ДВУХТАКТНАЯ ПОРШНЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2004 года по МПК F02B75/24 F01B1/08 

Изобретение относится к машиностроению и может применяться как на транспортных средствах, так и стационарно, например для привода генератора, компрессора и т.п.

Известна двухтактная поршневая машина (Патент RU 2131527, МПК F 02 B 75/32) с бесшатунным механизмом преобразования вращательного движения рабочего вала в возвратно-поступательное движение поршней, содержащая корпус с оппозитно расположенными цилиндрами, в которых размещены двухпоршневые штоки, связывающие поршни с шейками коленчатого вала, выполненного из двух кинематически взаимосвязанных между собой с возможностью перемещения перпендикулярно плоскости движения штоков.

К недостаткам этой машины можно отнести наличие коленчатого вала и связанные с ним вредные действия радиальных сил, направленных от поршня на зеркало цилиндра, что увеличивает износ цилиндропоршневой группы, ухудшает рабочие характеристики двигателя и его мотороизноса.

Наиболее близким к заявленному техническому решению по конструкции является свободнопоршневый двигатель (Патент RU 1548476, МПК F 01 B 9/08, F 02 B 71/04), содержащий корпус, цилиндры, расположенные в них поршни двойного действия со штоками, на которых с одной стороны выполнены зубчатые рейки, входящие в зацепление с рабочими шестернями двух промежуточных валов, на которых размещены муфты свободного хода с зубчатыми венцами, входящими в зацепление с центральной шестерней, жестко установленной на выходном валу, причем двигатель выполнен рядным с по меньшей мере четырьмя поршнями.

Недостатком свободнопоршневого двигателя является сложность конструкции, наличие дополнительных узлов трения в виде опорных роликов, а также отсутствие надежной системы запуска двигателя.

Задачей предложенного технического решения является повышение надежности за счет вовлечения в работу двух сторон штока и синхронизации всех узлов машин, снижение сил трения за счет отсутствия опорных роликов, роль которых берет на себя синхронизирующая шестерня.

Поставленная задача решается двухтактной поршневой машиной, содержащей корпус, цилиндры, расположенные в них поршни двойного действия со штоками, на которых выполнены зубчатые рейки, входящие в зацепление с рабочими шестернями, в которой в отличие от известной, на штоках цилиндров зубчатые рейки выполнены с двух противоположных сторон каждого штока. Предложенная поршневая машина дополнительно содержит синхронизирующую шестерню, которая входит в зацепление с зубчатыми рейками, расположенными на внутренних сторонах штоков, и соединена через вал и муфту с электродвигателем, вторую рабочую шестерню, причем обе рабочие шестерни входят в зацепление с зубчатыми рейками, расположенными с внешних сторон штоков, содержит шестерню вала отбора мощности и две обгонные муфты с зубчатыми венцами, которые установлены на дополнительных валах и входят в зацепление друг с другом, кроме того, одна из обгонных муфт входит в зацепление с шестерней вала отбора мощности.

Предложенная конструкция поршневой машины за счет вовлечения в работу двух сторон штоков и наличия синхронизирующей шестерни обеспечивает слаженность и надежность работы всех узлов и самой машины в целом. Синхронизирующая шестерня берет на себя и роль опорных роликов, что значительно снижает силы трения при работе машины.

На фиг. 1 изображена двухтактная поршневая машина; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - разрез заявляемой машины по цилиндрам.

Поршневая машина содержит корпус 1, цилиндры 2, 3, 4, 5, в которых расположены двухпоршневые штоки 6, 7 с зубчатыми рейками. В корпусе 1 расположены обгонные муфты 8, 9 с зубчатыми венцами, синхронизирующая шестерня 10 и рабочие шестерни 11, 12, обгонная муфта 8 и рабочая шестерня 11 установлены на валу 13, а обгонная муфта 9 с рабочей шестерней 12 - на валу 14. В головках цилиндров 2, 3, 4, 5 размещены впускные окна с клапанами 15, 16, 17 и 18. Выпускные окна 19 и 20 расположены на боковых поверхностях цилиндров 2 и 3. Впускной коллектор 21 соединяет впускные окна 15, 16, 17 и 18, расположенные на головках цилиндров 2, 3, 4, 5. Машина содержит полумуфту 22, которая вместе с синхронизирующей шестерней 10 расположена на валу 23. На корпусе 1 закреплено пусковое устройство 24. На валу отбора мощности 25 расположена шестерня 26, которая находится в зацеплении с обгонной муфтой 9.

Работает двухтактная поршневая машина следующим образом.

От внешнего источника энергии через пусковое устройство 24 осуществляется осевое смещение полумуфты 22 по валу 23 до соединения ее с выступами шестерни 10, после чего полумуфта 22 приводит синхронизирующую шестерню 10 во вращательное движение. При этом двухпоршневые штоки 6, 7 начинают двигаться в противоположных направлениях и при достижении крайних положений полумуфта 22 изменяет направление своего вращения на противоположное и сообщает это направление синхронизирующей шестерне 10. Полумуфта 22 передает шестерне 10 вращательное движение по часовой стрелке и против нее до тех пор, пока двухтактная поршневая машина не заводится. После чего полумуфта 22 перемещается по оси вала 23 синхронизирующей шестерни 10 и выходит из зацепления.

При движении штока 6 в направлении впускного клапана 15, а штока 7 в направлении клапана 18 происходит сжатие воздуха. Затем, при достижении крайних положений в камере цилиндров 2, 5 происходит впрыск топлива и его воспламенение. Образующиеся в результате горения рабочие газы перемещают двухпоршневый шток в направлении клапана 16, а двухпоршневый шток 7 - в направлении клапана 17. При этом зубчатые рейки штока 6 с одной стороны приводят во вращение рабочую шестерню 11 и через обгонную муфту 8, находящуюся в зацеплении с обгонной муфтой 9, приводят во вращение шестерню 26 вала отбора мощности 25. Одновременно двухпоршневый шток 7, движущийся в направлении клапана 17, зубчатыми рейками с одной стороны приводит во вращательное движение синхронизирующую шестерню 10 и с другой стороны - шестерню 12 и через обгонную муфту 9, венцом находящуюся в зацеплении и с обгонной муфтой 8, передающей вращение на шестерню 26 вала отбора мощности 25.

При прохождении двухпоршневого штока 6 в направлении клапана 16 мимо выпускного окна 19 происходит его открытие и выпуск отработанных газов в выхлопной коллектор, давление газов в цилиндре 2 резко падает, открывается клапан 15, и через него проходит продувка цилиндра 2 сжатым воздухом от нагнетателя (не показан). Аналогичный процесс осуществляется в цилиндре 5 при движении двухпоршневого штока 7 в направлении клапана 17 мимо выпускного окна 20.

Одновременно на другом конце двухпоршневого штока 6 в цилиндре 3 происходит сжатие воздуха и при достижении крайнего положения в цилиндре 3, а также и цилиндре 4 происходят впрыск топлива и его воспламенение. Образующиеся в результате горения рабочие газы перемещают двухпоршневый шток 6 в направлении клапана 18. Зубчатые рейки передают усилие на шестерни 10, 11, 12, через обгонные муфты 8 и 9 вращение передается на шестерню 26 вала отбора мощности 25.

Машина предназначена для использования в энергетике, а именно для привода генераторов, компрессоров, транспортных средств и т.п. Машина содержит поршни двойного действия со штоками, имеющими зубчатые рейки, рабочие и синхронизирующую шестерни, взаимодействующие с рейками; синхронизирующая шестерня через вал и муфту соединена с электродвигателем; две обгонные муфты с зубчатыми венцами установлены на дополнительных валах и взаимодействуют друг с другом, а одна из них - с шестерней вала отбора мощности. Изобретение обеспечивает повышение надежности и снижение сил трения. 3 ил.

Двухтактная поршневая машина, содержащая корпус, цилиндры, расположенные в них поршни двойного действия со штоками, на которых выполнены зубчатые рейки, входящие в зацепление с рабочими шестернями, отличающаяся тем, что на штоках цилиндров зубчатые рейки выполнены с двух противоположных сторон каждого штока, машина дополнительно содержит синхронизирующую шестерню, которая входит в зацепление с зубчатыми рейками, расположенными с внутренних сторон штоков, и соединена через вал и муфту с электродвигателем, вторую рабочую шестерню, причем обе рабочие шестерни входят в зацепление с зубчатыми рейками, расположенными с внешних сторон штоков, шестерню вала отбора мощности, две обгонные муфты с зубчатыми венцами, которые установлены на дополнительных валах и входят в зацепление друг с другом, кроме того, одна из обгонных муфт входит в зацепление с шестерней вала отбора мощности.