ПОРШНЕВАЯ ОБЪЕМНАЯ МАШИНА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК F01B1/08 F01B9/02 

Изобретение относится к области машиностроения, например производству поршневых двигателей внутреннего сгорания для транспортных средств.

Известно, что по воздействию рабочего тела на поршень объемные поршневые машины (в дальнейшем - машины) подразделяются на машины простого действия (поршень имеет одно днище) и машины двойного действия (поршень имеет два днища).

Наибольшее распространение получили машины простого действия, имеющие только один элемент связи коленчатого вала с поршнем - шатун, у машин двойного действия коленчатый вал соединен с поршнем посредством шатуна, крейкопфа и штока, что обуславливает увеличение габаритов и массы, а также усложнение конструкции и снижение надежности в сравнении с машиной простого действия. Например, двигатель внутреннего сгорания двойного действия в сравнении с аналогичным двигателем простого действия имеет мощность в 1,5-1,8 раза большую, но не получил распространения, в основном из-за меньшей надежности и долговечности (Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А.С. Орлина, М.Г.Круглова. М.: Машиностроение, 1984).

Сущность изобретения заключается в конструктивных изменениях цилиндра, поршня и шатуна машины простого действия, позволяющих соединение шатуна с поршнем разместить, в отличие от существующих конструкций, вне полости цилиндра, закрыть его торцы и применить поршень с двумя днищами, что реализует машину двойного действия.

На фиг. 1 приведена схема 1-го варианта соединения шатуна с поршнем вне полости цилиндра.

Здесь шатун 1 существующей конструкции известным способом соединен с элементами связи 2, размещенными в пазах 3 цилиндра 4 и соединенными с поршнем 5. Элементы связи 2 проходят в отверстия 6 крышки цилиндра 7.

На фиг. 2 приведена схема 2-го варианта размещения шатуна вне полости цилиндра.

Здесь цилиндр 1 имеет отверстие 2, в которое проходит шатун 3, соединенный известным способом с поршнем 4, и проходит в отверстие 5 поршня. Шатун 3 изогнут так, что обеспечивает связь с коленчатым валом 6 во всех его положениях.

На фиг. 3 приведена схема 3-го варианта размещения шатуна вне цилиндра.

Здесь коленчатый вал 1 известным способом соединен с Y(U)-образным шатуном 2, который пальцем 3 соединен с поршнем 4. Палец 3 при этом проходит в отверстия 5 цилиндра 6.

Действие машины в качестве двухтактного дизельного двигателя рассматривается по схеме фиг. 2.

Пусть сторонним источником энергии коленчатому валу 6 сообщено первоначально вращение вправо. При этом шатун 3, свободно перемещаясь в отверстии 2 цилиндра 1 и отверстии 5 поршня 4, передает движение последнему вправо, вследствие чего в рабочем объеме правой части цилиндра будет происходить сжатие воздуха, а после прохождения 4 определенного положения в левой части цилиндра откроются выпускные и продувочные окна (на схеме отсутствуют), через которые левый рабочий объем цилиндра будет наполняться свежим воздухом.

Перед достижением поршнем 4 правого крайнего положения (правой мертвой точки коленчатым валом 6) начнется впрыск топлива (устройство впрыска на схеме не показано) в объем сжатого воздуха, что приведет к воспламенению и сгоранию топлива и образованию высокого давления газов, вынуждающего поршень двигаться влево, тем самым начиная 1-й рабочий ход, т.к. к этому времени коленчатый вал по инерции пройдет положение правой мертвой точки.

Движущийся вправо поршень в определенном положении перекроет продувочные и выпускные окна левой части цилиндра, начиная сжатие воздуха, которое продлится до момента впрыска топлива. При приближении к левому крайнему положению, завершая 1-й рабочий ход, поршень откроет выпускные и продувочные окна (на схеме не показаны) правой части цилиндра, обеспечивая выпуск отработавших газов и наполнение рабочего объема свежим воздухом.

Достижению поршнем крайнего левого положения (а коленчатым валом левой мертвой точки) предшествует начало впрыска топлива в объем сжатого воздуха, воспламенение и сгорание которого дает резкое повышение давления газов на поршень, заставляя его двигаться вправо (начало 2-го рабочего хода), т.к. к этому времени коленчатый вал 6 совершит поворот на 180^o, пройдет по инерции левую мертвую точку и продолжит вращение вправо под действием усилия поршня, передаваемого шатуном.

Движущийся вправо поршень в определенный момент перекроет продувочные и выпускные окна правой части цилиндра, начиная процесс сжатия. Второй рабочий ход завершается открытием выпускных и продувочных окон левой части цилиндра, в правой части цилиндра к этому времени завершится процесс сжатия, а коленчатый вал завершит полный оборот. Впрыском топлива в объем сжатого воздуха правой части цилиндра начинается новый цикл.

Приведенные схемы связей обеспечивают также применение при компоновке многоцилиндровых поршневых машин не только рядное или звездообразное, но и последовательное расположение цилиндров и соединение всех поршней с одним шатуном.

Машина предназначена для использования в энергомашиностроении в качестве поршневых двигателей, в том числе внутреннего сгорания. Машина содержит цилиндр с поршнем, кинематически связанным посредством шатуна с коленчатым валом. Поршень выполнен с двумя днищами, а шатун может быть выполнен изогнутым и проходить в отверстие поршня. Кроме того, шатун может иметь Y- или U-образную форму и размещаться вне цилиндра с прохождением элементов его связи с поршнем через отверстия цилиндра. Шатун может быть соединен с поршнем элементами связи, размещенными в стенках цилиндра и проходящими через отверстия его крышки. Изобретение позволяет создать компактную экономичную машину двойного действия. 3 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Поршневая объемная машина, содержащая коленчатый вал, изогнутый шатун, цилиндр с отверстием и поршень с двумя днищами, отличающаяся тем, что шатун проходит в отверстие поршня. 2. Поршневая объемная машина, содержащая коленчатый вал, шатун и цилиндр с поршнем, отличающаяся тем, что поршень имеет два днища, шатун выполнен Y- или U-образным и размещен вне цилиндра, а элементы его связи с поршнем проходят в отверстия цилиндра. 3. Поршневая объемная машина, содержащая коленчатый вал, шатун и цилиндр с поршнем, отличающаяся тем, что поршень имеет два днища, а шатун соединен с поршнем элементами связи, размещенными в стенке цилиндра и проходящими в отверстия его крышки.