АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПРОТИВОПОЛОЖНО ДВИЖУЩИМИСЯ ПОРШНЯМИ Российский патент 2006 года по МПК F01B3/00 

Изобретение относится к двигателестроению.

Известны двигатели внутреннего сгорания двойного действия, в которых термодинамические процессы совершаются с двух сторон поршня, что позволяет увеличить мощность двигателя в 1,5-1,8 раза. Однако из-за тяжелых условий работы поршневой группы, штока и других деталей, а также из-за трудности обеспечения термодинамического процесса в полости цилиндра, где проходит шток, двигатели двойного действия не выпускаются (см. книгу "Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей". Под редакцией А.С.Орлина, М.Г. Круглова. Москва. "Машиностроение", 1984 г., стр.13).

Известны также аксиально-поршневые двигатели с противоположно движущимися поршнями, например двигатель Жиродена (см. журнал "Судостроение" № 1 за 1972 г., стр.27).

В этом двигателе цилиндры расположены вокруг вала и параллельно его оси. Штоки поршней шарнирно связаны с качающимися конусами, посаженными на косую шейку вала и опирающимися на сферический подшипник, а рабочие процессы совершаются только между сходящимися поршнями. При этом в механизме преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала силы инерции при расхождении поршней не гасятся силами давления газов, как и у двигателей с кривошипно-шатунным механизмом. Эти силы, действующие в сочленениях механизма преобразования движения, снижают механический КПД двигателя. Кроме того, стабилизация движения качающихся конусов в этом двигателе осуществляется через зубчатое зацепление, в котором также имеются значительные потери на трение.

Такое исполнение двигателей позволяет получить весогабаритные показатели на уровне звездообразных двигателей с обычным кривошипно-шатунным механизмом преобразования движения (см. журнал Судостроение №1 1972 г., стр. 26,27).

Известен аксиально-поршневой двигатель с противоположно движущимися поршнями, содержащий корпус, вал, цилиндры, расположенные вокруг и параллельно оси вала, по два поршня с уплотнениями с обоих торцов в каждом цилиндре, неподвижно закрепленные на валу две косые втулки и две качающиеся шайбы с радиальными цапфами, связанными с поршнями через шатуны-поводки, в котором рабочие процессы совершаются как в объеме между поршнями с одной стороны, так и между торцовыми крышками и поршнями с другой стороны ( SU 1694934 A1, 30.11.1991).

Это техническое решение является наиболее близким аналогом.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является улучшение весогабаритных показателей и механического КПД двигателя путем гашения сил инерции силами давления газов вблизи обеих мертвых точек.

Эта задача достигается тем, что в аксиально-поршневом двигателе с противоположно движущимися поршнями, содержащем корпус, вал, цилиндры, расположенные вокруг и параллельно оси вала, по два поршня с уплотнениями с обоих торцов в каждом цилиндре, неподвижно закрепленные на валу две косые втулки и две качающиеся шайбы с радиальными цапфами, связанными с поршнями через шатуны-поводки, при этом рабочие процессы совершаются как в объеме между поршнями с одной стороны, так и между торцовыми крышками и поршнями с другой стороны, цапфы качающихся шайб введены внутрь поршней сбоку, шатуны-поводки размещены внутри поршней, а качающиеся шайбы имеют стабилизаторы движения в виде цапф с роликами, опирающимися на направляющие поверхности в корпусе.

Кроме того, двигатель отличается от известных тем, что для повышения механического КПД путем снижения давления поршней на стенки цилиндров, возникающего от крутящего момента на валу, ролики стабилизаторов качающихся шайб имеют сфероидальную форму.

Возможно исполнение двигателя, в котором ролики стабилизаторов установлены на цапфах качающихся шайб, связанных с поршнями.

Кроме того, в описанном двигателе объемы между торцовыми крышками цилиндров и поршнями могут быть использованы для сжатия воздуха при продувке двигателя или в качестве компрессора.

На фиг.1 изображен описываемый аксиально-поршневой двигатель; на фиг.2 - разрез по А-А.

Двигатель содержит корпус 1, цилиндры 2, в каждом из которых размещены и могут двигаться по два поршня 3, имеющих уплотнения с обоих торцов, вал 4 на подшипниках с закрепленными на нем неподвижно двумя косыми втулками 5. На косых втулках через подшипники установлены две качающиеся шайбы 6 с радиальными цапфами, входящими внутрь поршней и связанными шарнирно с поршнями через шатуны-поводки 7.

Качающиеся шайбы 6 имеют специальные цапфы с роликами 8 сфероидальной формы, опирающимися на направляющие поверхности в корпусе.

Аксиально-поршневой двигатель работает следующим образом.

При вращении вала 4 косые втулки 5 через подшипники придают колебательное движение качающимся шайбам 6, радиальные цапфы которых через шатуны-поводки 7 приводят в возвратно-поступательное движение поршни 3. При этом в меняющихся объемах между поршнями с одной стороны и между поршнями и крышками цилиндров с другой совершаются термодинамические циклы двигателя внутреннего сгорания.

Механизм связи поршней с валом обладает свойством обратимости и поэтому силы давления газов на поршни преобразуются в крутящий момент на валу двигателя. Возникающий при этом реактивный крутящий момент на качающихся шайбах 6 воспринимается сфероидальными роликами 8 стабилизаторов и передается корпусу, тем самым разгружая поршни от бокового давления на стенки цилиндров.

Кроме того, возникающие при работе двигателя силы инерции поступательно движущихся масс в двигателе гасятся силами давления газов в обеих мертвых точках, что разгружает механизм преобразования движения от значительных сил.

В заявке описан двигатель с двумя цилиндрами. По изобретению могут быть выполнены одноцилиндровый и многоцилиндровый двигатели.

Таким образом, изобретение повышает весогабаритные показатели и КПД аксиально-поршневых двигателей с противоположно движущимися поршнями.

Устройство предназначено для использования в области двигателестроения. Цапфы качающихся шайб в двигателе введены внутрь поршней, а шатуны-поводки размещены внутри поршней, которые имеют уплотнения по обоим торцам. Качающиеся шайбы имеют стабилизаторы движения в виде цапф с роликами, опирающимися на направляющие поверхности в корпусе. Рабочие процессы происходят в объеме между поршнями с одной стороны, так и между торцовыми крышками и поршнями с другой, что улучшает весогабаритные показатели, повышается КПД аксиально-поршневых двигателей с противоположно-движущимися поршнями. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Аксиально-поршневой двигатель с противоположно движущимися поршнями, содержащий корпус, вал, цилиндры, расположенные вокруг и параллельно оси вала, по два поршня с уплотнениями с обоих торцов в каждом цилиндре, неподвижно закрепленные на валу две косые втулки и две качающиеся шайбы с радиальными цапфами, связанными с поршнями через шатуны-поводки, в котором рабочие процессы совершаются как в объеме между поршнями с одной стороны, так и между торцовыми крышками и поршнями с другой стороны, отличающийся тем, что цапфы качающихся шайб введены внутрь поршней сбоку, шатуны-поводки размещены внутри поршней, а качающиеся шайбы имеют стабилизаторы движения в виде цапф с роликами, опирающимися на направляющие поверхности в корпусе.2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что ролики стабилизаторов качающихся шайб имеют сфероидальную форму.3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что ролики стабилизаторов установлены на цапфах качающихся шайб, связанных с поршнями.