со штоком и с приводным валом, жестко фиксирующим положение элементов бесшатунного силового механизма, отличающаяся тем, что цилиндр снабжен центральной перегородкой с двумя пересекающимися отверстиями, выполненными перпендикулярно друг к другу, в одном из которых с двух сторон штока оппозитно друг другу установлены два бесшатунных силовых механизма, кинематически взаимосвязанные между собой и со штоком с помощью пальца, а в перегородке выполнены две кольцевые полости, сообщающиеся с насосом высокого давления, а через форсунки - со штоковыми полостями цилиндра, причем в поршнях, оппозитно форсункам, выполнены сферические выемки, при этом полость между бесшатунными силовыми механизмами поочередно сообщена с бесштоковыми полостями цилиндра через глухие центральные отверстия и окна в штоке, а штоковые полости цилиндра поочередно сообщены с атмосферой.