СИЛОВОЙ МЕХАНИЗМ С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2001 года по МПК F01B9/06 F02B75/32 F01P1/02 

Изобретение относится к такому виду силовых механизмов, двигателей, насосов или компрессоров, которые имеют два или более поршня, работающих друг против друга и предпочтительно имеющих общее пространство сгорания внутри неподвижного цилиндра, и в которых энергия передается вращательному движению или от него без промежуточного коленчатого вала.

Независимо от того, является ли данный механизм двигателем, компрессором или насосом, канал цилиндра нуждается в охлаждении. В некоторых случаях применения, например в двигателях газонокосилок или механических пил, необходимо применять воздушное охлаждение, так как на практике разместить систему водяного охлаждения очень трудно или невозможно.

В двигателях внутреннего сгорания передача энергии от возвратно-поступательного движения вращательному движению обычно осуществляется с помощью какого-либо вида коленчатого вала или аналогичного устройства. В некоторых случаях, однако, коленчатые валы не вполне пригодны, в особенности когда во вращательное движение необходимо преобразовать возвратно-поступательные движения, совершаемые в различных, часто противоположных направлениях. Это особенно справедливо для такого типа силовых механизмов, например двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и насосов, где два поршня одновременно работают друг против друга в общем цилиндрическом канале. В этом случае применение коленчатых валов влечет за собой использование сложных механических конструкций, необходимых для преобразования всей энергии двух поршней в одно общее вращательное движение. Вместо этого для передачи силы от возвратно-поступательного движения вращательному движению или наоборот можно использовать шарикоподшипник, который движется в нескольких направляющих дорожках и содержит шарик, окруженный сепаратором, который прикреплен к шатуну или аналогичному элементу для каждого шарика для преобразования линейного движения во вращательное. Можно также заменить шарики на другие средства с соответствующими функциями, например ролики или штифты, катящиеся или скользящие в дорожках.

Одно из таких устройств имеет два параллельных плоских диска, один из которых неподвижен, а второй вращается относительно него. В одном цилиндре, имеющем центральное расположение относительно диска, находятся два поршня, которые являются рабочими поршнями двигателя внутреннего сгорания, имеющими общую камеру сгорания. К каждому поршню неподвижно прикреплен шатун, который на другом конце имеет сепараторное устройство для шарика, посредством которого сила возвратно-поступательного движения передается на вращающийся диск. Шарики служат также в качестве подшипника между неподвижным диском и вращающимся диском. Вращающийся диск установлен на держателе, который, в свою очередь, установлен на выходном валу, с которого снимается сила вращения, используемая для привода различных механизмов. Шарики могут двигаться как по линейным дорожкам на неподвижном диске, так и по общей дорожке во вращающемся диске, имеющей эллиптическую или иную замкнутую форму. В других вариантах осуществления изобретения дорожки могут быть заменены приподнятыми кромками, в контакте с краями которых движутся роликовые подшипники или подшипники скольжения.

Настоящее изобретение представляет собой механизм описанного выше типа, в котором устроено воздушное охлаждение цилиндра. При устройстве воздушного охлаждения в механизмах такого типа возникают особые трудности, так как известные системы передачи энергии влекут за собой такую конструкцию всего механизма, что невозможно обеспечить достаточный поток охлаждающего воздуха. Настоящее изобретение предлагает решение этой задачи с помощью устройства, имеющего характеристики, указанные в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Другие варианты устройства описаны в зависимых пунктах формулы.

Ниже изобретение описывается на примере варианта его осуществления, показанного на прилагаемых чертежах.

Фиг. 1 - поперечное сечение механизма, соответствующего изобретению.

Фиг. 2 - механизм, показанный на фиг. 1, в поперечном сечении, перпендикулярном сечению на фиг. 1.

Фиг. 3 - механизм, показанный на фиг. 1, в поперечном сечении, перпендикулярном сечениям на фиг. 1 и 2.

Фиг. 4 - другой вариант осуществления изобретения в поперечном сечении, соответствующем фиг. 2.

Фиг. 5 - перспективный вид изобретенного механизма, частично в сечении, некоторые детали сняты.

Устройство, представленное на чертежах, имеет два параллельных плоских диска, один из которых - неподвижный диск 8, а второй - вращающийся относительно него диск 13. Неподвижный диск 8 установлен на кожухе 9, а в центре диска 8, в свою очередь, установлен цилиндр 1, имеющий торцевые стенки 2, 3. В цилиндре находятся два поршня 4, 5, которые являются рабочими поршнями двигателя внутреннего сгорания, имеющими общую камеру сгорания.

К каждому поршню 4, 5 неподвижно прикреплен шатун 6, 7, который на другом конце имеет сепараторное устройство 17, 18 для шарика 15, 16, через которое сила возвратно-поступательного движения передается на вращающийся диск 13. Шарики 15, 16 служат также в качестве подшипника между неподвижным диском 8 и вращающимся диском 13. Вращающийся диск 13 установлен на держателе 10, который, в свою очередь, установлен на выходном валу 23, с которого снимается сила вращения, используемая для различных целей. В предпочтительном варианте осуществления изобретения центральная ось канала цилиндра совпадает с центральной осью линии движения шариков. Шарики 15, 16 способны двигаться как по прямолинейным дорожкам 11, 24 в неподвижном диске, так и по общей эллиптической дорожке 12 во вращающемся диске.

Клапаны могут быть расположены вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) поршней с противоположных сторон от центра канала цилиндра. В цилиндре имеются соответствующие седла клапанов, а валы сконструированы с учетом сквозных отверстий и направляющих, которые находятся в неподвижных частях близко к цилиндру. Предпочтительно внешние по отношению к цилиндру концы штоков клапанов непосредственно соприкасаются с управляющей кривой или контактной поверхностью, которая является частью вращающегося диска.

Охлаждение цилиндра осуществляется за счет того, что как во вращающемся, так и в неподвижном диске имеются отверстия или каналы 30, 31, через которые протекает охлаждающий воздух. В целях дополнительного улучшения охлаждения внешняя поверхность цилиндра может иметь фланцы 32, как показано на фиг. 1. В предпочтительном варианте осуществления изобретения передача охлаждающего воздуха к вращающемуся диску или от него происходит через полый вал 33, который соединен с этим диском. Воздух может протекать либо прямо внутри вала, либо внутри установленного на валу неподвижного трубчатого средства. Это трубчатое средство может быть непосредственно или опосредованно соединено с неподвижным диском. Охлаждающий воздух направляется на обе стороны цилиндра, а в тех случаях, когда силовой механизм имеет клапаны, расположенные перпендикулярно направлению движения поршней, можно сделать четыре таких охлаждающих канала. В других вариантах изобретения средства, соединяющие вращающийся диск и выходной вал, имеют такую конструкцию, что они действуют и как лопасти вентилятора 34, 35 и создают необходимый поток воздуха.

Один из предпочтительных вариантов осуществления изобретения представлен на фиг. 5. Здесь неподвижный диск выполнен как одно целое с кожухом, полностью окружающим вращающийся диск, или составляет его часть. Все смазываемые части устройства находятся внутри этого кожуха, который внизу (если смотреть, как на фиг. 5) заканчивается подшипником с масляным уплотнением. Выходной вал, идущий от вращающегося диска, выполнен полым, и воздух проходит через этот вал в нижний чашеобразный объем, где находится цилиндр, имеющий охлаждающие фланцы.

Воздушный поток может в некоторых случаях использоваться не только для охлаждения. Когда силовой механизм применяется в качестве двигателя для газонокосилки, воздушный поток может быть направлен на срезаемую траву и либо затягивать ее в сборник на косилке, либо подавать обратно на ножи для дополнительного измельчения.

Механизм предназначен для использования в двигателях, насосах и компрессорах. Независимо от того, является ли данный механизм двигателем, насосом или компрессором, цилиндр нуждается в охлаждении. В таких случаях применение, как двигатели газонокосилок или механических пил, необходимо применять воздушное охлаждение, так как на практике разместить систему водяного охлаждения невозможно. Охлаждение цилиндра достигается за счет того, что как во вращающемся, так и в неподвижном диске имеются отверстия или каналы, через которые протекает охлаждающий воздух. Для дополнительного улучшения охлаждения внешняя поверхность цилиндра может иметь фланцы. В других вариантах изобретения соединительные средства между вращающимся диском и выходным валом имеют такую форму, что они действуют и как лопасти вентилятора и обеспечивают необходимый поток воздуха. Изобретение обеспечивает надежность и долговечность. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Силовой механизм с воздушным охлаждением, имеющий два поршня, которые расположены в общем канале цилиндра и работают синхронно друг против друга, и средство передачи энергии от линейного движения поршней возвратно-поступательному движению, содержащее по крайней мере один вращающийся диск, в котором имеется криволинейная рабочая дорожка кулачка или соответствующая приподнятая кромка, и неподвижный относительно источника энергии диск, имеющий неподвижную дорожку или кромку, отличающийся тем, что в центре дисков выполнены отверстия, так что охлаждающий воздух может проходить сквозь эти отверстия и вдоль внешней поверхности канала цилиндра. 2. Силовой механизм по п.1, отличающийся тем, что неподвижный диск выполнен заодно с кожухом, полностью окружающим вращающийся диск, или составляет его часть. 3. Силовой механизм по п.1 или 2, отличающийся тем, что вращающийся диск дополнительно имеет вентиляторные лопасти, которые усиливают поток воздуха. 4. Силовой механизм по п.3, отличающийся тем, что вращающийся диск соединен с выходным валом двигателя посредством вентиляторных лопастей. 5. Силовой механизм по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выходной вал, идущий от вращающегося диска, выполнен полым и что охлаждающий воздух проходит через этот вал.