ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНАЯ ЖИДКОСТНАЯ МАШИНА Российский патент 2007 года по МПК F01B9/00 

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение

Предлагаемое изобретение относится к таким возвратно-поступательным жидкостным машинам, которые именуются устройствами с треугольным шатуном.

Предпосылки создания предлагаемого изобретения

Известные устройства с треугольным шатуном включают одну или более пар, расположенных в горизонтальной плоскости напротив друг друга поршней, выполненных с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в соответствующих цилиндрах. Оба поршня пары жестко соединены между собой, так что движение пары поршней представляется как движение единого тела. Возвратно-поступательное движение поршней совершается вдоль одинаково ориентированных осей, которые могут как находиться на одной прямой, так и быть смещенными относительно друг друга (оставаясь параллельными). В центре конструкционного узла, образуемого такой поршневой парой, имеется кривошип, установленный со смещением в ползуне. Ползун, в свою очередь, установлен в узле поршневой пары между расположенным напротив друг друга поверхностями скольжения, которые перпендикулярны осям поршней. Ползун ограничен в своем движении перпендикулярно осям поршней таким образом, что при вращении кривошипа обеспечено возвратно-поступательное движение поршней вдоль их осей по правильному гармоническому (то есть синусоидальному) закону. В определенных обстоятельствах правильное синусоидальное движение предпочтительно перед квазисинусоидальным движением, обеспечиваемым конструкцией, состоящей из кривошипа и шатуна, которая используется в большинстве двигателей внутреннего сгорания и насосов. Однако таким устройствам присущи определенные недостатки. Ни ползун, который выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в вертикальной плоскости, ни поршни не допускают динамической балансировки с помощью некоторой приводимой во вращение массы. Несмотря на то что эта динамическая несбалансированность может быть до некоторой степени компенсирована в устройствах с несколькими поршневыми парами, тем не менее, остаются качающиеся пары.

Кроме того, в известных конструкциях ползун выполнен с возможностью скольжения между расположенными напротив друг друга поверхностями скольжения, образующими одну пару и находящимися по обе стороны опоры нижнего конца шатуна. Поршни должны быть расположены вдоль параллельных осей, а расстояние между поверхностями скольжения ползуна и направляющими поверхностями поршней должно быть больше, чем диаметр опоры нижнего конца шатуна на кривошипе.

Цель предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы исправить по меньшей мере некоторые из недостатков предшествующего уровня техники, а в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения - создать устройство, в котором спаренные поршни были бы соединены между собой не жестко и не были бы обязательно расположенными на одной или параллельных осях, и в котором была бы обеспечена более высокая степень динамической балансировки. Кроме того, предлагаемое изобретение обеспечивает возможность использования нечетного количества поршней, соединенных с одной опорой нижнего конца шатуна.

В одном из вариантов осуществления предлагаемого изобретения обеспечена фактическая развязка поршней, при этом каждый поршень имеет свою собственную пару или группу поверхностей скольжения и свой собственный ползун. Эти поверхности скольжения каждого поршня находятся не по обе стороны опоры нижнего конца шатуна, а удалены от опоры нижнего конца шатуна на некоторое расстояние. Эти поверхности скольжения могут представлять собой поверхности сложной формы. Такая развязка поршней означает, что каждый поршень не зависит от связи с другим поршнем или другими поршнями при своем движении в обоих направлениях, и что движение каждого поршня может быть обеспечено вдоль своей отдельной оси и в другой, чем другие поршни, фазе. Несмотря на то что поршни могут быть соединены между собой посредством некоторого общего соединительного звена, являющегося носителем поверхностей скольжения разных поршней, тем не менее, поршни не соединены друг с другом жестко. Пара поршней может образовывать, например, V-образную пространственную конфигурацию, или же три поршня могут располагаться звездой под углом 120° друг к другу.

Важным признаком предлагаемого изобретения является использование ограничительных средств, которые служат направляющими для поршня или других частей поршневого конструкционного узла. Эти ограничительные средства расположены в месте, которое может быть в общем охарактеризовано как "в сторону поверхностей скольжения, но не одной линии с направлением скольжения".

Описание изобретения

В одном из общих вариантов осуществления предлагаемое изобретение представляет собой жидкостное устройство с треугольным шатуном, которое включает следующие составные части:

- кривошип, включающий опору нижнего конца шатуна, имеющую ось, для которой обеспечена возможность совершения движения по орбите вокруг главной оси кривошипа;

- соединительное средство, установленное на оси опоры нижнего конца шатуна;

- по меньшей мере один поршень, установленный с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндра вдоль своей оси, при этом поршень имеет область поперечного сечения, перпендикулярную оси поршня, и направляющее средство, включающее некоторую линейную поверхность, расположенную с пересечением оси поршня, при этом направляющее средство находится в зацеплении со средством зацепления на соединительном средстве; и

- по меньшей мере одно ограничительное средство для ограничения движения поршня вдоль его оси;

в котором направляющее средство поршня выполнено с возможностью рассечения области поперечного сечения поршня на две равные части, и по меньшей мере часть каждого из ограничительных средств расположена внутри некоторого объема, сметаемого областью поперечного сечения поршня при ее перемещении вдоль оси поршня, но не расположена вдоль центральной линии вышеуказанного рассечения на две равные части, образованной направляющим средством поршня.

Вышеуказанное направляющее средство преимущественно включает поверхности, выполненные с простиранием перпендикулярно соответствующим осям поршней. Однако это не является обязательным требованием, и эти направляющие поверхности могут быть выполнены по отношению к соответствующим осям поршней под другим, нежели 90°, углом. Будем считать направляющие поверхности "перпендикулярными" осям поршней, даже когда угол, которые они составляют с осями поршней, сличается от прямого до 5° в ту или другую сторону. Средство зацепления может представлять собой две или более параллельных линейных поверхностей, которые выполнены соответственно направляющим поверхностям с возможностью скольжения вдоль последних. В альтернативном варианте средство зацепления может включать две или более роликовых опор или чего-то подобного.

В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения расположенные напротив друг друга линейные параллельные направляющие поверхности могут быть расположены на соединительных средствах, а средство зацепления может быть расположено на поршне. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения имеется два или три поршня, которые установлены на ползунах на каждой опоре нижнего конца шатуна. При желании поршни могут быть расположены под одинаковыми углами к главной оси.

Направляющее средство может быть выполнено заодно с поршнем, или же может быть выполнено на отдельном конструкционном узле, соединенном с поршнем. Когда используется такой отдельный конструктивный узел, он может быть соединен с поршнем шарнирно, а в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения - с помощью конструкционного узла поршневого пальца. Этим обеспечивается возможность использования известных поршней с шатунами, включающими направляющие средства.

Коленчатый вал может быть зафиксирован относительно цилиндров или же может быть выполнен подвижным с возможностью обеспечения изменения степени сжатия и/или синхронизации движения поршней внутри цилиндров. При V-образной конфигурации цилиндров движение коленчатого вала вдоль биссектрисы внутреннего угла, образованного цилиндрами, приводит к изменению степени сжатия без каких-либо изменений фазы. В альтернативном варианте осуществления предлагаемого изобретения обеспечена возможность вращения коленчатого вала вокруг удаленной оси с поднятием или опусканием коленчатого вала. Такое конструктивное решение может быть использовано в однопоршневом двигателе. Движение кривошипа может быть осуществлено в любом направлении.

Когда используется два поршня на каждую опору нижнего конца шатуна, поршни могут быть расположены V-образно. Угол такой V-образной конфигурации может составлять 90°, 60°, 72°, или быть любой другой желаемой величины. Количество поршней на одну нижнюю опору конца шатуна ограничивается только физическими размерами компонентов. Каждая опора нижнего конца шатуна может иметь одно соединительное средство, на котором установлено несколько поршней, или же может быть несколько соединительных средств на каждой опоре нижнего конца шатуна, при этом каждое из этих соединительных средств связано с установленным на нем поршнем.

Когда на одной опоре нижнего конца шатуна установлено несколько поршней, они могут быть расположены на одном и том же расстоянии от главной оси, или же на разных расстояниях от главной оси.

Хотя в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения направляющие средства и сопряженные с ними средства зацепления включают простые линейные поверхности в поперечном сечении, возможны и другие варианты, при которых имеются дополнительные локализующие поверхности, перпендикулярные линии ориентации, обеспечиваемой направляющими средствами.

Несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения предлагаются жидкостные устройства с треугольным шатуном, в которых каждый поршень может быть выполнен с развязкой по отношению к другому поршню, соединенному с той же самой опорой нижнего конца шатуна на кривошипе, благодаря чему обеспечена возможность движения каждого поршня вдоль оси цилиндра, которая может быть расположена под любым углом к оси любого другого цилиндра. При изготовлении таких устройств по изобретению было обнаружено, что поршни могут прокручиваться в цилиндрах вокруг оси, перпендикулярной оси цилиндра, что приводит к повреждению устройства. Для предотвращения таких повреждений было предложено использовать ограничительные средства, установленные на поршне, соединенные с поршнем, или выполненные заодно с поршнем, для поддержания правильной ориентации поршней и предотвращения нежелательного проворота или перекоса поршней. В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено также второе ограничительное средство, расположенное за пределами поршня и канала цилиндра. Это требует дополнительного пространства внутри картера, что приводит к увеличению размеров жидкостного устройства.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения все ограничительные средства расположены в объеме, сметаемом областью поперечного сечения поршня при ее перемещении вдоль оси цилиндра. Однако направляющее средство, или ограничительное средство, или и то, и другое могут также быть выполнены с простиранием за пределы этого объема. Кроме того, ограничительное средство, будучи расположенным внутри вышеуказанного объема, может располагаться не вдоль центральной линии разделения области поперечного сечения на две равные части.

Ограничительное средство может быть выполнено заодно с телом поршня, или же может состоять из одной или более отдельных деталей, скрепленных с телом поршня. В том случае, когда ограничительное средство выполнено отдельно от тела поршня, оно может представлять собой один узел, соединенный с телом поршня жестко или шарнирно. Ограничительное средство может включать один или более направляющих элементов, например трубок или стержней, ориентированных параллельно оси поршня. В том случае, когда ограничительное средство включает два или более направляющих элементов, эти направляющие элементы могут быть расположены симметрично или асимметрично относительно центра поперечного сечения поршня.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения направляющее средство выполнено с простиранием через центр области поперечного сечения поршня.

В том случае, когда на одной опоре нижнего конца шатуна установлено два или более поршней, эти поршни могут быть расположены в одной плоскости или же в двух или более плоскостях.

В предпочтительных вариантах осуществления устройство по предлагаемому изобретению включает стабилизирующее средство, выполненное с возможностью зацепления с соединительным средством для обеспечения единственной ориентации соединительного средства при передвижении последнего по орбите вокруг главной оси.

Вышеуказанное стабилизирующее средство может обеспечивать сцепление соединительного средства по меньшей мере с одним поршнем. Стабилизирующее устройство может включать отдельное соединительное звено, шарнирно соединенное как с соединительным средством, так и с картером.

Кривошипный механизм может представлять собой простой кривошип с выступающей опорой нижнего конца шатуна, или же он может представлять собой сложный механизм, обеспечивающий нечто другое, нежели простое вращательное движение опоры нижнего конца шатуна с постоянной угловой скоростью. Примеры сложных кривошипных механизмов описаны в международных патентных заявках PCT/AU 97/00030 и PCT/AU 98/00287, которые включены в настоящую патентную заявку по ссылке.

В другом варианте осуществления предлагаемое изобретение включает признак, состоящий в том, что главный вал кривошипного механизма выполнен подвижным вдоль по меньшей мере одного пути по отношению к цилиндру или цилиндрам, а средство зацепления выполнено в такой конфигурации, что исключено как запаздывание, так и опережение в работе по меньшей мере одного поршня.

В том случае, когда в устройстве по предлагаемому изобретению поршни расположены V-образно, для главной оси кривошипного механизма преимущественно обеспечена возможность совершения движения вдоль линейного пути по биссектрисе внутреннего угла полученной V-образной фигуры. В альтернативном варианте осуществления предлагаемого изобретения для главной оси кривошипа может быть обеспечена возможность движения вдоль дуги.

Еще в одном варианте осуществления предлагаемого изобретения центр масс соединительного средства расположен на оси опоры нижнего конца шатуна, или же в непосредственной близости к ней.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения кривошип включает противовес, выполненный с возможностью обеспечения статической и/или динамической балансировки массы соединительного средства относительно оси кривошипа.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения эффективный центр масс кривошипа вместе соединительным средством и по меньшей мере одним поршнем при вращении кривошипа остается неподвижным или практически неподвижным относительно оси кривошипа.

Еще в одном варианте осуществления устройство по предлагаемому изобретению имеет два поршня, расположенных не напротив друг друга, при этом соединительное средство и средство зацепления выполнены в таких конфигурациях, что обеспечено движение каждого поршня по простому гармоническому закону.

Еще в одном варианте осуществления устройство по предлагаемому изобретению имеет по меньшей мере одну пару поршней, при этом каждая пара поршней имеет массу, движение которой эквивалентно движению некоторой материальной точки по некоторой орбите.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения траектория вышеуказанного орбитального движения представляет собой круг, но она может быть также эллиптической.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения движение каждого из поршней представляет собой движение по простому гармоническому закону.

Еще в одном из общих вариантов осуществления предлагаемое изобретение также представляет собой жидкостное устройство, которое включает следующие составные части:

- кривошип, включающий опору нижнего конца шатуна, имеющую ось, для которой обеспечена возможность совершения движения по орбите вокруг главной оси кривошипа;

- соединительное средство, установленное на оси опоры нижнего конца шатуна;

- по меньшей мере одну пару поршней, при этом каждый поршень установлен с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри соответствующего цилиндра вдоль соответствующей оси, при этом оси поршней каждой поршневой пары расположены по отношению друг к другу под углом 90°, при этом каждый поршень соединен со средством зацепления на соединительном средстве;

в котором каждая поршневая пара имеет массу, движение которой эквивалентно движению материальной точки по некоторой орбите;

центр масс соединительного средства расположен на оси опоры нижнего конца шатуна, или же в непосредственной близости к ней;

кривошип включает противовес, который расположен практически диаметрально напротив опоры нижнего конца шатуна, и центр масс которого расположен на расстоянии от оси кривошипа, при этом противовес обеспечивает эквивалент:

некоторой первой массы, предназначенной для обеспечения статической и/или динамической балансировки всей массы опоры нижнего конца шатуна или ее части по отношению к оси кривошипа;

некоторой второй массы, предназначенной для обеспечения статической и/или динамической балансировки всей массы соединительного средства или ее части по отношению к оси кривошипа; и

некоторой третьей массы, предназначенной для обеспечения статической и/или динамической балансировки всей массы каждой пары поршней или ее части по отношению к оси кривошипа.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения угол составляет 90°.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения траектория орбитального движения представляет собой круг, а третья масса выбрана с возможностью статической и/или динамической балансировки массы поршней.

В том случае, когда траектория орбитального движения не является круговой, третья масса может быть выбрана с возможностью балансировки массы поршней в первом направлении. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения это первое направление перпендикулярно биссектрисе угла между осями соответствующей пары поршней.

Во всех вариантах осуществления предлагаемого изобретения соединительное средство (если таковое имеется) может быть выполнено с возможностью совершения невращательного движения относительно поршня. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения следует обходиться без какого бы то ни было вращательного движения соединительного средства, кроме как имеющего место по причине наличия люфтов.

Еще в одном из общих вариантов осуществления предлагаемое изобретение представляет собой жидкостное устройство поршневого типа, которое включает следующие составные части:

- кривошип, имеющий главную ось и включающий опорный элемент нижнего конца шатуна, имеющий ось, для которой обеспечена возможность вращения вокруг главной оси;

- по меньшей мере один поршневой конструкционный узел, имеющий по меньшей мере один поршень, установленный с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндра вдоль оси поршня, при этом поршень имеет область поперечного сечения, которая ориентирована перпендикулярно оси поршня;

- по меньшей мере один ведомый элемент передачи, расположенный между опорным элементом нижнего конца шатуна и поршнем и предназначенный для передачи движения опорного элемента нижнего конца шатуна к поршню, при этом ведомый элемент передачи выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного движения вдоль линейного пути, имеющего центральную линию, расположенного между двумя конечными точками; и

- по меньшей мере одно ограничительное средство, предназначенное для недопущения иного движения поршня, нежели движение вдоль оси поршня;

в котором по меньшей мере часть каждого ограничительного средства расположена внутри объема, сметаемого областью поперечного сечения при ее перемещении вдоль оси поршня, но не расположена на центральной линии между двумя конечными точками.

Устройство по предлагаемому изобретению может иметь поршневые конструкционные узлы, каждый из которых имеет две поверхности, при этом на одной поверхности имеется выступающий опорный элемент, а на другой поверхности имеется опора ведомого элемента передачи.

Устройство по предлагаемому изобретению может иметь только один ведомый элемент передачи, имеющий опору на обе поверхности, или же оно может иметь два ведомых элемента передачи, каждый из которых имеет опору на соответствующую одну плоскость.

Каждый поршневой конструкционный узел может иметь один поршень, или же он может иметь два поршня. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения в тех случаях, когда предусмотрено два поршня на каждый поршневой конструкционный узел, имеется по меньшей мере один ведомый элемент передачи, расположенный ниже поршней.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения опорный элемент нижнего конца шатуна представляет собой круглый кулачок, центр которого смещен относительно оси кривошипа.

В устройстве по предлагаемому изобретению на каждый опорный элемент нижнего конца шатуна может приходиться два или более поршневых конструкционных узлов.

В тех случаях, когда предусмотрено два или более поршневых конструкционных узлов на каждый опорный элемент нижнего конца шатуна, они выполнены с возможностью совершения возвратно-поступательного движения вдоль осей поршней, ориентированных под произвольным углом по отношению друг к другу. В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретения на каждый выступающий элемент опоры нижнего конца шатуна приходится два поршневых узла, которые ориентированы под углом 90° по отношению друг к другу.

Еще в одном из общих вариантов осуществления устройство по предлагаемому изобретению представляет собой жидкостное устройство с треугольным шатуном, которое включает следующие составные части:

- кривошип, включающий опору нижнего конца шатуна, имеющую ось, для которой обеспечена возможность совершения орбитального движения вокруг главной оси кривошипа, и которая параллельна главной оси кривошипа;

- по меньшей мере один поршневой конструкционный узел, включающий следующие составные части:

- поршень, установленный с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндра вдоль оси поршня, которая расположена в плоскости, перпендикулярной оси опоры нижнего конца шатуна и главной оси, при этом поршень имеет область поперечного сечения, которая перпендикулярна оси поршня; и

- элемент типа "треугольный шатун", выбранный из группы, включающей: канал, брус, канал и брус, расточенное отверстие и расточенное отверстие и брус, при этом элемент типа "треугольный шатун" выполнен с возможностью задания продольного пути, опора нижнего конца шатуна выполнена с возможностью совершения возвратно-поступательного движения вдоль этого пути относительно поршня между двумя конечными точками, элемент типа "треугольный шатун" выполнен заодно с поршнем или же соединен с последним с помощью средства типа шатуна; и

- ограничительное средство, выполненное с возможностью совершения движения вдоль заданного пути и недопущения иного движения одного или более поршней, элемента типа "треугольный поршень" и средства и средства типа шатуна, нежели движение вдоль заданного пути,

характеризующееся тем, что по меньшей мере часть ограничительного средства расположена с пересечением продольного пути элемента типа "треугольный шатун" внутри объема, сметаемого областью поперечного сечения поршня.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения элемент типа "треугольный шатун" включает поверхности, ориентированные практически перпендикулярно соответствующим осям поршня, как об этом уже говорилось выше.

Ограничительное средство, которое тоже уже обсуждалось выше при рассмотрении предыдущего варианта предлагаемого изобретения, предназначено для предотвращения заклинивания поршня в цилиндре, которое может возникать при достаточно высоких температурах. Желательно, чтобы было обеспечено поддержание положения поршня на линии оси поршня. Несколько предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения описываются здесь со ссылками на прилагаемые чертежи. Следует заметить, что когда ограничительное средство расположено внутри "следа" поршня, обеспечивается минимизация массы металла жидкостного устройства по предлагаемому изобретению.

Как можно будет увидеть из прилагаемых чертежей, в некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения ограничительные средства образуют пары, и линия, проведенная от одного элемента такой пары к другому, перпендикулярна продольному пути. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения ограничительное средство включает элементы, которые расположены по разные стороны продольного пути, но наискось, не перпендикулярно.

Ограничительное средство может быть установлено на колодке внутри "следа" поршня, благодаря чему могут быть минимизированы размеры устройства по предлагаемому изобретению.

Еще в одном из общих вариантов осуществления устройство по предлагаемому изобретению также представляет собой жидкостное устройство, которое включает следующие составные части:

- кривошип, включающий опору нижнего конца шатуна, имеющую ось, для которой обеспечена возможность орбитального движения вокруг главной оси;

- соединительное средство, установленное на оси опоры нижнего конца шатуна;

- по меньшей мере один поршень, установленный с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндра вдоль оси поршня;

- промежуточное соединительное средство, установленное с обеспечением соединения по меньшей одного поршня с соединительным средством; и

- средство для регулирования положения промежуточного соединительного средства относительно по меньшей мере одного поршня, или относительно соединительного средства, или относительно и того, и другого.

Вышеуказанное средство для регулирования положения промежуточного соединительного средства может включать паз, канавку или поверхность, находящуюся в зацеплении с этим промежуточным соединительным средством.

В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретения вышеуказанное промежуточное соединительное средство включено в направляющее средство или находится с последним в зацеплении в целях стабилизации по меньшей мере одного поршня в цилиндре. Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретения средство для регулирования положения промежуточного соединительного средства включает направляющее средство, но это не является обязательным условием, направляющее средство может быть выполнено отдельно.

Вышеуказанное средство для регулирования положения промежуточного соединительного средства может быть выполнено с возможностью совершения движения относительно оси цилиндра в поперечном или продольном направлении, или же и в том, и в другом направлении. Направляющее средство может быть выполнено с возможностью совершения вращательного движения вокруг некоторой оси.

Средство для регулирования положения промежуточного соединительного средства может включать (как в единичном, так и в большем количестве) пазы, канавки, поверхности и т.п., которые могут быть прямолинейными, или же искривленными, имеющими один радиус кривизны, или несколько радиусов кривизны. Вышеуказанное промежуточное соединительное средство может включать скользящие или роликовые контактные элементы, предназначенные для взаимодействия со средством для регулирования положения промежуточного соединительного средства.

Средство для регулирования положения промежуточного соединительного средства может быть выполнено с возможностью совершения движения в целях изменения эффективного хода поршней, эффективной степени сжатия, обеспечиваемой устройством, или пути (как по параметру положения, так и по параметру времени), проходимого поршнями, или же любой комбинации вышеуказанного.

Еще в одном варианте осуществления устройство по предлагаемому изобретению включает средство для регулирования расстояния между поршнем и средством зацепления.

Вышеуказанное средство для регулирования расстояния между поршнем и средством зацепления, используемое в этом варианте, может включать сжимаемый шатун.

Выше описано, как жидкостное устройство по предлагаемому изобретению может быть полностью или практически сбалансировано статически или динамически, или же как статически, так и динамически относительно оси кривошипа. Следует заметить, что в соответствии с вышеописанным может быть сбалансирована дополнительная масса ограничительного средства. Кроме того, следует заметить, что, хотя балансировка поршней, установленных на одном кривошипе, это норма, балансировка устройства с поршнями, установленными на отдельных опорах нижнего конца шатуна, возможна только, когда опоры нижнего конца шатуна находятся на одной оси.

Выше описаны варианты устройства по предлагаемому изобретению, в которых движение поршней обеспечено с помощью ползунов, установленных на опорах нижнего конца шатуна, и в которых на одном ползуне могут быть установлены два или более поршней, но для каждого из них обеспечена возможность совершения движения вдоль отдельного пути друг к другу.

Так как ни один поршень не имеет непосредственного соединения ни с каким другим поршнем, поршни имеют тенденцию к проворачиванию внутри цилиндров вокруг некоторой оси, практически параллельной оси кривошипа. Это может привести к выходу устройства из строя. Однако при наличии ограничительного средства, ориентированного параллельно оси цилиндра, обеспечивается предотвращение такого нежелательного проворачивания, как это было описано выше. В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения ограничительное средство находится выше сметаемого объема коленчатого вала и опоры нижнего конца шатуна. Ограничительные средства могут быть размещены таким образом, чтобы на разных стадиях цикла они были направлены в проекцию площади, сметаемой кривошипом и ползуном. Это позволяет сделать устройство более компактным.

В известных поршневых жидкостных машинах с треугольным шатуном ползун установлен с возможностью вращения на опоре нижнего конца шатуна на кривошипе, который выполнен с возможностью совершения движения вокруг главной оси. Движение ползуна ограничено движением вдоль прямолинейного паза, выполненного в поршневом конструкционном узле, который ориентирован практически перпендикулярно оси цилиндра. Таким образом, при вращении кривошипа обеспечивается принуждение поршня к совершению возвратно-поступательного движения вдоль оси цилиндра.

В известных устройствах с одним поршнем вышеуказанный прямолинейный паз расположен на оси цилиндра таким образом, что при нахождении поршня в верхней мертвой точке опора нижнего конца шатуна занимает положение между поршнем и главной осью.

Предлагаемое изобретение позволяет создать различные новые и неочевидные варианты жидкостной машины, которые не подчиняются этим стандартам.

Еще в одном варианте осуществления предлагаемого изобретения при нахождении поршня в верхней мертвой точке главная ось находится между поршнем и осью опоры нижнего конца шатуна.

Это фактически положение, противоположное нормальному.

В другом варианте осуществления предлагаемого изобретения главная ось не расположена на оси цилиндра или на какой-либо из осей цилиндров.

В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретения в том случае, когда поршень или один из поршней находится в верхней или нижней мертвой точке, линия, соединяющая главную ось и ось опоры нижнего конца шатуна, параллельна оси соответствующего цилиндра и смещена относительно нее.

В известном уровне техники в двигателях внутреннего сгорания или насосах с треугольным шатуном два расположенных напротив друг друга поршня обычно жестко соединены между собой с помощью шатунного узла. При этом ползун, который установлен с возможностью совершения вращательного движения на опоре нижнего конца шатуна на кривошипе, выполнен с возможностью скольжения внутри этого шатунного узла, при этом для поршней обеспечено принуждение к совершению возвратно-поступательного движения.

Целью предлагаемого изобретения является создание усовершенствованных конструкций шатунного узла, которые позволяют, в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения, использовать для построения шатунного узла две одинаковых части. Этот шатунный узел может быть расщеплен в продольном или поперечном направлении относительно оси цилиндра. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения количество требуемых фиксирующих деталей уменьшено, благодаря чему упрощается процесс изготовления компонентов устройства.

В одном из общих вариантов осуществления предлагаемого изобретения в жидкостном устройстве треугольно-шатунного типа, в котором расположенные напротив друг друга поршни выполнены с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в расположенных напротив друг друга цилиндрах, оси которых параллельны, предусмотрено, что шатунный узел установлен на двух поршнях и включает участок зацепления, предназначенный для взаимодействия с элементом зацепления, установленным с возможностью совершения вращательного движения на опоре нижнего конца шатуна на коленчатом вале, и в котором средство зацепления выполнено с возможностью совершения возвратно-поступательного движения при вращении кривошипа, при этом вышеуказанный участок зацепления расщеплен на две части.

Вышеуказанный участок зацепления может быть расщеплен вдоль плоскости, практически параллельной осям цилиндров, или вдоль плоскости, практически перпендикулярной осям цилиндров.

Вышеуказанные две части, на которые расщеплен участок зацепления, могут быть как идентичными, так и разными.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения для надежного удержания двух частей вместе требуется только две фиксирующие детали.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения участок зацепления включает два расположенных напротив друг друга канала, в которых для средства зацепления обеспечена возможность совершения возвратно-поступательного движения. Границы каждого из этих каналов могут быть образованы только одной из частей, или же границы каждого канала могут быть образованы обеими частями.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения в тех случаях, когда части идентичны, и границы каждого канала образованы только одной частью, или же границы каждого канала образованы с участием обеих частей, каждая часть включает ножку, которая вытянута в направлении к другой части с обеспечением зацепления с ней. Эти ножки могут быть расположены на противоположных концах канала, на одной и той же его боковой стороне, или же на одном и том же конце канала, но на его противоположных боковых сторонах, или же на противоположных концах и на противоположных боковых сторонах канала. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения удержание двух ножек, каждая из которых принадлежит соответствующей одной части, может быть обеспечено с помощью одной фиксирующей детали.

В тех случаях, когда использованы неидентичные части, одна из частей может иметь две или более выступающих ножек, расположенных рядом с каналом, при этом другая часть может не иметь ножек совсем или иметь одну ножку, расположенную рядом с каналом.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения ножки расположены на концах канала, но возможно и такое решение, когда единственная ножка расположена рядом с каналом в средней точке. В такой конструкции кривошип выполнен с невозможностью прохождения через участок зацепления.

Было установлено, что устройства по предлагаемому изобретению (с развязкой поршней, со спаренными поршнями или треугольно-шатунного типа) могут быть совершенным образом сбалансированы, так что центр масс подвижных частей машины (кривошип, поршни и их элементы, а также соединительные элементы между опорой нижнего конца шатуна и поршнями) остается абсолютно неподвижным и отцентрированным на главной оси при совершении этими частями машины вращательных движений, орбитальных движений и возвратно-поступательных движений в течение ее рабочего цикла. Пара поршней, расположенных под углом 90° друг к другу и установленных на одной и той же оси опоры нижнего конца шатуна, могут быть сбалансированы идеальным образом. Пара поршней, расположенных под углом 90° друг к другу и установленных на соосных опорах нижнего конца шатуна, тоже могут быть сбалансированы идеальным образом (хотя в этом варианте может быть установлена качающаяся пара).

Машина с V-образно расположенными поршнями (под углом, отличающимся от 90°) может быть также сбалансирована идеальным образом. Это может быть достигнуто путем расщепления опоры нижнего конца шатуна таким образом, чтобы на пару масс, выполненных с возможностью совершения возвратно-поступательного движения, то есть поршней, приходилось бы две оси опоры нижнего конца шатуна. Эти две оси опоры нижнего конца шатуна имеют угловое смещение относительно друг друга вокруг главной оси.

Краткое описание прилагаемых чертежей

Предлагаемое изобретение будет лучше понято при рассмотрении некоторых предпочтительных вариантов его осуществления (которыми объем притязаний предлагаемого изобретения не ограничивается), которые описываются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 в поперечном сечении показано жидкостное устройство по предлагаемому изобретению.

На фиг.2 устройство, показанное на фиг.1, показано в аксонометрии с частичным вырезом.

На фиг.3 в аксонометрии показано трехпоршневое устройство по предлагаемому изобретению.

На фиг.4 на виде сверху показано устройство по третьему варианту осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.5 в аксонометрии с частичным вырезом показано устройство по четвертому варианту осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.6 на виде сверху показано соединительное устройство, относящееся к устройству, показанному на фиг.5.

На фиг.7 устройство, показанное на фиг.6, показано в аксонометрии.

На фиг.8 на виде сверху показано устройство, являющееся вариацией устройства, показанного на фиг.6.

На фиг.9 в аксонометрии показано устройство по пятому варианту осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.10 устройство, показанное на фиг.9, показано на виде сверху.

На фиг.11 на виде сверху показано устройство по шестому варианту осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.12 на виде сверху показано устройство по седьмому варианту осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.13 на виде сверху показано устройство по восьмому варианту осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.14 - фиг.28 показаны различные конфигурации направляющих поверхностей, относящихся к устройству по предлагаемому изобретению.

На фиг.29 показан двигатель внутреннего сгорания с двумя V-образно расположенными цилиндрами, являющийся вариантом осуществления предлагаемого изобретения, снабженный ограничительными средствами.

На фиг.30 показана кинематическая схема двигателя внутреннего сгорания с двумя V-образно расположенными цилиндрами, являющегося вариантом осуществления предлагаемого изобретения, снабженного ограничительными средствами.

На фиг.31 - фиг.40 показаны продольные разрезы через опору нижнего конца шатуна и варианты осуществления соединительного средства в устройстве по предлагаемому изобретению.

На фиг.41 - фиг.47 показаны другие варианты соединения между соединительным средством и средством зацепления поршня.

На фиг.48 и фиг.49 показаны на виде сверху варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с треугольным шатуном по предлагаемому изобретению.

На фиг.50 и фиг.51 схематично в поперечном сечении показаны другие варианты осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.52 на виде сверху показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.53 на виде сверху показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.54 и 55 на виде сверху показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.56 в аксонометрии показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.57 в аксонометрии показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.57а вариант, показанный на фиг.57, показан на виде сверху.

На фиг.58 на виде сверху показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.59 и фиг.60 вариант, показанный на фиг.58, показан в аксонометрии.

На фиг.61 в аксонометрии показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.62 вариант, показанный на фиг.61, показан на виде сверху.

На фиг.63 - фиг.68 на виде сверху показаны другие варианты осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.69 - фиг.78, фиг.78а, фиг.79 и фиг.80 на виде сверху показаны конструкционные узлы ползунов, используемые в различных вариантах осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.81 в аксонометрии показан поршень, относящийся к устройству по предлагаемому изобретению.

На фиг.82 поршень, показанный на фиг.81, показан под другим углом.

На фиг.83 в аксонометрии показано жидкостное устройство по предлагаемому изобретению, в котором имеется поршень, показанный на фиг.81 и фиг.82.

На фиг.84 показан детальный вид участка устройства, показанного на фиг.83.

На фиг.85 - фиг.126 на виде снизу показаны различные поршни, относящиеся к предлагаемому изобретению.

На фиг.127 - фиг.129 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.130 - фиг.132 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.133 - фиг.135 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.136 - фиг.138 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.139 - фиг.141 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.142 - фиг.144 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.145 - фиг.147 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.148 - фиг.150 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.151 - фиг.153 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.154 - фиг.156 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.157 - фиг.159 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.160 - фиг.162 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.163 - фиг.165 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.166 - фиг.168 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.169 - фиг.171 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.172 - фиг.174 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.175 - фиг.177 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.178 - фиг.180 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.181 - фиг.183 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.184 - фиг.186 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.187 - фиг.189 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.190 - фиг.192 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.193 - фиг.195 показаны в разных проекциях другие варианты поршня, относящегося к предлагаемому изобретению.

На фиг.196 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.197 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.198 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.199 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.200 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.201 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.202 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.203 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.204 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.205 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.206 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.207 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.208 в поперечном сечении показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.209 вариант осуществления предлагаемого изобретения, показанный на фиг.208, показан в поперечном сечении в другом положении.

На фиг.210 один из вариантов осуществления предлагаемого изобретения показан на виде сверху в первом положении рабочего цикла.

На фиг.211 - фиг.213 вариант осуществления предлагаемого изобретения, иллюстрируемый на фиг.210, показан на виде сверху на других стадиях рабочего цикла.

На фиг.214 вариант осуществления предлагаемого изобретения, иллюстрируемый на фиг.210, показан в аксонометрии.

На фиг.215 часть устройства, иллюстрируемого на фиг.214, показана в увеличенном масштабе.

На фиг.216 показан вид устройства, иллюстрируемого на фиг.210, в проекции по направлению, перпендикулярному оси одного из цилиндров, когда один из поршней находится в нижней мертвой точке.

На фиг.217 показан вариант осуществления предлагаемого изобретения, подобного иллюстрируемому на фиг.216, при этом один из поршней находится в верхней мертвой точке.

На фиг.218 на осевом виде сверху показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.219 на осевом виде сверху показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.220 на осевом виде сверху показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.221 на осевом виде сверху показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.222 на осевом виде сверху показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.223 на виде сверху показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения. Во избежание нагромождения деталей некоторые компоненты не показаны.

На фиг.224 вариант осуществления предлагаемого изобретения, иллюстрируемый на фиг.1, показан в аксонометрии.

На фиг.225 первый вариант осуществления предлагаемого изобретения показан в аксонометрии с разнесением элементов.

На фиг.226 в аксонометрии показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.227 в аксонометрии показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.228 вариант осуществления предлагаемого изобретения, иллюстрируемый на фиг.227, показан в аксонометрии с разнесением элементов.

На фиг.229 вариант осуществления предлагаемого изобретения, иллюстрируемый на фиг.227, показан на виде сверху.

На фиг.230 - фиг.233 в аксонометрии схематично показаны варианты конструкции коромысла.

На фиг.234 в аксонометрии показан кривошип с парой расщепленных опор нижнего конца шатуна.

На фиг.235 на виде сверху показано являющееся вариантом осуществления предлагаемого изобретения устройство с треугольным шатуном с V-образным расположением цилиндров, в котором опоры нижнего конца шатуна коаксиальны, а поршни, выполненные с возможностью совершения возвратно-поступательного движения, расположены под углом 75° относительно главной оси.

На фиг.236 на виде сверху показано являющееся вариантом осуществления предлагаемого изобретения устройство с треугольным шатуном с V-образным расположением цилиндров, в котором опоры нижнего конца шатуна коаксиальны, а поршни, выполненные с возможностью совершения возвратно-поступательного движения, расположены под углом 90° относительно главной оси.

На фиг.237 на виде сверху показано являющееся вариантом осуществления предлагаемого изобретения устройство с треугольным шатуном с V-образным расположением цилиндров, в котором опоры нижнего конца шатуна коаксиальны, а поршни, выполненные с возможностью совершения возвратно-поступательного движения, расположены под углом 120° относительно главной оси.

На фиг.238 в аксонометрии показан шатун, предназначенный для работы в составе однопоршневого конструкционного узла.

На фиг.239 в аксонометрии показан однопоршневой конструкционный узел, предназначенный для работы с шатуном, показанным на фиг.238.

Оптимальное осуществление предлагаемого изобретения

На фиг.1 и фиг.2 показано жидкостное устройство 10, которое включает кривошип 12, выполненный с возможностью совершения вращательного движения вокруг оси 14 кривошипа. Кривошип на коленчатом вале 12 имеет выступающую опору 16 нижнего конца шатуна, которая удалена от оси 14 кривошипа в радиальном направлении. Таким образом, опора 16 нижнего конца шатуна выполнена с возможностью совершения орбитального движения с круговой траекторией вокруг оси 14 кривошипа при вращении коленчатого вала 12 вокруг своей оси 14.

На опорной шпильке 16 с возможностью поворота установлено соединительное средство 18. Соединительное средство 18 имеет два выступа - выступ 20 и выступ 22.

Соединительное средство 18 выполнено с простиранием практически перпендикулярно оси 14 кривошипа, а выступы 20 и 22 практически параллельны оси 14 кривошипа. Как хорошо видно на фиг.2, поверхности скольжения выполнены с простиранием в осевом направлении по разные стороны основного участка 24 соединительного средства 18, в результате чего полученная конструкция имеет в поперечном сечении форму буквы "Т".

Оба выступа 20 и 22 выполнены с возможностью зацепления с имеющими в поперечном сечении Т-образную форму пазами 30, выполненными в поршнях 32. Каждый из поршней 32 установлен в соответствующем цилиндре 34 с возможностью совершения линейного движения вдоль соответствующей оси 36 цилиндра. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения каждый из пазов 30 выполнен с простиранием, практически перпендикулярно оси 36 цилиндра с прохождением диаметрально через центр поршня. Оба конца паза 30 открыты. Таким образом, соединительное средство 18 выполнено с возможностью совершения бокового движения в ту и другую стороны от поршня, но в то же время с возможностью совершения осевого движения вместе с поршнем 32 вдоль оси 36 цилиндра. В тех случаях, когда паз 30 не находится под углом 90° к оси 36 цилиндра, благодаря боковому движению выступа 20 или 22 относительно поршня 32 обеспечено принуждение поршня 32 к совершению осевого движения. Это позволяет контролировать движение поршня 32, отклоняющееся от движения по простому гармоническому закону.

Поршень 32 выполнен с возможностью его ограниченного движения вдоль оси 36 цилиндра, и при вращении кривошипа на коленчатом вале 12 обеспечен поворот соединительного средства 18 вокруг оси 14 кривошипа. Движение выступов 20 и 22 имеет составляющую, параллельную соответствующей оси 36 цилиндра, и составляющую, перпендикулярную соответствующей оси 36 цилиндра. Таким образом, поршни 32 выполнены с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри соответствующего цилиндра 34, при этом обеспечено скольжение выступов 20 и 22 в боковых направлениях в соответствующих пазах 30. Благодаря комбинации линейного движения поршня 32 и выступа 20 или 22 в пазе 30 обеспечено поддержание постоянной ориентации соединительного средства 18 при вращении кривошипа на коленчатом вале 12 независимо от других поршней. В варианте осуществления предлагаемого изобретения, иллюстрируемом на фиг.1, предусмотрено два поршня 32, расположенных под углом 90° друг к другу, но поскольку обеспечено поддержание постоянства ориентации соединительного средства 18 при совершении им орбитального движения вокруг оси 14 кривошипа, угол между поршнями 32 может быть и другим, отличающимся от 90°. Кроме того, количество поршней может быть увеличено.

На фиг.3 в аксонометрии показано трехпоршневое устройство по предлагаемому изобретению. Во избежание нагромождения деталей не показаны цилиндры и картер. Как можно видеть из фиг.3, устройство 110 включает кривошип 112 с опорной шпилькой 116, выполненной с простиранием между щеками 117. Вокруг кривошипа 112 расположены три поршня под углом 120° друг к другу. На опорной шпильке 116 установлено трехвыступное устройство 118, которое может как представлять собой монолитное тело, так и состоять из отдельных составных частей, установленных на опорной шпильке 116. Как можно видеть, каждый поршень снабжен пазом 130 Т-образного сечения, выполненным с возможностью зацепления с ним соответствующего выступа 120. В рассматриваемом варианте поршни смещены относительно друг друга в осевом направлении, но при желании они могут быть выполнены расположенными в одной плоскости.

Поскольку осуществлена развязка поршней относительно друг друга, ориентация и позиция каждого поршня могут быть выбраны по желанию любыми. Нет никакой необходимости в том, чтобы оси цилиндров были ориентированы радиально от оси кривошипа. Оси цилиндров могут быть выполнены с радиальной ориентацией относительно некоторой оси, но эта ось может быть смещена относительно оси кривошипа. Кроме того, оси цилиндров могут быть параллельны и расположены по обе стороны от оси кривошипа.

На фиг.4 показано жидкостное устройство 50, имеющее кривошип 52, выполненный с возможностью вращения вокруг оси 54 кривошипа. На опорной шпильке 56 установлен ползунный механизм 57, который имеет два плеча - плечо 58 и плечо 60, выполненные с протиранием в горизонтальном направлении с вхождением в зацепление с пазами 62 и 64 соответственно, выполненными в поршнях 66 и 68 соответственно. Поршни 66 и 68 выполнены с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в двухкамерном цилиндре 70 или 72 соответственно. Цилиндры 70 и 72 закрыты с обоих торцов и, таким образом, между поршнями и торцами цилиндров образованы камеры сгорания 74.

При вращении кривошипа 52 обеспечено принуждение поршней 66 и 68 к совершению возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении внутри цилиндров 70 и 72 соответственно, при этом обеспечено движение плеч 58 и 60 в боковых направлениях относительно поршней 66 и 68.

На фиг.5 - фиг.7 показано поршневое возвратно-поступательное устройство 210, имеющее два поршня 232, выполненных с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри соответствующих цилиндров 234, расположенных под углом 90° друг к другу. Оба поршня соединены с являющейся опорой нижнего конца шатуна опорной шпилькой 216 коленчатого вала 212 с помощью соединительного средства 218 через выступы 220 и пазы 230, выполненные в поршнях 232. Соединительное средство 218 имеет две щеки 240, по одной на каждый поршень, которые смещены в осевом направлении относительно друг друга. Благодаря этому обеспечена возможность взаимного перекрывания пространства поршней 232 и их более близкого расположения к оси 214 кривошипа. Имеются маслопроводы 242, предназначенные для подачи под давлением смазочного масла от опорной шпильки 216 к поверхностям скольжения выступов 220 и пазов 230.

Соединительное средство 218 включает противовес 244, который выполнен на противоположной стороне от опорной шпильки 216 с простиранием вниз до выступов 220 по биссектрисе угла между двумя щеками 240. Размеры противовеса 244 таковы, что центр инерции, а в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения и центр масс соединительного средства 218 находятся на оси 246 опоры нижнего конца шатуна. Следует заметить, что в тех случаях, когда поршни находятся на одинаковом расстоянии от оси 214 кривошипа 248, обеспечено взаимное уравновешивание щек 240, и необходимости в отдельном противовесе может не быть.

При совершении соединительным средством 218 орбитального движения вокруг оси 214 кривошипа 248 не возникает крутящего момента относительно оси 246 опоры нижнего конца шатуна, который мог бы побуждать соединительное средство 218 к вращению вокруг опоры нижнего конца шатуна, и что потребовало бы создания противоположно направленного крутящего момента в сопряжении паз 230 - выступ 220. Кроме того, поскольку центр инерции соединительного средства 218 остается на оси 246 опоры нижнего конца шатуна, то оказывается сравнительно легким делом добавление к противовесу 244 на коленчатом вале 212 надлежащей массы диаметрально напротив оси 246 опоры нижнего конца шатуна для обеспечения динамической балансировки системы кривошип - соединительное средство. Следует заметить, что динамическая балансировка может быть обеспечена и для других конструкционных вариантов поршневого узла, если только центр инерции соединительного средства 218 находится на оси 246 опоры нижнего конца шатуна.

Остается неуравновешенной масса поршней 232, выполненных с возможностью совершения возвратно-поступательного движения. Скорость каждого из поршней 232 изменяется по простому гармоническому закону, а результирующее движение обоих поршней 232 эквивалентно вращению некоторой материальной точки. Это движение может быть сбалансировано добавлением соответствующей массы к коленчатому валу 212, в результате чего может быть получено динамически сбалансированное устройство. Для двухпоршневого устройства с V-образным расположением цилиндров на заднюю сторону коленчатого вала 212 должна быть добавлена масса одного поршня. Для четырехпоршневого устройства с расположением цилиндров звездой к противовесу кривошипа должна быть добавлена масса двух поршней.

На фиг.8 показано жидкостное устройство 50, которое представляет собой модификацию варианта осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированного на фиг.1. Для облегчения понимания использованы одинаковые обозначения для идентичных составных частей. Поршни 32 выполнены с возможностью совершения только линейного движения вдоль осей цилиндров 36, при этом выступы 20 выполнены с возможностью совершения только линейного движения относительно соответствующего поршня 32, и теоретически исключена возможность какого-либо вращательного движения соединительного средства 18 относительно поршня 32. Однако по причине необходимости технических допусков при изготовлении неизбежно наличие тех или иных люфтов, а значит, и некоторого поворота соединительного средства 18 относительно соответствующего поршня 32. Это, в свою очередь, порождает крутящие моменты в местах сопряжения выступов 20 с пазами 30. Для устранения этого явления устройство, иллюстрируемое на фиг.8, снабжено соединительным звеном 40. Один конец этого соединительного звена 40 соединен с возможностью поворота вокруг оси 42 с соединительным средством 18, а другой его конец соединен с возможностью поворота с картером (не показан). Таким образом, соединительное звено 40, соединительное средство 18, кривошип на коленчатом вале 12 и картер образуют четырехзвенный рычажный механизм. Расстояние между осями 42 и 46 равно расстоянию между осью кривошипа 14 и осью 11 опоры 16 нижнего конца шатуна. Таким образом, независимо от ограничений, налагаемых соединением соединительного средства 18 с поршнями 32, обеспечено совершение соединительным средством 18 орбитального движения вокруг оси кривошипа 14 без изменения ориентации.

На фиг.9 и фиг.10 показано двухцилиндровое жидкостное устройство 260, у которого поршни 262 выполнены с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в цилиндрах 264. Каждый из поршней 262 снабжен поршневым пальцем 266, который установлен в подшипнике 268 соответствующего поршня. На поршневом пальце 266 установлен шатун 270. Однако шатун 270 опирается не на опору нижнего конца шатуна на кривошипе на коленчатом вале 12, а на соединительное средство 18. Нижний конец 272 соответствующего шатуна 270 имеет паз 74 Т-образного сечения, в котором установлен соответствующий выступ 20, также Т-образный в сечении, относящийся к соединительному средству 18. Шатун 270 выполнен с возможностью свободного вращения вокруг поршневого пальца 266 относительно поршня, однако комбинацией сопряженных плоских поверхностей пазов 272 и выступов 20 обеспечено предотвращение всякого поворота, в результате чего обеспечено движение шатуна 270 и соединительного средства 18 как одного целого. Может показаться, что это придает конструкции излишнюю сложность, однако это позволяет использовать поршни, известные из уровня техники.

На фиг.11 показано двухцилиндровое жидкостное устройство 80 с двумя поршнями 82, установленными на соединительных средствах 18 с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндров 84. Соединительное средство 18 установлено на коленчатом вале 12, но ось коленчатого вала 12 не зафиксирована относительно цилиндров 84. Вместо этого коленчатый вал 12, а вместе с ним и соединительное средство 18 и поршни 82 выполнены с возможностью совершения перемещения вверх и вниз в направлении, показанном стрелками 86. При вертикальном перемещении коленчатого вала 12 обеспечен подъем поршней 82 в цилиндрах 84, благодаря чему обеспечивается возможность изменения степени сжатия. Перемещение коленчатого вала 12 не оказывает влияния на временные характеристики движения поршней в цилиндрах 84 относительно коленчатого вала 12 или друг друга. В этом отличие устройства по предлагаемому изобретению от известных двигателей внутреннего сгорания с V-образным расположением цилиндров, в которых при наличии перемещаемых коленчатых валов временной режим движения поршней не остается неизменным, а имеет место движение одного поршня с опережением, а другого - с опозданием.

Вертикальное перемещение коленчатого вала 12 может быть достигнуто с помощью известных средств, таких как, например, гидравлические тараны. Линия, обозначенная стрелкой А, направлена по биссектрисе угла между поршнями 82.

Следует заметить, что перемещаемый кривошип может быть использован и в одноцилиндровом устройстве, и этот перемещаемый кривошип может быть выполнен с возможностью перемещения вдоль некоторого пути, не заданного определенным образом, как, например, биссектриса угла между цилиндрами в двигателе внутреннего сгорания с V-образным расположением цилиндров. Кривошип может быть выполнен с возможностью совершения перемещения, например, под углом 15° к вертикали. Это приводит только к необходимости большего перемещения кривошипа для достижения той же степени сжатия.

На фиг.12 показано устройство, представляющее собой модификацию варианта осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированного на фиг.11. В этом устройстве коленчатый вал 12 установлен на опорных плечах 90. Опорные плечи 90 установлены на картере, будучи с ним шарнирно соединены с возможностью поворота вокруг осей, совпадающих с осью 94. Обеспечена возможность поворота несущих плеч вокруг оси 94 с помощью подходящих средств, в результате чего обеспечен подъем или опускание коленчатого вала относительно цилиндров. При этом имеет место некоторое боковое смещение коленчатого вала, а вследствие этого и опережение в движении одного поршня и отставание другого, однако этот эффект имеет очень слабое проявление.

На фиг.13 показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения, который представляет собой двухцилиндровое жидкостное устройство 100, имеющее поршни 102, выполненные с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в цилиндрах 104. Поршни 102 снабжены шатунами 106, которые установлены на поршневых пальцах 108, имея с ними шарнирное соединение. Нижний конец шатуна 106 имеет две расположенные напротив друга параллельные поверхности, на которых установлен ползун 110. Противоположные концы ползуна 110 соединены с гидравлическими таранами 112. Эти гидравлические тараны 112 являются составной частью соединительного средства 18 и выполнены с возможностью выборочной подачи в них под высоким давлением гидравлической жидкости (масла) через маслопроводы 114. Таким образом, гидравлические тараны 112 выполнены с возможностью оказания на ползун 110 усилия, направленного на поворот его вокруг его центра 116 с поднятием или опусканием относительно соединительного средства 118, а следовательно, и относительно цилиндра 104, или и то, и другое. При этом обеспечено поднятие или падение поршня 102 относительно соответствующего цилиндра и/или поворот шатуна 106 вокруг поршневого пальца 108, в результате чего обеспечено изменение фазы движения поршня.

На фиг.14 - фиг.29 показано некоторое количество разновидностей направляющих поверхностей поршня и соответствующих поверхностей средств зацепления.

На фиг.14 показан ползун 100, имеющий поверхность зацепления Y-образного сечения, предназначенную для вхождения в зацепление с поверхностями 104 и 106 одного поршня.

На фиг.15 показан ползун 110, снабженный средством зацепления 112. Это средство зацепления 112 имеет Y-образное сечение и имеет поверхности 114 и 116, выполненные с простиранием от основания 118.

На фиг.16 показан ползун 120, снабженный средством зацепления 122. Как можно видеть, у этого средства зацепления Т-образное поперечное сечение, и оно имеет два плеча - плечо 124 и плечо 126. Эти плечи 124 и 126 имеют общую верхнюю поверхность 128, искривленную в поперечном сечении.

На фиг.17 показан ползун 130, снабженный средством зацепления 132, имеющим в поперечном сечении форму наконечника стрелы. Это средство зацепления 132 имеет два плеча 134, выполненных с простиранием вниз с расхождением в разные стороны с возможностью зацепления с поршнем.

На фиг.18 показано средство зацепления 140, имеющее W-образное поперечное сечение.

На фиг.19 показано средство зацепления 150, имеющее Т-образное поперечное сечение, при этом верхняя поверхность 152 и нижняя поверхность 154 плеч 156 снабжены V-образными канавками 158, в которые введены V-образные выступы 160. Эти V-образные канавки 158 и выступы 160 могут быть расположены на другом конце поршня и средства зацепления.

На фиг.20 показано средство зацепления 170, имеющее Т-образное поперечное сечение и имеющее верхнюю поверхность 172, по центру которой расположен паз 173. Соответствующая поверхность 174, принадлежащая к поршню, включает выступ 176, который имеет прямоугольное поперечное сечение и введен в паз 173.

На фиг.21 показано средство зацепления 190, имеющее Т-образное поперечное сечение и имеющее выступ 192, поперечное сечение которого имеет форму полукруга, расположенный по центру верхней поверхности 194. Но нет необходимости в том, чтобы этот выступ 192 был расположен по центру поверхности, и могут быть выполнены дополнительные выступы, расположенные на одной или обеих сторонах от центра средства зацепления 190 на верхней поверхности 194, или на нижних поверхностях 196 и 198, или же и на верхней, и на нижних поверхностях.

На фиг.22 показана конструкция, подобная проиллюстрированной на фиг.17, за исключением того, что верхняя поверхность зацепления 180, принадлежащая поршню, не является непрерывной, а имеет разрыв 182.

На фиг.23 показано средство зацепления 200, имеющее Т-образное поперечное сечение.

На фиг.24 показано средство зацепления 210, имеющее Т-образное поперечное сечение и имеющее плечи 212 и 214. Боковые поверхности 216 и 218 плечей 212 и 214 искривлены таким образом, что расстояние между боковыми поверхностями 216 и 218 в середине средства зацепления 210 больше, чем расстояние между ними на обоих его концах. Следует заметить, что ширина соответствующего паза в поршне должна иметь ширину, по меньшей мере равную самой широкой части верхней поверхности плеч 212 и 214.

На фиг.26 показано средство зацепления 230, имеющее Т-образное поперечное сечение и имеющее плечи 232 и центральную ногу 234. Нога 234 имеет на своих двух поверхностях линейно расположенные зубья 236 и 238. Зубья 236 и 238 могут быть использованы для приведения в движение других устройств через посредство выполненных с возможностью вращения зубчатых шестеренок, установленных на поршнях.

На фиг.28 показано средство зацепления 250, имеющее Т-образное поперечное сечение и имеющее линейно расположенные зубья 252, расположенные на его верхней поверхности 254 посередине. Как и в варианте, проиллюстрированном на фиг.26, эти зубья могут быть использованы для приведения в движение устройств, установленных на поршне или внутри поршня.

На фиг.29 показан двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания 300 с V-образным расположением цилиндров, имеющий поршни 302, кривошип 304 и соединительное средство 306, установленное на являющейся опорой нижнего конца шатуна опорной шпильке 308 на кривошипе 304. Поршни 302 представляют собой поршни известной конструкции, каждый из них имеет поршневой палец 310, на котором установлен с возможностью поворота шатун 312. Однако, в отличие от известных конструкций, каждый шатун 312 имеет на своем нижнем конце паз 314, в который введено соединительное средство 306.

Каждый шатун имеет выполненное с простиранием в боковом направлении плечо 316, которое находится в зацеплении с ползуном 318, выполненным с возможностью скольжения в направляющих 320 параллельно оси соответствующего цилиндра. Шатун 312 может быть выполнен заодно с ползуном 318, или же может быть соединен с ним с помощью пятового шарнира 322, как в рассматриваемом варианте. Пятовый шарнир 322 может быть как одноосевым, так и шаровым. В рассматриваемом варианте плечи 316 выполнены с простиранием параллельно пазам 314. Однако они могут быть ориентированы и под любым другим углом.

Направляющие 320 предназначены для способствования стабилизации соответствующих поршней 302, так как в результате производственных допусков имеется опасность некоторого проворачивания поршня 302 внутри канала, могущего привести к заклиниванию или другим нежелательным ситуациям. Если при изготовлении были применены очень строгие допуски, то направляющие 320 могут не понадобиться. Направляющие 320 могут быть выполнены заодно с картером, или же могут представлять собой отдельные детали, прикрепленные к картеру с помощью винтовых соединений или других известных средств.

Поршневые пальцы 310, установленные на поршнях 302, могут быть расположены под углом 90° к оси кривошипа, так как исключено какое бы то ни было вращательное движение шатуна 312 относительно соответствующего поршня 302. Использование поршней 302 с поршневыми пальцами 310 позволяет применять поршни, снятые с производства.

На фиг.30 показана кинематическая схема двухцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с V-образным расположением цилиндров, имеющего главный кривошип 330, опору нижнего конца шатуна 332 и соединительное средство 334, установленное на опоре нижнего конца шатуна. Как и в ранее рассмотренных вариантах, поршни 336 установлены на соединительном средстве 334.

Имеется вспомогательный кривошип 338, выполненный с возможностью вращения вокруг оси 340, параллельной оси 331 главного кривошипа. Имеется звено 342, которое шарнирно соединено с одной стороны с обоими соединительными средствами 334 и 344, а с другой стороны со вспомогательным кривошипом 338 в поворотной точке 346. Расстояние между поворотной точкой 346 и осью 340 вспомогательного кривошипа равно расстоянию между осью опоры нижнего конца шатуна 332 и осью 331 главного кривошипа. Таким образом, вспомогательный кривошип 338 и звено 342 выполнены с возможностью способствования поддержанию неизменной ориентации соединительного средства 334 при вращении главного кривошипа 330. Следует заметить, что эта технология стабилизации пространственной ориентации может быть использована в любом варианте осуществления предлагаемого изобретения, рассматриваемом в настоящем описании.

На фиг.31 схематично показан осевой разрез через опору нижнего конца шатуна 350 и соединительное средство 352. Соединительное средство 352 имеет средство зацепления 354, которое выполнено с зацеплением со средствами зацепления 356 и 358 двух отдельных поршней (не показаны).

На фиг.32 схематично показана конструкция, сходная с проиллюстрированной на фиг.31, отличающаяся от последней конфигурацией средства зацепления 360, установленного на соединительном средстве 362, и соответствующих средств зацепления 364 и 366 двух поршней.

На фиг.33 показано соединительное средство 370, имеющее два паза - паз 372 и паз 374, в которые введены имеющие Т-образное поперечное сечение средства зацепления 376 и 378 соответственно. Средства зацепления 376 и 378 могут быть прикреплены как к одному поршню, так и к разным отдельным поршням.

На фиг.34 показано соединительное средство 380, имеющее два паза - паз 382 и паз 384. Эти пазы имеют Z-образное поперечное сечение, и в них введены средства зацепления 386 и 388 соответственно.

На фиг.35 показано соединительное средство 390, имеющее два паза - паз 392 и паз 394, в которые введены средства зацепления 396 и 398 соответственно. В пазах расположены роликовые подшипники 400, предназначенные для облегчения движения средств сцепления 396 и 398 вдоль пазов 392 и 394. Следует заметить, что роликовые подшипники расположены с интервалами на всем протяжении пазов 392 и 394.

На фиг.36 показано соединительное средство 410, при этом принадлежащие к поршню (или разным поршням) средства зацепления 412 и 414 расположены вокруг соединительного средства 410 и выполнены с возможностью зацепления с открытыми вниз пазами 416 и 418.

На фиг.37 показано соединительное средство 420, имеющее два паза - паз 422 и паз 424, открытые в боковых направлениях.

На фиг.38 показано соединительное средство 430, находящееся в зацеплении со средством зацепления 432, имеющим Т-образное поперечное сечение и имеющим плечи 434 и 436, выполненные с расхождением вниз. Верхняя поверхность 438 и нижняя поверхность 440 плеч 434 и 436 могут быть параллельны, как показано в рассматриваемом варианте, но могут быть также выполненными с расхождением. Поршень снабжен рядами расположенных напротив друг друга роликовых подшипников 442, которые находятся во взаимодействии с верхней поверхностью 438 и нижней поверхностью 440. Центральная линия плечей 434 и 436 по отношению к оси опоры нижнего конца шатуна может быть ориентирована, например, под углом от 35° до 50°.

На фиг.41 - фиг.47 показаны другие возможные модификации соединения между соединительным средством и средством зацепления установленного на нем поршня или поршней. В модификации, проиллюстрированной на фиг.41, применены роликовые подшипники (обозначены буквой "В").

На фиг.48 показано двухцилиндровое жидкостное устройство 500, имеющее два расположенных напротив друг друга поршня 502 и 504, выполненных с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндров 506, которые расположены на одной оси. Поршни 502 и 504 жестко соединены между собой с помощью соединительного звена 507. Имеются два коленчатых вала - коленчатый вал 508 и коленчатый вал 510, соединенные посредством соединительного средства 512, которое установлено на соответствующих опорах 514 и 516 нижнего конца шатуна. Вышеуказанное соединительное средство установлено с прохождением через канал 518, выполненный в соединительном звене 507, который предназначен для недопущения скольжения соединительного средства 512 в стороны относительно соединительного звена 507. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения движение соединительного средства 512 перпендикулярно оси цилиндров, но это не является обязательным требованием.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения два коленчатых вала 508 и 510 соединены, например, с помощью зубчатой передачи, так что обеспечено их совместное вращение. При вращении коленчатых валов 508 и 510 имеет место движение соединительного средства 512 в вертикальном направлении по гармоническому закону, благодаря чему обеспечено принуждение поршней 502 и 504 к аналогичному движению.

На фиг.49 показана другая модификация варианта осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированного на фиг.48. Аналогичные составные части имеют одинаковые числовые обозначения.

Хотя в этом подварианте соединительное средство 512 установлено без ограничения возможности скольжения в стороны относительно соединительного звена 507, тем не менее обеспечено приложение к соединительному звену 507 определенных боковых нагрузок. Соответственно, на обеих сторонах соединительного звена 507 предусмотрены направляющие поверхности 520 и 522, предназначенные для предотвращения бокового движения.

На фиг.50 показана еще одна модификация варианта, проиллюстрированного на фиг.48 и фиг.49. В этом подварианте с ползуном 540 с помощью соединительных звеньев 542 шарнирно соединены четыре поршня 530. Эти поршни образуют конфигурацию типа "косой крест". Смежные поршни могут быть ориентированы под углом 90° друг к другу, как показано на фиг.50, но возможно и неравномерное распределение поршней. Каждое из соединительных звеньев 542 выполнено с обеспечением с его помощью шарнирного соединения соответствующего поршня 530 с ползуном 540. Ползун 540 выполнен с возможностью совершения движения по гармоническому закону в вертикальном направлении и с недопущением движения в других направлениях, обеспеченным с помощью направляющих 520 и 522.

На фиг.51 показано устройство 600, которое похоже на устройства, проиллюстрированные на фиг.48 - фиг.50, в том, что оно имеет два коленчатых вала 602 и 604, которые выполнены с возможностью совместного вращения. Имеются крестообразное соединительное средство 606, которое установлено на относящихся к коленчатым валам опорах 608 и 610 нижнего конца шатуна. Имеется четыре пары связанных поршней 612, 614, 616 и 618, установленных соответственно на ответвлениях 620, 621, 622 и 623 соединительного средства 606. Каждое из этих ответвлений вместе со связанной с ним парой поршней образует агрегат, эквивалентный устройству, проиллюстрированному на фиг.48. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения смежные ответвления соединительного средства ориентированы под углом 90° друг к другу, но это не является обязательным условием. Не является обязательным условием и то, чтобы одна из опор нижнего конца шатуна была установлена по центру соединительного средства. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения два коленчатых вала 602 и 604 расположены по разные стороны от центра соединительного средства 606.

На фиг.52 показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения, которое включает двухцилиндровое устройство 700 с расположенными напротив друг друга поршнями 702, выполненными с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндров 704. Поршни 702 жестко соединены между собой с помощью соединительного звена 706, в результате чего обеспечена возможность их совместного движения. Между поршнями установлен кривошип 708, выполненный с возможностью вращения вокруг оси 710. Кривошип 708 имеет круглый диск 712, центр 714 которого смещен относительно оси 710. Таким образом, при вращении кривошипа 708 обеспечено эксцентричное движение, которое может быть разложено на колебания в горизонтальном и вертикальном направлениях. На соединительном звене установлены два следящих элемента 716. Эти следящие элементы 716 выполнены с возможностью опирания на вертикальные поверхности 717, относящиеся к соединительному звену 706, и с возможностью совершения движения относительно соединительного звена 706 в вертикальном направлении, но без возможности движения в горизонтальном направлении. Следящие элементы 716 имеют кривые поверхности 720, выполненные с возможностью взаимодействия с периферией диска 712.

На фиг.53 показано одноцилиндровое устройство 730, представляющее собой дисковый двигатель внутреннего сгорания. По существу это устройство аналогично устройству, проиллюстрированному на фиг.52, у которого удален один цилиндр, поэтому использованы те же числовые обозначения для аналогичных составных частей. Главный подшипник 732 кривошипа 708 имеет расщепленный элемент 734. Этот расщепленный элемент 734 расположен в пазу поршневого конструкционного узла и предназначен для способствования стабилизации этого конструкционного узла. Главная ось кривошипа обозначена буквой "А".

На фиг.54 показано двухцилиндровое устройство 800, имеющее два поршня - поршень 802 и поршень 803, которые ориентированы под углом 90° друг к другу. Однако это не является обязательным условием, угол может быть и другим. Поршни 802 и 803 не расположены в одной плоскости, а смещены относительно друг друга по оси 804 главного кривошипа 806. Главный кривошип 806 имеет цилиндрический эксцентрик 808. Первый поршень 802 имеет два плеча - плечо 810 и плечо 812, расположенные по разные стороны цилиндрического эксцентрика 808. На этих плечах 810 и 812 установлены следящие элементы 814, которые выполнены с возможностью взаимодействия с цилиндрическим эксцентриком 808 и преобразования колебательного движения цилиндрического эксцентрика 808 в возвратно-поступательное движение параллельно оси цилиндра 816. Второй поршень 803 имеет аналогичную пару плеч (на чертеже не видны), на которых установлены следящие элементы 820. Эти следящие элементы также выполнены с возможностью преобразования колебательного движения цилиндрического эксцентрика 808 в возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра 822. Это устройство также имеет направляющие элементы, которые выполнены с возможностью взаимодействия с поршнями в целях создания ограничения для бокового движения поршней.

На фиг.56 показан четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания 830, имеющий две пары связанных поршневых конструкционных узлов 832. Каждый из поршневых конструкционных узлов 832 имеет поршень 834, жестко соединенный с другим поршнем этого же узла с помощью соединительного звена 838. Поршни 834 каждого конструкционного узла выполнены с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндров 836.

Каждое соединительное звено 838 имеет паз 839, ориентированный в вертикальной плоскости с прохождением через соединительное звено 838. Каждый паз 839 имеет параллельные вертикальные торцевые стенки 841, и в каждом из пазов находится по ползуну 844, имеющему параллельные вертикальные торцевые стенки 846. Каждый из ползунов 844 выполнен с возможностью совершения движения по отношению к соответствующему пазу 839 в вертикальном направлении.

Кривошип 840 ориентирован горизонтально с прохождением через соединительные звенья 838 и ползуны 844. Каждый из ползунов 844 имеет круглое отверстие 848, выполненное с возможностью прохождения сквозь него кривошипа. Кривошип 844 имеет круглый кулачок 842, который имеет размер, соответствующий размеру отверстия 848. Центр кулачка смещен относительно оси кривошипа, и при вращении кривошипа 840 обеспечено совершение центром кулачка 842 орбитального движения вокруг оси кривошипа. При этом обеспечено принуждение ползуна 844 к совершению движения относительно оси кривошипа в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Движение ползунов 844 в вертикальном направлении является бесполезным ввиду того, что ползуны 844 в вертикальном направлении свободны относительно поршневых конструкционных узлов, в то время как их горизонтальное движение является фактором принуждения поршневых конструкционных узлов к совершению колебательного движения в горизонтальном направлении по простому гармоническому закону.

Эта конструкция имеет ряд преимуществ перед известными сходными конструкциями. Главное преимущество состоит в том, что благодаря введению ползуна между кулачком 842 и стенками паза 841 обеспечено устранение точечных нагрузок, которые имели бы место в ином случае. Вместо этого передача нагрузки от кулачка 842 к ползуну 844 и от ползуна 844 к пазу 839 обеспечена через поверхности большой площади.

На фиг.57 и фиг.57а показан двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания 850, подобный тому, который проиллюстрирован на фиг.56, поэтому аналогичные составные части имеют одинаковое числовое обозначение. В этом варианте осуществления предлагаемого изобретения предусмотрены два ползуна 852, по одному на каждой стороне кулачка 842. Ползуны 852 не находятся в контакте друг с другом, а каждый из них находится по отношению к другому в "плавающем" состоянии. В варианте, проиллюстрированном на фиг.56, при вращении ползуна 844 относительно паза 839 существует тенденция к его смятию в пазу. При применении "расщепленного" ползуна, с использованием двух ползунов 852, обеспечивается предотвращение этой нежелательной тенденции. При вращении одного из ползунов 852 относительно паза 839 обеспечивается вращение всего этого вокруг центра кулачка 842.

На фиг.58 - фиг.60 показано четырехцилиндровое устройство 860, имеющее пары поршней 862а и 862b, которые расположены под углом 90° друг к другу. Каждый поршень имеет удлинение 864, имеющее торцевые стенки 868 и 870, ориентированные перпендикулярно осям соответствующих поршней. Удлинения 864, как можно лучше всего видеть на фиг.59, выполнены с ориентацией в одну сторону оси поршня, так что поршни каждой пары могут быть расположены в одной плоскости, перпендикулярной кривошипу 866.

Кривошип 866 включает круглый эксцентричный кулачок 872, который выполнен с возможностью взаимодействия с четырьмя стенками 868а, 868b, 870а и 870b. При вращении кривошипа обеспечено действие кулачка 872 по принуждению обоих поршней к совершению возвратно-поступательного движения в соответствующих цилиндрах, которые на рассматриваемых чертежах не показаны.

Хотя в варианте, проиллюстрированном на фиг.58 - фиг.60, использован кулачок, имеющий опору непосредственно на торцевые стенки, следует заметить, что может быть использована и конструкция, как в варианте, проиллюстрированном на фиг.56 и фиг.57.

На фиг.61 и фиг.62 показан вариант осуществления предлагаемого изобретения, представляющий собой модификацию варианта, проиллюстрированного на фиг.58 - фиг.60, поэтому аналогичные составные части имеют одинаковое числовое обозначение.

Два ползуна 880 введены между кулачком 872 и торцевыми стенками 868а, 868b и 870а, 870b. Каждый ползун установлен с опиранием на внутреннюю поверхность 868 одного поршня и внешнюю поверхность 870 другого поршня. При вращении кривошипа 866 имеет место принуждение ползунов 880 к приведению в движение обоих поршней. Следует заметить, что при движении поршня 862 по направлению к кривошипу 866 обеспечено принуждение ползуна, имеющего опору на соответствующую торцевую стенку 870, к толканию поршня 862 по направлению к кривошипу, в то время как при движении поршня 862 по направлению от кривошипа 866 обеспечено принуждение другого ползуна 880, имеющего опору на внутреннюю стенку 868, к толканию поршня по направлению от кривошипа. Как и в варианте, проиллюстрированном на фиг.57, вероятность смятия снижена, поскольку каждый ползун имеет опору только на одну торцевую стенку соответствующего поршня.

На фиг.63 показано двухцилиндровое устройство 882 с V-образным расположением цилиндров, сходное с устройством, проиллюстрированным на фиг.58 - фиг.60, в котором кулачок имеет опору непосредственно на торцевые стенки поршней. Аналогичные детали имеют одинаковые числовые обозначения. Для способствования стабилизации поршней 8 62 предусмотрены направляющие 884, выполненные с возможностью взаимодействия с обеими сторонами удлинений 864 в целях предотвращения движения поршня вбок от соответствующей оси цилиндра.

На фиг.64 показано двухцилиндровое устройство 890 с V-образным расположением цилиндров, имеющее впускные каналы I/P и выпускные каналы О/Р. Каждое удлинение 864 снабжено продольным пазом 892, выполненным с прохождением через него кривошипа 866. Паз 892 выполнен с возможностью обеспечения продольного, но не поперечного движения. При желании на кривошипе может быть установлен узел скольжения, предназначенный для взаимодействия со стенками паза.

На фиг.65 показан двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания 910 с треугольным шатуном, поршни 912 которого расположены напротив друг друга. Кривошип 914 имеет опору нижнего конца шатуна 916, на которой установлен ползунный узел 918, выполненный с возможностью скольжения вдоль направляющих поверхностей 920 и 922 при вращении кривошипа 914, при этом обеспечивается принуждение поршней к совершению движения в горизонтальном направлении. Ползунный узел включает две отдельных детали - деталь 924 и деталь 926. Эти две детали 924 и 926 выполнены с возможностью взаимодействия с направляющими поверхностями 920 и 922 соответственно. Зазор между деталями 924 и 926 в рассматриваемом варианте ориентирован под углом 30° к вертикали, но это не является обязательным условием, угол может быть любым другим.

На фиг.66 показан имеющий крестообразную конфигурацию двигатель внутреннего сгорания 930 с треугольным шатуном, имеющий два поршневых узла - поршневой узел 932 и поршневой узел 934. Имеется "расщепленный" ползунный узел 936, который выполнен с возможностью взаимодействия с поверхностями скольжения обоих поршневых узлов. Ползунный узел включает две детали - деталь 938 и деталь 940, которые обе выполнены с возможностью взаимодействия с обоими поршневыми узлами. Однако это взаимодействие заключается только в контакте каждой детали с одной поверхностью скольжения каждого поршневого узла.

На фиг.67 показан состоящий из двух деталей ползунный узел 942, установленный на опоре нижнего конца шатуна 944 на кривошипе 946. Хотя ползунный узел и разделен на детали 948 и 950, эти детали жестко соединены между собой с помощью винтов 952, вследствие чего ползунный узел может считаться единым телом.

На фиг.68 показан ползунный узел 954, установленный на опоре нижнего конца шатуна 956. Этот ползунный узел имеет две составные части - составную часть 958 и составную часть 960, каждая из которых установлена с опиранием на одну из сторон паза в составе двигателя внутреннего сгорания с треугольным шатуном. Каждая из этих составных частей имеет хомут 962, выполненный вокруг опоры нижнего конца шатуна с обеспечением для соответствующей составной части возможности вращения вокруг опоры нижнего конца шатуна независимо от другой составной части. Следует заметить, что этот хомут может быть выполнен отдельно от тела 964 составной части и прикреплен с помощью винтов или других подходящих средств.

На фиг.69 показан ползунный узел 965, включающий две составные части 966, установленные на кулачке 968. Каждая из составных частей 966 выполнена с возможностью взаимодействия с одной стороной направляющего паза поршневого узла. Каждая из составных частей 966 в свою очередь включает две детали - деталь 969 и деталь 970, соединенные между собой с помощью соединительных звеньев 972. Соединительное звено 972 может быть соединено с каждой из скрепляемых деталей жестко или шарнирно.

На фиг.70 показана часть одной стороны ползунного узла, в котором две детали - деталь 969 и деталь 970, принадлежащие составной части ползунного узла, соединены между собой шарнирно по оси 974.

На фиг.71 показана одна часть ползунного узла, включающего составную часть 976, выполненную с возможностью взаимодействия с эксцентричным кулачком 978. Эта составная часть имеет главное тело 980 и ролики 982, которые выполнены с возможностью взаимодействия при нахождении в нормальном состоянии с поверхностью 984 паза и с возможностью поддержания главного тела 980 выше поверхности 984. При вращении эксцентричного кулачка 978 обеспечено совершение составной частью 976 движения вдоль поверхности 984 с переменной скоростью. Расстояние между главным телом 980 и поверхностью 984 достаточно невелико для того, чтобы при высокой скорости главного тела 980 было обеспечено его скольжение по масляной пленке в "плавающем" режиме, а при низкой скорости - качение с опорой на ролики 982.

На фиг.72 показан ползунный узел, в котором составная часть 986 выполнена с возможностью взаимодействия с кулачком 988 через посредство роликов 990.

На фиг.73 показан составной ползунный узел 992, включающий детали 993 и 994, выполненные с возможностью взаимодействия с одной стороной паза 995. Эти две детали соединены между собой перемычками 996 и 997, которые выполнены с возможностью точного следования за поверхностью кулачка 998 в целях способствования поддержанию гидродинамического режима смазки поверхностей скольжения на кулачке. Имеются соединительные звенья L, которые могут быть прикреплены к соединяемым ими частям конструкции жестко или шарнирно.

На фиг.74 показан ползунный узел 1000, включающий две составные части - составную часть 1002 и составную часть 1004, расположенные по разные стороны от кулачка 1006. Имеются соединительные звенья 1008, выполненные с возможностью соединения смежных концов составных частей 1002 и 1004. Эти соединительные звенья могут быть прикреплены к соединяемым ими деталям жестко или шарнирно.

На фиг.75 показан ползунный узел 1012, включающий соединительное звено 1010, прикрепленное шарнирно к двум соединяемым им деталям в точках, расположенных напротив друг друга по диагонали.

На фиг.76 показан кривошип 1014, имеющий первый кулачок 1016, который имеет круглую форму и выполнен с возможностью взаимодействия с двумя частями ползуна - частью 1018 и частью 1020. Имеется также второй кулачок 1022, который расположен рядом с первым кулачком 1016 или же наложен на первый кулачок 1016 и выполнен с возможностью взаимодействия со следящим элементом 1024, который установлен на соответствующей составной части, один раз за каждый оборот кривошипа.

На фиг.77 показан ползунный узел, состоящий из двух частей 1031, каждая из которых имеет поверхность скольжения 1030, выполненную с возможностью взаимодействия с поверхностью 1032. Кроме того, каждая составная часть 1031 снабжена роликом 1034, с помощью которого обеспечено опосредованное взаимодействие соответствующей составной части с поверхностью с профилированной поверхностью 1036, относящейся к поршневому узлу, таким образом, что обеспечено принуждение поршневого узла к удалению от кривошипа.

На фиг.78 показаны ползун и поршневой узел, имеющие поверхности скольжения 1044 и 1046 соответственно. Поршневой узел имеет профилированные поверхности 1048, которые выполнены с возможностью взаимодействия со следящими элементами 1050. Эти следящие элементы 1050 соединены с поршнями 1052 на ползуне с возможностью выкачивания смазки при необходимости. Следует заметить, что последовательность профилированная поверхность - следящий элемент - поршни может быть сделана обратной, так что профилированная поверхность может быть выполнена на ползуне.

На фиг.78а показан кривошип 1060, у которого есть первый кулачок 1062, являющийся главным кулачком и имеющий круглую форму, выполненный с возможностью взаимодействия с образующими ползунный узел составными частями 1064. На каждой из этих составных частей 1064 имеется кулачковый следящий элемент 1066. Эти кулачковые следящие элементы 1066 выполнены с возможностью периодического вступления в контакт со вторым кулачком 1068 при вращении кривошипа.

На фиг.79 показано устройство, являющееся модификацией устройства, проиллюстрированного на фиг.78а, в котором кулачковый следящий элемент 1066 выполнен с возможностью приведения в действие насоса 1070, предназначенного для периодической подачи масла в различные подшипниковые области.

На фиг.80 показан конструкционный узел жидкостного устройства с треугольным шатуном, включающий выполненный в виде единого тела ползун 1072, установленный на опоре 1074 нижнего конца шатуна. Ползун 1072 снабжен масляным насосом, который выполнен с возможностью периодического вступления во взаимодействие с кулачком 1078, расположенным на кривошипе. Буквой "V" обозначена поверхность кулачка, а буквой "N" - кулачковый следящий элемент, соединенный с поршнем S, буквой "X" обозначен канал для смазки.

Должно быть понятно, что в других вариантах осуществления предлагаемого изобретения могут быть использованы различные виды ползунов и применяемых с ними средств зацепления в любом возможном и целесообразном из практических соображений сочетании, и что это разнообразие не ограничивается использованием только с такими компонентами, которые приведены на конкретных чертежах.

На фиг.81 - фиг.84 иллюстрируется двухцилиндровое жидкостное устройство 2010 с V-образным расположением цилиндров (полностью показано на фиг.83, частично на фиг.84), два поршня 2012 которого выполнены с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндров 2014, которые ориентированы под углом 90° друг к другу, что не является обязательным условием, угол может быть и другим. Имеется соединительное средство 2016, которое установлено с возможностью поворота на опоре нижнего конца шатуна на кривошипе (не показана) и с возможностью скольжения относительно двух поршней 2012.

Каждый из поршней 2012 имеет паз 2018 Т-образного сечения, выполненный диаметрально поперек поршня. Соединительное средство 2016 снабжено соответствующими Т-образными выступами 2020, выполненными с возможностью зацепления с пазами 2018. Каждый из выступов 2020 имеет составное строение - он имеет две части - поперечную пластину 2024, которой образованы поперечные плечи выступа, и продольную пластину 2026, которые скреплены между собой с помощью винтов 2028.

По разные стороны от паза 2018 расположены две пластины 2030, ориентированные в осевом направлении. Эти пластины 2030 расположены диаметрально напротив друг друга и ориентированы перпендикулярно пазу 2018, при этом они выполнены без выхода за пределы зоны поршня. Пластины 2030 выполнены заодно с телом поршня.

Рассматриваемое жидкостное устройство имеет ряд U-образных направляющих 2032, которые выполнены с возможностью взаимодействия с пластинами 2030, как можно видеть на фиг.83 и фиг.84. Направляющие 2032 жестко установлены на картере (не показан), и таким образом с их помощью обеспечено ограничение качания поршней при совершении ими возвратно-поступательного движения внутри соответствующих цилиндров.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения эти направляющие расположены на картере, на котором их положение отрегулировано с помощью позиционирующей шпильки 2034 и к которому они прикреплены с помощью винтов, устанавливаемых в отверстиях 2036.

Направляющие 2032 предназначены для ограничения движения поршней как параллельно пазу 2018, так и в направлении, перпендикулярном к нему, благодаря чему при желании может быть обеспечена возможность уменьшения юбки поршня.

Пластины 2030 расположены по разные стороны паза, а не на одном или обоих его концах, поэтому нет необходимости в том, чтобы размер картера был больше, чем у обычных картеров, известных из уровня техники. Кроме того, ввиду того, что пластины 2030 выполнены с простиранием в пределах зоны поршня, для размещения кривошипа и поршневого узла может быть сравнительно легко приспособлен известный картер.

Пластины и паз 2018 могут быть выполнены заодно с поршнем 2012 и из того же материала, что и поршень. Но в альтернативном варианте вышеуказанные составные части могут быть выполнены как отдельные детали, и поршневой узел может быть собран из этих деталей. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения несущие поверхности паза 2018 и пластин 2030 подвергнуты соответствующей обработке в целях обеспечения их износоустойчивости, или же снабжены отдельными износоустойчивыми вставками и/или накладками. Должно быть понятно, что должна быть обеспечена подача масла к несущим поверхностям через смазочные каналы или путем заливания масла.

На фиг.85 - фиг.126 показаны на виде снизу различные варианты поршневых пластин или вертикальных направляющих средств, которые могут быть использованы с соединительным средством 2016, показанным на фиг.83 и фиг.84. Направляющие, использованные как аналоги направляющих 2032, соответствующие вертикальным пластинам 2030 на каждом из поршней, показанных на фиг.81 - фиг.84, не всегда показаны на этой группе чертежей, но должно быть понятно, что эти направляющие должны иметь форму, соответствующую поверхности пластин.

На фиг.85 показан поршень 2040, имеющий одну осевую пластину 2042. Пластина 2042 ориентирована перпендикулярно пазу 2018 и при этом выполнена с простиранием вдоль линии радиуса. Кроме того, пластина 2042 выполнена с простиранием за пределы периферии поршня. Пластина 2042 может быть выполнена заодно с поршнем или же может быть выполнена как отдельная деталь.

На фиг.86 показан поршень 2044, имеющий две параллельные пластины 2046, ориентированные перпендикулярно пазу 2018 вдоль пинии диаметра. Пластины 2046 выполнены с простиранием за пределы канала поршня с обеспечением возможности взаимодействия с направляющими 2032. Каждая пластина представляет собой отдельную деталь и введена в ориентированный в осевом направлении паз 2048, выполненный на поршне.

На фиг.87 показан поршень 2050, имеющий две выполненные в виде отдельных деталей, а не заодно, пластины 2052, которые введены в пазы 2054, выполненные в поршне. В остальном эта конструкция похожа на проиллюстрированные на фиг.81 и фиг.82.

На фиг.88 показан поршень 2056, конструкция которого похожа на проиллюстрированную на фиг.81 и фиг.82, за исключением того, что пластины 2058 выполнены с простиранием за пределы канала поршня.

На фиг.89 показан поршень 2060, имеющий ориентированные в осевом направлении пазы 2062, в которые введены ориентированные в осевом направлении пластины 2064, установленные на картере.

На фиг.90 показан поршень 2066, имеющий ориентированную в осевом направлении пластину 2068, которая расположена на одном конце паза 2018 и находится в зацеплении с U-образной направляющей 2070.

На фиг.91 показан поршень 2072, имеющий одну выполненную заодно пластину 2074.

На фиг.92 показан поршень 2076, имеющий три пластины - 2077, 2078 и 2079. Пластина 2077 ориентирована перпендикулярно пазу 2018 вдоль центральной линии поршня 2076, а пластины 2078 и 2079 ориентированы перпендикулярно пазу с простиранием от противоположной стороны к пластине 2077. Пластины 2078 и 2079 расположены на расстоянии друг от друга с простиранием по направлению к концам паза 2018. Все три пластины выполнены с простиранием за пределы периферии поршня.

На фиг.93 показан поршень 2080, сходный с проиллюстрированным на фиг.92, за исключением того, что две пластины 2078 и 2079 расположены намного ближе друг к другу и ориентированы по направлению к центру паза 2018. Кроме того, непарная пластина 2077 выполнена без выхождения за пределы зоны поршня.

На фиг.94 показан поршень 2082, имеющий два выступа 2084 Т-образного сечения, которые расположены диаметрально напротив друг друга и направлены в разные стороны перпендикулярно пазу 2018.

На фиг.95 показан поршень 2086, сходный с проиллюстрированным на фиг.94, но имеющий только один выступ 2088 Т-образного сечения, который выполнен с простиранием от середины паза 2018.

На фиг.96 показан поршень 2090, имеющий два выступа 2092 Т-образного сечения, которые смещены относительно центра паза 2018. В рассматриваемом варианте это смещение симметрично относительно центра поршня, но это не является обязательным условием.

На фиг.97 показан поршень 2094, сходный с проиллюстрированным на фиг.94, за исключением того, что выступы 2096 Т-образного сечения выполнены без выхождения за пределы зоны поршня.

На фиг.98 показан поршень 2098, имеющий ориентированные в осевом направлении выступы 20100 Y-образного сечения, которые выполнены с простиранием от центра паза 2 018.

На фиг.99 показан поршень 20102, имеющий две пластины 20104, выполненные с простиранием от центра паза 2018, но не перпендикулярно ему, а с наклоном под углом 45°.

На фиг.100 показан поршень 2072, сходный с тем, который проиллюстрирован на фиг.91, за исключением того, что в этом варианте имеются две выполненные заодно пластины 2074.

На фиг.101 показан поршень 20105, имеющий четыре пластины 20106, которые ориентированы перпендикулярно пазу 2018. Каждая из пластин находится в зацеплении с направляющим элементом (не показаны).

На фиг.102 показан поршень 20107, у которого имеются две пары выступающих элементов 20108 Г-образного сечения, при этом расположение элементов каждой пары таково, что между элементами образованы пазы 20110 Т-образного сечения, в которые введены направляющие элементы Т-образного сечения (не показаны).

На фиг.103 показан поршень 20112, имеющий две щеки 20114, каждая из которых имеет вогнутую поверхность 20116, предназначенную для взаимодействия с направляющим элементом комплиментарной формы. Профиль вогнутых поверхностей 20116 может быть эллиптическим, круговым или иной формы.

На фиг.104 показан поршень 20118, имеющий две щеки 20120 с выпуклыми поверхностями 20122. Профиль этих выпуклых поверхностей 20122 может быть эллиптическим, круговым или иной формы.

На фиг.105 показан поршень 20124, имеющий две щеки 20126, сходный с тем, который проиллюстрирован на фиг.104, но у которого щеки 20126 смещены в противоположных направлениях от центра паза 2018. Это смещение может быть как симметричным, так и асимметричным.

На фиг.106 показан поршень 20128, имеющий две щеки 20130, у которых имеются выпуклые поверхности 20132. От каждой выпуклой поверхности 20132 по направлению к центру паза 2018 выполнена прорезь 20134.

На фиг.107 показан поршень 20136, ориентированный перпендикулярно пазу 2018. Обе пластины 20138 выполнены со смещением от центра поршня и расположены напротив друг друга.

На фиг.108 показан поршень 20140, имеющий две щеки 20142, выполненные с простиранием в осевом направлении. Каждая щека имеет волнообразную поверхность 20144, выполненную с возможностью взаимодействия с соответствующей направляющей поверхностью. Поперечное сечение этих волнообразных поверхностей 20144 может представлять собой волнообразную кривую, составленную, например, из круговых или эллиптических дуг, но может иметь и любую другую подходящую форму. Эта форма может быть как правильной, так и неправильной.

На фиг.109 показан поршень 20146, сходный с теми, которые проиллюстрированы на фиг.92 и фиг.93, в том отношении, что он имеет пластины 20148, у которых поперечное сечение представляет собой прямоугольник. Однако пластины 20148 не выполнены с возможностью взаимодействия со стенками паза 2018 и не выполнены заодно с ним. Пластины 20148 ориентированы в направлении от нижней части поршня 20146.

На фиг.110 показан поршень 20150, имеющий две щеки 20152, которые ориентированы от основного тела поршня и выполнены отдельно от стенок паза 2018. Каждая щека образована двумя пластинами - пластиной 20153 и пластиной 20154, которые ориентированы по отношению друг к другу под углом 90°. Следует заметить, что они могут быть ориентированы и под другим углом.

На фиг.111 показан поршень 2072, сходный с тем, который проиллюстрирован на фиг.100, за исключением того, что в этом варианте пластины 20155 выполнены с выхождением за пределы проекции (вид с торца) поршня 2072.

На фиг.112 показан поршень 20156, имеющий две щеки 20158, выполненные с простиранием в осевом направлении. Поперечное сечение этих щек имеет форму гриба.

На фиг.113 показан поршень 20160, имеющий две пластины 20162, выполненные с простиранием в осевом направлении без возможности взаимодействия со стенками паза 2018.

На фиг.114 показан поршень 20166, сходный с поршнем, проиллюстрированным на фиг.113, но имеющий, в отличие от поршня 20160, четыре пластины 20168, выполненные с простиранием в осевом направлении. По одну и другую сторону от паза 2018 расположены по две пластины 20168. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения эти четыре пластины расположены симметрично относительно центра поршня.

На фиг.115 показан поршень 20170, имеющий две пары направляющих щек. Первая пара 20172 выполнена с простиранием от нижней части основного тела поршня и имеет наружную поверхность 20174, поперечное сечение которой имеет форму круговой или эллиптической дуги. Вторая пара 20176 выполнена с простиранием от имеющей в поперечном сечении круглую форму наружной поверхности поршня.

На фиг.116 показан поршень 20178, имеющий четыре осевые направляющие пластины 2 0180, выполненные с простиранием от наружной поверхности поршня, имеющей в поперечном сечении круглую форму.

На фиг.117 показан поршень 20182, имеющий направляющий элемент 20184, по существу представляющий собой стержень, который ориентирован в осевом направлении. Направляющий элемент 20184 установлен на наружной поверхности поршня или же выполнен заодно с ней.

На фиг.118 показан поршень 20186, сходный с тем, который проиллюстрирован на фиг.90, за исключением того, что в этом варианте на одном конце паза 2018 имеются две направляющие пластины 20188.

На фиг.119 показан поршень 20190, имеющий две направляющие щеки 20192, выполненные с простиранием в осевом направлении и с отхождением от стенок паза 2018 в целом в радиальном направлении. Каждая из направляющих щек 20192 имеет волнистые боковые поверхности 20194. Форма этих волнистых поверхностей может быть любой.

На фиг.120 показан поршень 20196, имеющий три направляющих пластины - пластину 20197, пластину 20198 и пластину 20199. Направляющая пластина 20197 выполнена с простиранием перпендикулярно пазу 2018, а пластины 20198 и 20199 ориентированы от паза 2018 с расхождением в разные стороны. В преимущественных вариантах осуществления предлагаемого изобретения все три пластины выполнены с простиранием от паза 2018 в радиальном направлении.

На фиг.121 показан поршень 20200, имеющий только один направляющий элемент 20202, выполненный с простиранием в осевом направлении. Направляющий элемент 20202 имеет вогнутые боковые поверхности 20204 и плоскую наружную поверхность 20206. В преимущественных вариантах осуществления предлагаемого изобретения поверхность 20206 параллельна пазу 2018.

На фиг.122 показан поршень 20207, имеющий три направляющих элемента - направляющий элемент 20208, направляющий элемент 20210 и направляющий элемент 20212, которые выполнены с простиранием в осевом направлении. Направляющий элемент 20208 в поперечном сечении имеет простую прямоугольную форму, направляющий элемент 20210 в поперечном сечении имеет F-образную форму, а направляющий элемент 20212 состоит из центральной пластины и выполненных с отхождением от нее в стороны ребер 20216 и 20218. Ребра 20216 и 20218 могут быть как одинакового, так и разного размера.

На фиг.123 показан поршень 20220, имеющий по меньшей мере два ролика 20222, установленных по разные стороны от паза 2018 на осевых шпильках 20224. Ролики 20244 находятся во взаимодействии с ориентированным в осевом направлении направляющим элементом 20226, установленным на картере. Поршень может иметь по разные стороны паза 2018 два ролика или более.

На фиг.124 показан поршень 20228, имеющий два пустотелых элемента 20230 прямоугольного сечения, выполненных с простиранием в осевом направлении и расположенных по разные стороны от паза 2018. Эти пустотелые элементы 20230 открыты по меньшей мере с одного конца и выполнены с возможностью нахождения в них направляющих стержней, установленных на картере.

На фиг.125 показан поршень 20232, имеющий направляющие элементы 20234 треугольного сечения, выполненные с простиранием в осевом направлении и расположенные по разные стороны от паза 2018.

На фиг.126 показан поршень 20236, имеющий направляющий элемент 20238, поперечное сечение которого имеет по бокам угловые выемки 20240.

На фиг.127 - фиг.129 показан поршень 20242, имеющий ориентированную в вертикальном направлении направляющую рейку 20244 и ориентированный горизонтально ползун 20246. Направляющая рейка 20244 выполнена с простиранием от нижней поверхности основного тела 20248 поршня 20242. Горизонтальный ползун 20246 установлен на внутренней (обращенной к центру поршня) боковой поверхности направляющей рейки 20244. Горизонтальный ползун 20246 выполнен с возможностью взаимодействия с подходящим средством зацепления, имеющимся на соединительном средстве, в то время как ориентированная вертикально направляющая рейка 20244 выполнена с возможностью взаимодействия с подходящей направляющей поверхностью, имеющейся на картере.

На фиг.130 - фиг.132 показан поршень 20250, имеющий вертикальный направляющий элемент 20252 и горизонтальный элемент 20254. Горизонтальный элемент 20254 имеет охватывающий паз 20256, предназначенный для взаимодействия с соответствующим выступом, имеющимся на соединительном средстве, с возможностью скольжения.

На фиг.133 - фиг.135 показан поршень 20258, имеющий основное тело 20260. С помощью поршневого пальца 20262 к основному телу 20260 с возможностью поворота присоединено средство зацепления 20264. Это средство зацепления включает горизонтальную часть 20266 и вертикальную часть 20268. Горизонтальная часть имеет паз 20270, выполненный с возможностью нахождения в нем установленного на соединительном средстве соответствующего выступа с возможностью скольжения, а вертикальная часть 20268 выполнена с возможностью взаимодействия с направляющим элементом, установленным на картере. Следует заметить, что вертикальная часть выполнена с простиранием как над горизонтальной частью, так и под ней.

На фиг.136 - фиг.138 показан поршневой узел 20272, имеющий ориентированный в горизонтальном направлении элемент 20274 Z-образного сечения, который выполнен с возможностью взаимодействия с соответствующей поверхностью, имеющейся на соединительном средстве, с возможностью скольжения. Имеются также направляющие элементы 20275, выполненные с возможностью взаимодействия с направляющими элементами на картере.

На фиг.139 - фиг.141 показан поршневой узел 20276, имеющий вертикальный направляющий элемент 20278, выполненный с простиранием от основания основного тела 20280 поршня. Имеется также горизонтальный элемент 20282, который установлен на основном теле 20280 независимо от вертикального направляющего элемента 20278.

На фиг.142 - фиг.144 показан поршневой узел 20283, имеющий основное тело 20284 и направляющее средство 20286, выполненное с возможностью выполнения также функций средства зацепления, установленное на основном теле с помощью шпилек или винтов 20288. Направляющее средство 20286 имеет два вертикальных направляющих элемента 20290 и поперечину 20292. На поперечине 20292 установлен имеющий Т-образное сечение элемент зацепления 20294, ориентированный перпендикулярно плоскости двух вертикальных направляющих элементов 20290. Этот элемент зацепления 20294 выполнен с возможностью взаимодействия с соединительным средством.

На фиг.145 - фиг.147 показан поршневой узел 20296, сходный с тем, который проиллюстрирован на фиг.142 - фиг.144, имеющий сходное направляющее средство 20300, выполненное с возможностью выполнения также функций средства зацепления, установленное на основном теле 20298 поршня 20296. Направляющее средство 20300 установлено на основном теле 20298 с помощью поршневого пальца 20302, который выполнен с простиранием в плоскости двух ног 20290. Направляющее средство 20300 выполнено с возможностью поворота вокруг оси поршневого пальца 20302.

На фиг.148 - фиг.150 показан поршневой узел 20304, имеющий основное тело 20306, на котором установлено направляющее средство 20308, имеющее Н-образное поперечное сечение. Направляющее средство 20308 прикреплено к основному телу 20306 с помощью шпилек 20310. На поперечине 20309, относящейся к направляющему средству 20308, установлен с простиранием в горизонтальном направлении элемент зацепления 20312. Элемент зацепления 20312 прикреплен к поперечине 20309 с помощью шпильки 20314 с возможностью поворота вокруг оси этой шпильки. Элемент зацепления 20312 имеет паз 20316 Т-образного сечения, предназначенный для нахождения в нем соответствующего выступа Т-образного сечения, имеющегося на средстве зацепления.

На фиг.151 - фиг.153 показан поршневой узел 20318, имеющий направляющее средство 20320, выполненное с возможностью выполнения также функций средства зацепления, прикрепленное к основному телу 20322 с помощью шпильки 20324. Имеется поперечина 20326, выполненная с простиранием между вертикальными элементами 20328 и имеющая паз 20330 Т-образного сечения.

На фиг.154 - фиг.156 показано направляющее средство 20332, выполненное с возможностью выполнения также функций средства зацепления, имеющее поперечину 20334, четыре вертикальных направляющих элемента 20336 и центральный соединительный элемент 20338. По разные стороны поперечины 20334 расположено по два направляющих элемента 20336. Поперечина имеет паз 20339 Т-образного сечения.

На фиг.157 - фиг.159 показано направляющее средство, выполняющее также функции средства зацепления, сходное с тем, которое проиллюстрировано на фиг.154 - фиг.156, с тем отличием, что поперечина 20340 не снабжена пазом Т-образного сечения, а сама имеет Т-образное сечение.

На фиг.160 - фиг.162 показано направляющее средство 20342, выполняющее также функции средства зацепления, сходное с тем, которое проиллюстрировано на фиг.157 - фиг.159, с тем отличием, что оно прикреплено к телу поршня 20344 с помощью двух шпилек 20346 таким образом, что проворачивание исключено.

На фиг.163 - фиг.165 показан поршневой узел 20350, имеющий направляющее средство 20352, выполненное с возможностью выполнения также функций средства зацепления, установленное на шпильке или поперечине 20354 тела поршня 20356. Шпилька или поперечина 20354 может быть выполнена как в виде отдельной детали, так и заодно с телом поршня 20356. Удержание направляющего средства на поперечине 20354 обеспечено с помощью винта 20358.

На фиг.166 - фиг.168 показано направляющее средство 20360, выполняющее также функции средства зацепления, сходное с тем, которое проиллюстрировано на фиг.154 - фиг.156, с тем отличием, что удержание этого средства на теле поршня 20362 обеспечено с помощью двух шпилек 20364.

На фиг.169 - фиг.171 показан поршневой узел 20366, функционально идентичный тому, который проиллюстрирован на фиг.166 - фиг.168, но с тем отличием, что в нем имеется только одна унитарная структура и только один вертикальный направляющий элемент 20368 на каждой стороне горизонтального элемента зацепления, а не два.

На фиг.172 - фиг.174 показан поршневой узел 20370, сходный с тем, который проиллюстрирован на фиг.127 - фиг.129, но с тем отличием, что в нем имеется горизонтальный паз 20372, предназначенный для зацепления с соединительным средством.

На фиг.175 - фиг.177 показан поршневой узел 20374, имеющий только один вертикальный направляющий элемент 20376 и элемент зацепления 20378 Т-образного сечения, выполненный с ответвлением от направляющего элемента 20376.

На фиг.178 - фиг.180 показан поршневой узел, функционально идентичный тому, который проиллюстрирован на фиг.130 - фиг.132, но с тем отличием, что охватывающий паз 20380 расположен намного ближе к телу поршня 20382.

На фиг.181 - фиг.183 показан поршневой узел 20450, имеющий два вертикальных направляющих элемента 20452, выполненных с простиранием от тела поршня 20454. Имеется поперечина 20456, которая установлена с утоплением в направляющие элементы 20452 и выполнена с простиранием в горизонтальном направлении. Эта поперечина имеет охватывающий паз 20458, выполненный с возможностью размещения в нем соответствующего выступа, имеющегося на соединительном средстве.

На фиг.184 - фиг.186 показан поршневой узел 20460, имеющий тело поршня 20462 и направляющее средство 20464, выполненное с возможностью выполнения также функций средства зацепления. Это направляющее средство 20464 включает Т-образный в поперечном сечении элемент зацепления 20466, который имеет поперечину 20468, в которой выполнен паз 20470 Г-образного сечения, предназначенный для размещения в нем соответствующего имеющего Г-образное поперечное сечение выступа, расположенного на соединительном средстве. Имеется вертикальный направляющий элемент 20442, соединенный с телом поршня 20462. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения направляющий элемент 20472 выполнен заодно с элементом зацепления 20466, но это не является обязательным условием, он может быть выполнен и в виде отдельной детали. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения направляющий элемент 20472 выполнен с простиранием до уровня ниже горизонтальной поперечины 20468.

На фиг.187 - фиг.189 показан поршневой узел 20474, имеющий тело поршня 20476 и направляющее средство 20478, выполненное с возможностью выполнения также функций средства зацепления, которое прикреплено к телу поршня 20476 с помощью поршневого пальца 20480 с возможностью поворота вокруг оси этого поршневого пальца. Направляющее средство 20478 имеет часть Т-образного сечения, включающую вертикальную ногу 20482 и горизонтальную поперечину 20484. Эта горизонтальная поперечина имеет паз 20486 Т-образного сечения, выполненный в боковой стенке 20488 с возможностью, размещения в нем соответствующего выступа, имеющегося на соединительном средстве.

На фиг.190 - фиг.192 показан поршневой узел 20490, имеющий тело поршня 20492 и четыре вертикальных параллельных направляющих элемента 20494, выполненных с простиранием вниз.

Эти четыре направляющих элемента 20494 расположены по углам квадрата, центр которого совпадает с центром окружности поршня.

Имеется средство зацепления 20496, которое установлено на поршне, к которому прикреплено с помощью поршневого пальца 20498 с возможностью поворота вокруг оси последнего и расположено между вертикальными направляющими элементами 20494. Средство зацепления включает плоскую поперечину 20500, выполненную с возможностью введения в паз Т-образного сечения, выполненный на соединительном средстве.

На фиг.193 - фиг.195 показан поршневой узел 20502, имеющий тело поршня 20504 и направляющее средство 20506, выполненное с возможностью выполнения также функций средства зацепления, прикрепленное к телу поршня 20504 с помощью двух шпилек 20512. Направляющее средство 20506 имеет стержень 20510 и первую поперечину 20512, имеющую четыре вертикальных направляющих стержня 20514 - по одному в каждом ее углу. На нижней стороне первой поперечины 20512 установлена вторая поперечина 20516 Т-образного сечения, которая выполнена с возможностью взаимодействия с соответствующим пазом Т-образного сечения, выполненным на соединительном средстве.

На фиг.196 показано возвратно-поступательное поршневое устройство 3010, имеющее кривошип 3012, поршни 3014, выполненные с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндров 3016, и соединительный механизм 3018, установленный с возможностью поворота на относящейся к кривошипу 3012 опоре 3020 нижнего конца шатуна. Соединительный механизм 3018 выполнен с возможностью взаимодействия с промежуточными элементами 3022. Шатуны 3024 выполнены с возможностью соединения промежуточных элементов 3022 с соответствующими поршнями 3014, при этом шатуны 3024 с соответствующими поршнями 3014 и промежуточными элементами 3022 соединены шарнирно.

Каждый промежуточный элемент 3012 имеет ползунное плечо 3026, установленное в ползуне 3028. Ползун 3028 выполнен с образованием прямолинейного паза, параллельного оси 3030 соответствующего цилиндра. Таким образом обеспечено ограничение движения промежуточного элемента 3022 движением только параллельно оси 3030 цилиндра. Соединительный механизм 3018 имеет ограничение в движении относительно промежуточных элементов 3022, при этом направление его движения перпендикулярно оси 3030 цилиндра, и при вращении кривошипа 3012 обеспечено принуждение поршней 3014 к совершению движения по правильному синусоидальному закону.

На фиг.197 показан вариант осуществления предлагаемого изобретения, сходный с тем, который проиллюстрирован на фиг.196, поэтому аналогичные составные части имеют одинаковое числовое обозначение. В варианте, иллюстрируемом на фиг.197, промежуточные элементы 3022 выполнены с возможностью взаимодействия с ползунами 3040, которые имеют между собой шарнирное соединение на общей оси 3042. Эта общая ось расположена на линии, проходящей через ось 3044 кривошипа и являющейся биссектрисой угла между осями 3030 двух цилиндров. Ползуны 3040 выполнены с возможностью поворота вокруг общей оси 3042, так что оси 3046 ползунов не обязательно параллельны осям 3030 цилиндров. При повороте ползунов вокруг общей оси обеспечено принуждение промежуточных элементов к перемещению на некоторый угол в сторону соответствующих осей цилиндров, с обеспечением, таким образом, уменьшения эффективного хода поршней устройства. Боковое движение промежуточных элементов 3022 относительно поршней обеспечено благодаря шарнирному соединению соответствующего шатуна 3024 с поршнем с одной стороны и с промежуточным элементом 3022 с другой стороны. Эффект этого движения состоит в привнесении накладывающегося на основное синусоидальное движение, обусловленное вращательным движением кривошипа 3012, вторичного синусоидального движения, обусловленного вышеуказанным боковым движением.

На фиг.198 показан вариант осуществления предлагаемого изобретения, сходный с тем, который проиллюстрирован на фиг.197, но с тем отличием, что ползуны 3040 установлены на отдельных осях - оси 3050 и оси 3052. Как и в варианте, проиллюстрированном на фиг.197, при вращательном движении ползунов 3040 вокруг их осей вращения 3050 и 3052 обеспечено принуждение к изменению длины хода и характера движения поршней 3014.

На фиг.199 показана модификация предыдущего варианта, в которой промежуточные элементы 3022 выполнены с возможностью взаимодействия с унитарным ползуном 3060, который установлен на самой оси 3044 кривошипа с возможностью поворота вокруг нее. В остальном функционирование этого устройства идентично варианту, проиллюстрированному на фиг.197.

На фиг.200 показана еще одна разновидность устройства по предлагаемому изобретению, в которой промежуточные элементы 3022 установлены в ползунах 3062, которые установлены на осях 3064 с возможностью поворота вокруг них. Как и устройствах, проиллюстрированных на фиг.197 и 198, при повороте ползунов 3062 обеспечено принуждение к изменению характера движения и длины хода поршней.

На фиг.201 показан вариант устройства по предлагаемому изобретению, которое имеет составной поршень 3070, включающий внешний поршень 3072 и внутренний поршень 3074. Внешний поршень 3072 эквивалентен поршню 3014 из предыдущего варианта. Внутренний поршень 3074 установлен с возможностью скольжения внутри внешнего поршня 3072 с возможностью совершения движения параллельно оси цилиндра. Имеется соединительная система 3076, выполненная с возможностью соединения внутреннего поршня 3074 с вторичным ползунным элементом 3077, который установлен во вторичном ползуне 3078. Оба ползуна, первичный и вторичный, шарнирно установлены на отдельных осях - оси 3080 и оси 3082 независимо друг от друга.

Когда оси первичного и вторичного ползунов параллельны, внутренний поршень 3074 не имеет возможности движения относительно внешнего поршня. Когда эти оси не параллельны, обеспечена возможность движения внутреннего поршня относительно внешнего поршня при вращении кривошипа, при этом обеспечено также движение ползунных элементов вдоль соответствующих ползунов.

Следует заметить, что промежуточный элемент 3022 шарнирно соединен с поршнем 3072 вместе с шатуном. Для обеспечения необходимых степеней свободы предусмотрен отдельный скользящий элемент 3084, который имеет шарнирное соединение с промежуточным элементом 3022.

Два ползуна имеют также возможность совершения бокового движения вдоль оси 3086, благодаря чему обеспечена возможность изменения рабочего объема или степени сжатия в рассматриваемом устройстве. Два ползуна выполнены с возможностью совершения этого бокового движения независимо друг от друга. Осевые точки на фиг.201 обозначены как А, В, С и D.

На фиг.202 показан зеркальный вариант устройства, проиллюстрированного на фиг.201, в котором два ползуна выполнены без возможности поворота, но с возможностью совершения бокового движения (нет осевых точек А, В, С и D, показанных на фиг.201).

На фиг.203 показан еще один вариант устройства по предлагаемому изобретению, в котором имеется Г-образный промежуточный элемент 3090, установленный с возможностью поворота на ползунном элементе 3092. Ползунный элемент 3092 выполнен с возможностью скольжения в ползуне 3094, который выполнен с возможностью поворота вокруг оси 3096. Ось 3096 не расположена на оси скольжения 3098.

(Описание фиг.204 следует ниже после описания фиг.209).

На фиг.205 показан вариант устройства по предлагаемому изобретению, сходный с тем, который проиллюстрирован на фиг.201, в котором имеется соединительный механизм для клапана 3101, снабженный следящим элементом 3100, который выполнен с возможностью качения вдоль криволинейного паза 3102. Таким образом, при движении следящего элемента вдоль паза 3102 обеспечена возможность изменения положения клапана 3101. Корпус 3104 установлен с возможностью поворота вокруг оси 3106, благодаря чему обеспечена дополнительная возможность управления положением клапана.

На фиг.207 показан вариант устройства по предлагаемому изобретению, сходный с тем, который проиллюстрирован на фиг.203. В варианте устройства, показанном на фиг.207, паз 3110 имеет форму дуги и имеется дугообразный следящий элемент 3112, выполненный с возможностью скольжения вдоль паза 3110. Корпус 3114 установлен с возможностью поворота вокруг оси 3118, с которой он соединен через посредство эксцентрика 3116. Этим обеспечена возможность изменения бокового положения паза 3110. Радиус кривизны паза 3110 может быть любым.

На фиг.208 показан еще один вариант устройства по предлагаемому изобретению, который в целом сходен с тем, который проиллюстрирован на фиг.207, но имеет то отличие, что паз 3120 в корпусе 3122 не является просто дугообразным, а имеет более сложную форму с несколькими радиусами кривизны. Для приспособления к такой форме паза ползун 3124 имеет два скользящих элемента 3126, выполненных с возможностью качения. Таким образом, при движении ползуна 3124 вдоль паза 3120 обеспечено его движение вбок относительно оси цилиндра. Движение ползуна 3124 относительно промежуточных элементов 3022 обеспечено благодаря шарнирному соединению двух следящих элементов по оси 3128.

На фиг.209 показан еще один вариант устройства по предлагаемому изобретению, в котором шатун 3130 шарнирно соединен с поршнем 3132 и промежуточным элементом 3134. Как и в других вариантах, промежуточный элемент 3134 выполнен с возможностью совершения бокового движения относительно соединительного средства 3136, которое установлено на опоре 3138 нижнего конца шатуна, относящегося к кривошипу 3140. Промежуточный элемент 3134 шарнирно соединен с ползунным элементом 3142 в точке 3143, который выполнен с возможностью скольжения в пазе 3144, выполненном в первичном корпусе 3146. Первичный корпус 3146 шарнирно соединен со вторичным корпусом 3148 в точке 3150. Вторичный корпус 3148 выполнен с возможностью совершения движения вдоль оси 3152. Эта ось 3152 может быть перпендикулярной оси цилиндра, но может быть ориентирована к ней и под другим углом, отличающимся от 90°. Как можно видеть, промежуточный элемент 3134 выполнен с возможностью совершения бокового движения, так что прямая линия 3154, являющаяся линией соединения точек 3156 и 3158, в которых шатун имеет шарнирное соединение, по отношению к оси 3159 цилиндра может быть ориентирована под углом, отличающимся от 90°.

На фиг.204 показан вариант жидкостного устройства с треугольным шатуном по предлагаемому изобретению, в котором имеется кривошип 3200, соединительное средство 3202, установленное на опоре 3204 нижнего конца шатуна, и поршни 3206, шарнирно соединенные с промежуточным элементом 3208 с помощью шатунов 3210. Промежуточный элемент 3208 расположен в раме 3212, состоящей из четырех элементов - 3214, 3215, 3216 и 3217, которые шарнирно соединены между собой в точках А, В, С и D. Рама имеет ту же высоту, что и промежуточный элемент 3208, но ширина рамы больше, чем ширина промежуточного элемента 3208, благодаря чему обеспечена возможность бокового движения промежуточного элемента 3208, а следовательно, и поршней 3206. Рама выполнена с возможностью перемещения в вертикальном направлении. При вертикальном перемещении рамы обеспечено принуждение промежуточного элемента 3208 к движению вверх и принуждению, таким образом, шатунов 3210 к повороту вверх с подтягиванием поршней по направлению к центру устройства. Таким образом, в рассматриваемом устройстве обеспечена возможность изменения степени сжатия при сохранении того же хода поршней.

На фиг.210 - фиг.217 показано жидкостное устройство 4010 с V-образным расположением цилиндров, имеющее кривошип 4012, выполненный с возможностью вращения вокруг оси 4013, и два поршня 4014, выполненных с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндров 4016. Оба поршня 4014 соединены с кривошипом 4012 посредством единого ползунного механизма 4018, который установлен на опоре 4020 нижнего конца шатуна, относящейся к кривошипу 4012, с возможностью поворота. Опора 4020 нижнего конца шатуна выполнена с простиранием между щеками 4022 (показана одна из них). Ползунный механизм 4018 имеет два Т-образных в поперечном сечении выступа 4024, которые выполнены с возможностью взаимодействия с соответствующими пазами 4026 (можно видеть на фиг.215), выполненными в поршнях 4014. При вращении кривошипа обеспечено принуждение ползунного механизма 4018 к скольжению относительно поршней 4014 и принуждение последних к совершению возвратно-поступательного движения внутри цилиндров.

Имеются два направляющих элемента 4028, выполненных с простиранием вниз от области основания каждого поршня. Эти направляющие элементы 4028 расположены по разные стороны от ползунного механизма 4018 и паза 4026. Кроме того, каждый из этих направляющих элементов выполнен с простиранием ниже паза 4026 по направлению к оси 4013 кривошипа. Следует заметить, что, хотя в рассматриваемом варианте использовано два направляющих элемента 4028 на поршень, их количество может быть и другим, может быть использован, например, один или более двух направляющих элементов на поршень. В тех случаях, когда количество направляющих элементов два или более на поршень, не имеет значения, расположены ли они симметрично относительно оси цилиндра (она же ось поршня). Направляющие элементы могут быть расположены по одну сторону паза 4026 или же асимметрично по обе стороны.

Направляющие элементы 4028 находятся во взаимодействии с соответствующим количеством направляющих 4030 (можно видеть на фиг.215), которые прикреплены к картеру или выполнены заодно с ним. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения каждая направляющая 4030 имеет U-образный канал, выполненный с возможностью совершения в нем возвратно-поступательного движения соответствующим направляющим элементом 4028.

Как лучше всего видно на фиг.216 и фиг.217, опора 4020 нижнего конца шатуна поддерживается двумя щеками 4022. Направляющие элементы 4028 расположены на поршне 4014 между двумя щеками 4022, если смотреть сбоку. Кроме того, как лучше всего видно на фиг.210 - фиг.213, направляющие элементы выполнены с простиранием вдоль плоскости, параллельной оси цилиндра, по направлению к оси 4013 кривошипа. Таким образом, введение в конструкцию устройства направляющих элементов не требует увеличения объема картера.

При вращении кривошипа 4012 обеспечено принуждение поршней 4014 к совершению возвратно-поступательного движения в цилиндрах 4016 и, как можно видеть на фиг.210 - фиг.213, принуждение направляющих элементов 4028 к совершению движения вверх и вниз с поршнями 4014 в пределах объема, ометаемого опорой 4020 нижнего конца шатуна.

При нахождении поршня в нижней мертвой точке (фиг.210) направляющие элементы 4028 могут быть расположены в стороне от рукава 4038 ползунного механизма 4018, но в непосредственной близости к нему, благодаря чему обеспечено расположение направляющих 4030 в максимальной близости к объему, ометаемому коленчатым валом.

На фиг.218 показано жидкостное устройство 5010, имеющее кривошип 5012, выполненный с возможностью вращения вокруг оси 5014 и имеющий опору 5016 нижнего конца шатуна с осью 5018. На опоре 5016 нижнего конца шатуна установлено соединительное средство 5020, выполненное с возможностью поворота на опоре 5016 нижнего конца шатуна вокруг оси 5018. Соединительное средство 5020 включает прямолинейный паз 5022, выполненный с возможностью размещения в нем средства зацепления 5024. Это средство зацепления выполнено с возможностью совершения движения вдоль паза 5022 путем скольжения, путем качения на роликах или иным путем.

Имеется поршень 5026, который установлен на средстве зацепления 5024 или выполнен заодно с ним. Поршень 5026 расположен в цилиндре 5028 с возможностью совершения возвратно-поступательного движения вдоль оси 5030 цилиндра.

Средство зацепления 5024 имеет форму треугольной петли, а соединительное средство 5020 расположено таким образом, что прямолинейный паз 5022 всегда расположен таким образом, что ось 5018 опоры нижнего конца шатуна находится между линейным пазом 5022 и поршнем 5026. Поршень 5026 выполнен с возможностью совершения движения только вдоль оси 5030 цилиндра, и при вращении кривошипа 5012 обеспечено подержание прямолинейного паза 5022 в горизонтальном положении, при этом обеспечена возможность движения соединительного средства 5020 как в вертикальном направлении (с движением поршня), так и в боковых направлениях относительно средства зацепления 5024.

Благодаря такой конструкции обеспечена возможность перенесения оси кривошипа ближе к головке 5032 цилиндра, чем при другой конструкции.

На фиг.219 показан вариант, сходный с тем, который проиллюстрирован на фиг.218, у которого те же составные части и та же конструкция, за исключением средства зацепления. Поэтому для аналогичных составных частей использованы одинаковые числовые обозначения.

В устройстве, показанном на фиг.219, средство зацепления 5040 представляет собой не замкнутую петлю, а открыто с одной стороны. Это может представлять удобство при сборке, но функционально эта конструкция идентична той, которая показана на фиг.218.

На фиг.220 показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения, который в некоторых отношениях может считаться производным от варианта, проиллюстрированного на фиг.219.

Устройство 5050, иллюстрируемое на фиг.220, включает кривошип 5052, выполненный с возможностью вращения вокруг оси 5054, и опору 5056 нижнего конца шатуна, имеющую ось 5058. На оси 5058 установлено с возможностью поворота соединительное средство 5060.

Имеются два соосных цилиндра 5062, в которых расположены поршни 5064, выполненные с возможностью совершения движения вдоль общей оси 5066. Ось 5054 кривошипа находится на расстоянии от оси 5066.

Оба поршня 5064 установлены на средстве зацепления 5068 или выполнены заодно с ним, это средство зацепления имеет в целом Т-образную форму и состоит из плеча 5070 и вала, выполненного с простиранием вдоль оси 5066, при этом плечо 5070 выполнено в виде ответвления от этого вала. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения плечо 5070 ориентировано под углом 90° по отношению к оси 5066, но это не является обязательным условием. Кроме того, в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения плечо 5070 расположено между поршнями 5064 примерно посередине, но это тоже не является обязательным условием.

Плечо 5070 выполнено с возможностью взаимодействия с соединительным средством 5060, в предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения - посредством скользящей пары выступ - канавка (или паз) с обеспечением возможности движения соединительного средства вдоль плеча 5070. В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения плечо 5070 является прямым, но это не является обязательным условием.

Плечо 5070 выполнено с простиранием за пределы соединительного средства 5060 и на своем свободном конце имеет направляющий элемент 5072, который установлен на направляющем средстве 5074 или внутри него. Направляющее средство 5074 имеет паз 5076, который выполнен параллельно оси 5066 и предназначен для обеспечения параллельности направления движения поршней 5064 и средства зацепления 5068 оси 5066. Для стабилизации движения поршней 5064 предназначены также направляющие элементы 5078, установленные вдоль оси 5066. В рассматриваемом варианте поршни 5062 установлены с возможностью совершения возвратно-поступательного движения по другую сторону от опоры 5056 нижнего конца шатуна, чем направляющее средство 5074.

На фиг.221 в качестве еще одного варианта осуществления предлагаемого изобретения показано устройство 5080, которое основано на варианте, проиллюстрированном на фиг.218, но в отличие от него имеет два соосных поршня 5090, расположенных напротив друг друга.

В этом варианте имеется общее средство зацепления 5082, которое выполнено с возможностью взаимодействия с соединительным средством. По своему действию это средство зацепления эквивалентно двум средствам зацепления устройства, проиллюстрированного на фиг.218, соединенным с помощью общего поперечного элемента 5084.

На фиг.222 показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения - устройство 5100, у которого поршни, кривошип и схема расположения цилиндров сходны с теми, которые показаны на фиг.211. В этом варианте средство зацепления 5102 имеет зигзагообразную форму, а в остальном это устройство функционально эквивалентно тому, которое проиллюстрировано на фиг.221.

На фиг.223 и фиг.224 показано устройство 6010 с треугольным шатуном и оппозитным расположением цилиндров, имеющее кривошип 6012, цилиндры 6014, расположенные по разные стороны от кривошипа 6012, и два поршня 6016, установленных на шатунном узле 6018. Шатунный узел 6018 имеет паз 6020, в котором расположен ползун 6022, выполненный с возможностью скольжения вдоль этого паза. Ползун 6022 установлен с возможностью поворота на опоре 6024 нижнего конца шатуна, относящейся к кривошипу. Во избежание нагромождения деталей показана только половина кривошипа, и на практике опора нижнего конца шатуна выполнена с простиранием через ползун 6022.

Шатунный узел включает две одинаковые детали - деталь 6026а и деталь 6026b. Каждая из этих деталей имеет занимающую центральное положение монтажную арматуру 6028, на которой установлены поршень 6016, поперечный элемент 6030 и продольный элемент 6032.

Поперечный элемент 6030 выполнен с простиранием практически перпендикулярно осям цилиндров, а продольный элемент 6032 выполнен с простиранием практически параллельно осям цилиндров.

Имеется канал 6034, который выполнен в поперечном элементе 6030 и в продольном элементе 6032 и в котором расположен ползун 6022. На свободном конце 6036 поперечного элемента 6030 имеются отверстия 6038, предназначенные для винтового соединения, а на свободном конце 6040 продольного элемента 6032 имеются отверстия 6042, также предназначенные для винтового соединения. Две одинаковые детали соединены со свободными концами 6036 поперечных элементов 6030, выполненных с возможностью зацепления со свободными концами 6040 продольных элементов 6032 другой детали. Отверстия 6038 и 6042 двух деталей совпадают по расположению, благодаря чему обеспечено скрепление двух деталей с помощью болтов 6044 и гаек 6046.

Имеются распорные гильзы 6048, установленные в каналах для болтов 6044 и предназначенные для предотвращения перетяжки болтовых соединений и разрушения паза.

Как лучше всего видно на фиг.224, у продольных элементов 6032 имеются закрытые концы 6050.

На фиг.225 и фиг.226 показано устройство, функционально идентичное устройству, проиллюстрированному на фиг.223 и 224, с тем отличием, что у обеих деталей, составляющих шатунный узел, конец 6050 не является закрытым. Вместо этого имеется канал 6034, проходящий через этот конец. Такое решение обеспечивает облегчение изготовления устройства, так как канал 6034 может быть легко обработан с помощью шлифовального круга, при этом движение шлифовального круга не будет ограничено концами продольного элемента 6032. От конца 6050 продольного элемента 6032 не требуется удержания ползуна 6022 в канале 6034.

На фиг.227 и 228 показан еще один вариант шатунного узла. В этом варианте шатунный узел 6060 расщеплен вдоль оси цилиндра с образованием двух одинаковых деталей - детали 6062а и детали 6062b. Эти детали имеют U-образную форму, каждая из них состоит из центрального тела 6064 и выполненных с ответвлением от него в осевом направлении плеч 6066. Каждая из этих деталей симметрична относительно центральной линии, перпендикулярной оси цилиндра.

На каждой из противоположных поверхностей двух пар плеч 6066 выполнены отверстия 6068, предназначенные для введения в них штифтов, и имеются штифты 6070, предназначенные для фиксации собранного положения обеих половин шатунного узла. Эти две половины скреплены друг с другом с помощью винтов 6074, установленных с прохождением через отверстия 6076, которые выполнены на обоих концах плеч 6066, при этом каждый винт ввинчен в противолежащее плечо. В собранном состоянии концы плеч 6066 образуют гнездо 6078, в котором установлен поршень. Благодаря наличию этого гнезда обеспечена возможность вращения поршня вокруг оси цилиндра.

Шатунный узел включает также соединительные элементы 6080. Эти соединительные элементы расположены внутри канала и имеют штифты 6082 с резьбой, установленные в отверстиях 6084. Соединительные элементы 6080 скреплены с двумя половинами шатунного узла с помощью гаек 6086 и предназначены для оказания сопротивления изгибанию этих двух половин шатунного узла, при котором нарушалась бы их плоскостность.

На фиг.230 - фиг.233 показаны составные части, из которых собран шатунный узел.

На фиг.230 показан шатунный узел 6090, включающий две неодинаковые части - первую часть 6092 и вторую часть 6094. Первая часть 6092 имеет поперечное плечо 6096, монтажную арматуру 6098, предназначенную для установки поршня, и центральное плечо 6100. Концы поперечного плеча 6096 имеют отверстия 6102, предназначенные для болтов, которые выполнены с прохождением сквозь поперечное плечо 6098, а свободный конец центрального плеча 6100 имеет одно отверстие 6104.

Вторая часть 6094 имеет поперечное плечо 6106, монтажную арматуру 6108, предназначенную для установки поршня, и два плеча 6110, выполненных с простиранием от областей, находящихся в непосредственной близости к концам поперечного плеча 6106. Плечи 6110 выполнены с простиранием от одной и той же стороны поперечного плеча 6106, и на их свободных концах имеются отверстия 6112. Поперечное плечо 6106 имеет центральное отверстие 6114, предназначенное для винтового соединения.

В собранном состоянии центральное плечо 6100 прикреплено к поперечному плечу 6106 с помощью винта, установленного с прохождением через отверстие 6104 и ввинченного в отверстие 6114. Отверстия 6102 и 6114 могут быть как с резьбой, так и без резьбы. Для сборки требуются три винта.

Следует заметить, что такая конфигурация может быть использована только тогда, когда опора нижнего шатуна выполнена без прохождения сквозь шатунный узел.

На фиг.231 показан другой вариант двухплечей детали 6094, проиллюстрированной на фиг.230. Этот вариант обеспечивает возможность соединения двух одинаковых составных частей. Составная часть 6120 имеет поперечное плечо 6122, монтажную арматуру 6124, предназначенную для установки поршня, и два плеча 6126, выполненных с простиранием от одной и той же стороны поперечного плеча 6122. В свободных концах плеч 6126 имеются отверстия 6128, предназначенные для винтового соединения, а в концах поперечного плеча 6122 имеются отверстия 6130. Две составные части 6120 могут быть собраны вместе путем совмещения соответствующих отверстий 6128 и 6130 и скрепления с помощью винтов, ввинчиваемых или вводимых через отверстия 6130. Для сборки требуются четыре винта.

На фиг.232 показан вариант, сходный с проиллюстрированным на фиг.231. На фиг.232 показана относящаяся к шатунному узлу составная часть 6140, состоящая из двух деталей - первой детали 6142 и второй детали 6144. Первая деталь 6142 включает поперечное плечо 6146, монтажную арматуру 6148, предназначенную для установки поршня, и одно продольное плечо 6150. Вторая деталь 6144 соответствует плечу 6150 и снабжена отверстиями 6152, предназначенными для винтового соединения, и отверстиями 6154, предназначенными для присоединения к поперечным плечам 6146. Хотя эта конструкция имеет четыре составных части, в то время как конструкция, проиллюстрированная на фиг.231, имеет только две составных части, тем не менее, для ее сборки требуется такое же количество винтов - всего четыре.

На фиг.233 показан шатунный узел 6160, включающий две идентичные составные части 6162. Каждая из этих составных частей включает поперечное плечо 6164, монтажную арматуру 6166, предназначенную для установки поршня, и два продольных плеча - первое продольное плечо 6168 и второе продольное плечо 6170. В отличие от вариантов, проиллюстрированных на фиг.231 и фиг.232, в этом варианте продольные плечи 6168 и 6170 выполнены с простиранием от противоположных сторон поперечного плеча 6164. На свободных концах и на основаниях продольных плеч 6168 и 6170 имеются отверстия 6172 и 6174, предназначенные для винтовых соединений, благодаря которым обеспечена возможность соединения составных частей шатунного узла.

На фиг.234 показан кривошипный механизм, имеющий главную ось 7001, включающий две щеки 7002 и 7003, выполненные с простиранием за периферию главной цапфы 7025. Щеки 7002 и 7003 выполнены с возможностью поддержания опор 7005 и 7004, каждая из которых имеет свою собственную ось. Эти оси опор 7005 и 7004 смещены по отношению друг к другу на 30°. Этот кривошипный узел использован в жидкостном устройстве, иллюстрируемом на фиг.235, у которого оси цилиндров ориентированы по отношению друг к другу под углом 75°. Как можно видеть из фиг.235, на поршне имеется поверхность сцепления в виде Т-образного бруса, а выемка выполнена на соединительном средстве, то есть применено техническое решение, обратное тому, которое применено в ранее рассмотренных вариантах.

На фиг.236 показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения, представляющий собой жидкостное устройство с треугольным шатуном, в котором поршни 7008а и 7008b установлены с возможностью совершения возвратно-поступательного движения под углами 90° относительно главной оси 7001, а на кривошипе имеется по меньшей мере одна опора нижнего конца шатуна, у которой (которых) имеется только одна ось 7010. Следует заметить, что поршни выполнены с возможностью совершения только возвратно-поступательного движения вдоль соответствующих направлений, обозначенных на фиг.236 буквами "А" и "В", при этом направления А и В ориентированы под углом 90° друг к другу. Поршни 7008а и 7008b соединены с опорой (опорами) 7010 нижнего конца шатуна с помощью ползунных средств зацепления 7012.

В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения средства зацепления 7012 центрированы на оси 7010 опоры (опор) нижнего конца шатуна. Для обоих поршней 7008а и 7008b средства зацепления 7012 расположены по одну сторону оси 7010 опоры нижнего конца шатуна.

На фиг.237 показан еще один вариант осуществления предлагаемого изобретения, представляющий собой двухцилиндровое жидкостное устройство с V-образным расположением цилиндров, в котором поршни 7008а и 7008b ориентированы от главной оси 7001 под углом 120° друг к другу. Направление В в этом варианте повернуто против часовой стрелки на 30° от положения 90° от направления А. Кроме того, ось 7004 опоры нижнего конца шатуна повернута против часовой стрелки на 60° от оси 7005 опоры нижнего конца шатуна. Как и в предыдущем варианте, опора 7100 нижнего конца шатуна предназначена для обеспечения движения поршня, выполненного с возможностью совершения возвратно-поступательного движения вдоль направления В, а опора 7110 нижнего конца шатуна предназначена для обеспечения движения поршня, выполненного с возможностью совершения возвратно-поступательного движения вдоль направления А.

Следует заметить, что в преимущественных вариантах осуществления предлагаемого изобретения поршни выполнены с возможностью совершения возвратно-поступательного движения с полуволновым сдвигом по фазе. В этом случае, при условии, что поршни имеют одинаковую массу, устройство будет сбалансировано идеальным образом. Очевидно также, что кривошипный диск и треугольный шатун двухцилиндрового жидкостного устройства с V-образным расположением цилиндров могут быть сбалансированы таким же образом, и что устройства с крестообразным расположением цилиндров или устройства с горизонтальным расположением цилиндров под углом 180° друг к другу могут быть сбалансированы таким же образом.

Ясно также, что при проектировании двигателей внутреннего сгорания может возникнуть желание разработать жидкостное устройство с треугольным шатуном по предлагаемому изобретению по одному из описанных здесь вариантов, но в котором желателен некоторый дисбаланс. Таким образом, предлагаемое изобретение включает также устройства, в которых сдвиг по фазе в движении поршней составляет не точно четверть волны, а отличается от сбалансированного положения, например, на 10-20% или даже 50% волны. Подобные варианты также включены в объем притязаний предлагаемого изобретения.

Для целей данного обсуждения допустим, что имеется двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с V-образным расположением цилиндров под углом 90° друг к другу, при этом оси цилиндров направлены под углом 45° от вертикали в ту и другую сторону. Предположим, что рассматриваемый двигатель внутреннего сгорания выполнен с возможностью обеспечения вращения по часовой стрелке, то есть, когда коленчатый вал расположен вертикально, для левого поршня обеспечена возможность движения вверх, а для правого поршня обеспечена возможность движения вниз при том же самом относительном положении внутри цилиндра.

Предполагается, что рассматриваемый двигатель внутреннего сгорания включает следующие составные части:

- коленчатый вал, массу которого будем считать сконцентрированной в двух точках, а именно - в противовесе и в опоре нижнего конца шатуна;

- шатун, массу которого будем считать сконцентрированной в трех точках, а именно - в левом ползуне, в правом ползуне и в противовесе непосредственно под опорой нижнего конца шатуна;

- левый и правый поршни, массу каждого из которых будем считать сконцентрированной в центре соответствующего канала на некотором расстоянии над соответствующим ползуном;

- будем считать, что стационарные части двигателя (картер, блок и т.д.) установлены жестко и не влияют на балансировку двигателя.

Представим, что сборка рассматриваемого двигателя внутреннего сгорания производится следующим образом.

Устанавливается коленчатый вал, который сам по себе сбалансирован, то есть его центр масс находится на его оси вращения. Ясно, что будучи установленным на главном подшипнике, коленчатый вал сбалансирован идеальным образом.

Теперь добавляется компонент, названный "шатуном". Так как левый и правый ползунные механизмы будут располагаться над опорой нижнего конца шатуна, шатун должен иметь свой собственный противовес, расположенный прямо под опорой нижнего конца шатуна, если мы хотим, чтобы его центр тяжести был расположен в опоре нижнего конца шатуна. Если к коленчатому валу добавить противовес, рассчитанный из общей массы шатуна, то можно добиться, чтобы центр тяжести был расположен на главной оси, и тогда собранный агрегат на этой стадии будет идеально сбалансированным.

Следует заметить, что шатун всегда имеет одну и ту же ориентацию, то есть он выполнен с возможностью совершения фактически "орбитального" движения. Так как его центр масс находится на опоре нижнего конца шатуна, он не будет иметь никакой тенденции к вращению при вращении коленчатого вала. Если массу противовеса шатуна уменьшить так, что центр масс шатуна окажется выше опоры нижнего конца шатуна, то шатун будет иметь тенденцию к качанию при вращении коленчатого вала. А если будут обеспечены условия, при которых реальное качание шатуна не будет допущено, то все же сохранятся условия для описывания его центром масс круга того же радиуса, и будет обеспечена возможность его идеальной балансировки с помощью противовеса коленчатого вала.

Таким образом, перед конструктором стоит альтернатива - или уменьшить нагрузку на ползунные механизмы путем балансировки шатуна, или уменьшить массу шатуна и массу противовеса коленчатого вала, уменьшив тем самым силы инерции вообще. Но недопущение вращения шатуна может быть обеспечено также другими средствами, например, такими как второй кривошипный механизм.

Если теперь добавить поршни, то балансировка устройства будет нарушена. Однако, поскольку обеспечено движение поршней по простому гармоническому закону со сдвигом по фазе 90°, совместное движение поршней эквивалентно движению одной массы поршня по кругу. Поэтому для балансировки достаточно просто добавить к противовесу коленчатого вала массы, рассчитанные из массы одного поршня (с учетом отношения колена коленчатого вала к расстоянию до противовеса коленчатого вала), и рассматриваемый двигатель внутреннего сгорания в целом будет идеально сбалансирован.

Легче всего это можно визуализировать, наклонив голову влево, так что возникнет иллюзия движения левого поршня в вертикальном направлении, а правого поршня - в горизонтальном направлении. Когда левый поршень находится в своей наивысшей точке, противовес коленчатого вала находится в своей наинизшей точке. В то же самое время правый поршень находится на середине своего хода на пути вправо. Что касается горизонтального движения противовеса коленчатого вала, то этот противовес находится на середине своего хода на пути влево. Поэтому противовес коленчатого вала может быть отрегулирован таким образом, чтобы была обеспечена точная балансировка обоих поршней.

Центр масс всех движущихся частей рассматриваемого двигателя внутреннего сгорания остается абсолютно неподвижным. Отсутствует влияние гармоник высшего порядка, как это имеет место в известных двигателях внутреннего сгорания. В известных двигателях они возникают потому, что движение поршней происходит не по простому гармоническому закону, и движение поршня, приводимого в движение известными способами, не является чисто гармоническим, и движение поршня, приводимого в движение известными способами, не является симметричным вблизи верхней и нижней мертвых точек.

Следует также заметить, что внутренняя кинетическая энергия устройства по предлагаемому изобретению также постоянна в течение всего рабочего цикла. Если угол цилиндров составляет 90°, то общая кинетическая энергия поршней постоянна. Это значит, что у механизма отсутствует тенденция сопротивления вращению с постоянной угловой скоростью.

Далее излагается теория, обосновывающая балансировку двигателя внутреннего сгорания со смещенными опорами нижнего конца шатуна.

Буквой "А" обозначен угол между каналами двух V-образно расположенных цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Буквой "D" обозначен угол между прямыми, проведенными от главной оси к опорам нижнего конца шатуна.

Если принять, что угол D равен 2×(А-90), то оказывается, что центр тяжести двух поршней движется по кругу, и это движение может быть легко сбалансировано введением противовеса на коленчатом вале.

Если шатуны выполнены с возможностью поворота относительно поршней, то можно считать, что шатуны имеют достаточно большую длину, так что обеспечено движение поршней по простому гармоническому закону. В тех случаях, когда шатуны выполнены без возможности поворота относительно поршней или если возможность поворота ограничена очень малой величиной, движение поршней по существу будет происходить практически по простому гармоническому закону.

Массой шатунов пренебрегаем.

Углы считаются положительными при их измерении против часовой стрелки от положительного направления оси X.

Принимаем, что первый канал ориентирован под углом 0 градусов.

Второй канал ориентирован под углом А градусов.

Когда опора нижнего конца шатуна, относящаяся к первому поршню, находится под углом 0 градусов (так что первый поршень находится в верхней мертвой точке), опора нижнего конца шатуна, относящаяся ко второму поршню, находится по углом D градусов.

Рассмотрим общий случай, когда опора нижнего конца шатуна, относящаяся к первому поршню, находится под углом R градусов, а опора нижнего конца шатуна, относящаяся ко второму поршню - под углом D+R градусов.

Координата X первого поршня равна Cos(R) при измерении относительно его среднего положения.

Координата Y первого поршня будет всегда равна нулю.

Радиус коленчатого вала для второго поршня является также единицей длины, но в общем случае проекция радиуса на ось второго канала будет равна Cos(A-D-R).

Поскольку интерес представляет только изменение положения центра тяжести поршней, можно принять, что координаты второго поршня определяются из следующих выражений:

X=Cos(A-D-R)×Cos(A);

Y=Cos(A-D-R)×Sin(A).

А координаты центра тяжести обоих поршней определяются из следующих выражений:

X=Cos(A-D-R)×Cos(A)+Cos(R);

Y=Cos(A-D-R)×Sin(A)+0.

Следует заметить, что и то и другое надо поделить на 2, но мы этого не сделали для упрощения вида алгебраических выражений.

Оказывается, что для любого значения А, если принять, что D=2×(A-90), центр тяжести обоих поршней движется по кругу, и это движение может быть легко сбалансировано введением противовеса, установленного на коленчатом вале.

Это можно доказать, подставив в выражение, приведенное выше, 2×A-180 вместо D, и тогда имеем

X=Cos(A-2×A+180-R)×Cos(A)+Cos(R);

Y=Cos(A-2×A+180-R)×Sin(A)+0.

После преобразований имеем:

X=Cos(-A+180-R)×Cos(A)+Cos(R);

Y=Cos(-A+180-R)×Sin(A)+0;

что равняется

X=-Cos(A+R)×Cos(A)+Cos(R);

Y=-Cos(A+R)×Sin(A).

Раскрывая в каждом выражении Cos(A+R), имеем

X=-Cos(A)×Cos(A)×Cos(R)+Cos(A)×Sin(A)×Sin(R)+Cos(R);

Y=-Cos(A)×Cos(R)×Sin(A)+Sin(A)×Sin(R)×Sin(A).

Упрощая, получаем:

X=Sin(A)×(Cos(R)×Sin(A)+Sin(R)×Cos(A));

Y=Sin(A)×(-Cos(A)×Cos(R)+Sin(A)×Sin(R))

или

X=Sin(A)×Sin(A+R);

Y=Sin(A)×Cos(A+R).

Это уравнение движения точки по окружности радиуса Sin(А).

Таким образом, совместное движение двух поршней может быть сбалансировано введением одной массы, равной массе одного поршня, совершающей движение по окружности с радиусом, равным радиусу коленчатого вала, умноженному на Sin(А). Следует заметить, что то обстоятельство, что в действительности поршней два, компенсируется коэффициентом 2, который был опущен в приведенных выше выражениях для X и Y.

Следует заметить, что когда А=90°, то есть, когда два V-образно расположенных цилиндра находятся под углом 90° друг к другу, D=0°, то есть, обе опоры нижнего конца шатуна не являются смещенными, а являются соосными. Таким образом, V-образная конфигурация устройства с углом между цилиндрами 90° и с одной опорой нижнего конца шатуна является просто особым случаем, когда угол D=0°.

На фиг.238 и 239 показаны шатунный узел 7200 и поршневой узел 7300, предназначенные для совместного использования в жидкостном устройстве (не показано), имеющем только один поршневой узел 7300, установленный на шатунном узле 7200. Шатунный узел 7200 имеет средство сцепления 7202 Т-образного сечения, предназначенное для взаимодействия путем скольжения с имеющим Т-образное поперечное сечение пазом 7304, относящимся к поршневому узлу 7300. Имеется противовес 7204, расположенный на одной стороне цапфы 7206 опоры нижнего конца шатуна и предназначенный для частичного или полного уравновешивания массы шатунного и поршневого узлов, расположенных по другую сторону цапфы 7206 опоры нижнего конца шатуна. Поршневой узел 7300 включает также головку 7302 поршня и ориентированные в продольном направлении направляющие элементы 7306, предназначенные для взаимодействия с направляющими средствами, предназначенными для ограничения движения поршневого узла 7300 только возвратно-поступательным движением вдоль определенной прямой. Следует заметить, что поршневой узел представляет собой сборный узел, состоящий из различных составных частей, скрепленных вместе с помощью винтовых соединений. Головка 7302 поршня прикреплена к центральному узлу 7310 с помощью винта 7308; направляющие элементы 7306 прикреплены к центральному узлу 7310 с помощью винтов 7312.

Как должно быть ясно среднему специалисту соответствующего профиля, возможны различные модификации и вариации вариантов осуществления предлагаемого изобретения, рассмотренных выше, без отклонения от духа предлагаемого изобретения и без выхода за его пределы.

Промышленная применимость

Предлагаемое изобретение имеет промышленную применимость в отношении жидкостных машин в целом, а в частности - в отношении двигателей внутреннего сгорания и насосов.

Машина предназначена для использования в энергетике в качестве жидкостного устройства с треугольным шатуном, в котором осуществлена развязка поршней друг от друга и в котором каждый поршень снабжен собственной парой поверхностей скольжения и собственным ползуном. Поверхности скольжения каждого поршня расположены по одну сторону от опоры нижнего конца шатуна, расположенной на кривошипе. Главная ось кривошипа выполнена с возможностью перемещения вдоль определенного пути, так что обеспечено практическое отсутствие как запаздывания, так и опережения поршня. Эффективный центр масс кривошипа, поршня и ползуна остается неподвижным относительно оси кривошипа. Каждый поршень включает направляющее средство, предназначенное для недопущения движения поршня иного, нежели движение вдоль оси поршня, при этом направляющее средство расположено поперек поверхностей скольжения и выполнено с возможностью взаимодействия с направляющими элементами, жестко установленными на картере. Имеется промежуточное соединительное средство, которое выполнено с возможностью соединения поршня и ползунов со средством регулирования положения промежуточного соединительного средства для изменения степени сжатия в устройстве. В устройстве с поршнями, расположенными напротив друг друга, шатунный узел, прикрепленный к двум поршням, расщеплен на две части, которые удерживаются вместе с возможностью разъема. Изобретение обеспечивает динамическую балансировку и возможность использования нечетного числа поршней. 7 н. и 108 з.п. ф-лы, 239 ил.

1. Жидкостное устройство с треугольным шатуном, содержащее кривошип, включающий опору нижнего конца шатуна, имеющую ось, для которой обеспечена возможность совершения движения по орбите вокруг главной оси кривошипа, соединительное средство, установленное на оси опоры нижнего конца шатуна, по меньшей мере, один поршень, установленный с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндра вдоль оси поршня и имеющий область поперечного сечения, перпендикулярную оси поршня, при этом поршень снабжен направляющим средством, включающим плоскую поверхность, расположенную поперек оси поршня, причем направляющее средство выполнено с возможностью сцепления со средством сцепления, расположенным на соединительном средстве, по меньшей мере, одно ограничительное средство, предназначенное для недопущения иного движения поршня, нежели движение вдоль оси поршня, при этом направляющее средство поршня выполнено с рассечением им области поперечного сечения поршня на две равные части и, по меньшей мере, часть каждого из ограничительных средств расположена внутри объема, ометаемого областью поперечного сечения поршня при ее перемещении вдоль оси поршня, но не вдоль центральной линии рассечения области поперечного сечения поршня на две равные части, осуществляемого с помощью направляющего средства поршня.2. Устройство по п.1, в котором направляющее средство включает поверхности, выполненные с простиранием практически перпендикулярно соответствующей оси поршня.3. Устройство по любому из пп.1 или 2, в котором ограничительное средство включает пару элементов, а прямая линия, проведенная от одного элемента пары к другому, перпендикулярна центральной линии рассечения области поперечного сечения поршня на две равные части, осуществляемого с помощью направляющего средства поршня.4. Устройство по любому из пп.1 или 2, в котором ограничительное средство включает элемент, расположенный по разные стороны от центральной линии рассечения области поперечного сечения поршня на две равные части, осуществляемого с помощью направляющего средства поршня, но не вдоль этой центральной линии.5. Устройство по любому из пп.1 или 2, в котором каждое ограничительное средство выполнено зацело с поршнем.6. Устройство по любому из пп.1 или 2, в котором каждое ограничительное средство выполнено отдельно от поршня и соединено с ним.7. Устройство по любому из пп.1-6, в котором ограничительное средство выполнено с возможностью зацепления с одной или более направляющими с возможностью скольжения, при этом направляющие установлены на картере устройства.8. Устройство по любому из пп.1-7, в котором количество поршней равно двум, трем, четырем, пяти или шести.9. Устройство по п.8, в котором каждый поршень снабжен двумя ограничительными средствами, расположенными симметрично относительно оси поршня.10. Устройство по п.8, которое снабжено, по меньшей мере, двумя поршнями и в котором направляющие средства поршня расположены по одну сторону от оси опоры нижнего конца шатуна.11. Устройство по любому из пп.1-10, в котором направляющее средство выполнено с зацеплением со средством зацепления на соединительном средстве с возможностью скольжения.12. Устройство по любому из пп.1-11, в котором при вращении кривошипа обеспечено простирание, по меньшей мере, одного ограничительного средства внутрь объема, образуемого областью, ометаемой кривошипом, перемещаемой вдоль главной оси кривошипа.13. Устройство по любому из пп.1-12, в котором плоская поверхность расположена в плоскости, перпендикулярной оси соответствующего поршня.14. Устройство по любому из пп.1-12, в котором плоская поверхность расположена в плоскости, ориентированной по отношению к оси соответствующего поршня под углом, отличающимся от 90°.15. Устройство по любому из пп.13 или 14, в котором средство зацепления включает две или более параллельных плоских поверхностей, соответствующих направляющим поверхностям и выполненных с возможностью скольжения относительно последних.16. Устройство по любому из пп.1-14, в котором линейная поверхность и/или средство зацепления включает два или более роликовых подшипников, а направляющее средство выполнено с возможностью зацепления со средством зацепления на соединительном средстве с возможностью скольжения.17. Устройство по п.15, в котором расположенные напротив друг друга параллельные направляющие поверхности расположены на соединительных средствах, а средства зацепления расположены на поршне.18. Устройство по п.10, включающее два или три поршня, установленных на ползунном средстве на каждой опоре нижнего конца шатуна.19. Устройство по п.10, в котором поршни расположены под одинаковыми углами к главной оси.20. Устройство по п.10, в котором направляющее средство выполнено зацело с поршнем.21. Устройство по п.10, в котором направляющее средство расположено на отдельной конструкции, установленной на поршне.22. Устройство по п.21, в котором упомянутая отдельная конструкция соединена с поршнем путем шарнирного соединения.23. Устройство по любому из пп.1 или 10, в котором главная ось кривошипа фиксирована относительно каждого цилиндра.24. Устройство по любому из пп.1 или 10, в котором главная ось кривошипа выполнена с возможностью перемещения относительно цилиндра или каждого цилиндра с обеспечением возможности изменения степени сжатия в цилиндрах и/или синхронизации движения каждого поршня.25. Устройство по любому из пп.1 или 10, в котором главная ось кривошипа выполнена с возможностью перемещения относительно, по меньшей мере, одного цилиндра с обеспечением в результате такого перемещения возможности изменения степени сжатия без изменения фазы.26. Устройство по любому из пп.1 или 10, в котором главная ось кривошипа выполнена с возможностью поворота относительно цилиндра или каждого цилиндра вокруг оси, расположенной на расстоянии от главной оси, с возможностью поднятия или опускания кривошипа относительно цилиндра или каждого цилиндра.27. Устройство по любому из пп.1 или 10, в котором кривошип выполнен с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной осям поршней или, по меньшей мере, одной из них.28. Устройство по п.1, в котором соединительное средство выполнено с возможностью совершения относительно поршня движения без вращательной компоненты, при этом устройство включает средство стабилизации, выполненное с зацеплением с соединительным средством для недопущения отклонения соединительного средства от единственной ориентации при совершении им орбитального движения вокруг главной оси.29. Устройство по п.28, в котором средство стабилизации выполнено с обеспечением зацепления соединительного средства с поршнем.30. Устройство по п.28, в котором средство стабилизации включает отдельное соединительное звено, установленное с помощью шарнирного соединения одновременно на соединительном средстве и картере устройства.31. Устройство по п.1, в котором главная ось кривошипа выполнена с возможностью перемещения относительно цилиндра вдоль, по меньшей мере, одного пути, а средство зацепления имеет такую конфигурацию, что при перемещении главной оси кривошипа вдоль этого пути обеспечено движение поршня практически без запаздывания и без опережения.32. Устройство по п.31, в котором путь, вдоль которого обеспечена возможность движения главной оси кривошипа, является прямолинейным.33. Устройство по п.31, в котором путь, вдоль которого обеспечена возможность движения главной оси кривошипа, является дугообразным.34. Устройство по п.1, в котором центр масс соединительного средства расположен на оси нижнего конца шатуна или в непосредственной близости к ней.35. Устройство по п.34, в котором кривошип включает противовес, который выполнен с возможностью статической и/или динамической балансировки массы соединительного средства относительно главной оси.36. Устройство по п.1, в котором результирующий центр масс кривошипа вместе с соединительным средством и поршнем или каждым поршнем при вращении кривошипа остается неподвижным или практически неподвижным относительно главной оси.37. Устройство по п.1, в котором имеется, по меньшей мере, два поршня и в котором конфигурация соединительного средства и средства зацепления такова, что обеспечено движение каждого поршня по простому гармоническому закону.38. Устройство по п.1, в котором имеется, по меньшей мере, одна пара поршней и в котором движение массы каждой пары поршней эквивалентно орбитальному движению массы одной материальной точки.39. Устройство по п.38, в котором траекторией орбитального движения является окружность.40. Устройство по п.38, в котором траекторией орбитального движения является эллипс.41. Устройство по п.38, в котором движение каждого поршня является движением по простому гармоническому закону.42. Устройство по п.1, в котором опора нижнего конца шатуна и соединительное средство скомбинированы в виде кругового кулачка.43. Устройство по п.42, которое включает два поршня.44. Устройство по п.43, в котором оси поршней расположены под углом друг к другу.45. Устройство по п.44, в котором угол, под которым расположены поршни, равен 60, 72, 90, 120 или 180°.46. Устройство по п.1, включающее средство для регулирования расстояния между поршнем и средством зацепления.47. Устройство по п.46, в котором средство для регулирования включает шатун, установленный на поршне, и средство зацепления.48. Устройство по п.1, в котором при нахождении поршня в верхней мертвой точке главная ось находится между поршнем и осью опоры нижнего конца шатуна.49. Устройство по п.1, в котором при нахождении поршня в верхней мертвой точке прямая линия, проведенная от главной оси к оси опоры нижнего конца шатуна, параллельна оси поршня и находится на расстоянии от нее.50. Устройство по п.49, в котором при нахождении одного из поршней или каждого поршня в верхней мертвой точке или в нижней мертвой точке прямая линия, проведенная от главной оси к оси опоры нижнего конца шатуна, параллельна оси соответствующего поршня и находится на расстоянии от нее.51. Жидкостное устройство поршневого типа, включающее следующие составные части:

кривошип, имеющий главную ось и включающий опорный элемент нижнего конца шатуна с осью, для которой обеспечена возможность совершения движения по орбите вокруг главной оси, по меньшей мере, один поршневой узел, имеющий по меньшей мере один поршень, установленный с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндра вдоль оси поршня, при этом поршень имеет область поперечного сечения, перпендикулярную оси поршня, по меньшей мере, один следящий элемент, расположенный между опорным элементом и поршнем и выполненный с возможностью передачи движения от опорного элемента к поршню, при этом следящий элемент выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного движения вдоль прямолинейного пути, имеющего центральную линию, от одной конечной точки до другой, по меньшей мере, одно ограничительное средство, предназначенное для недопущения движения поршня иного, нежели движение вдоль его оси, при этом, по меньшей мере, часть каждого из ограничительных средств расположена внутри объема, ометаемого областью поперечного сечения поршня при ее перемещении вдоль оси поршня, но при этом расположена не на центральной линии между двумя конечными точками.

кривошип, включающий опору нижнего конца шатуна, содержащую ось, для которой обеспечена возможность совершения движения по орбите вокруг главной оси кривошипа, соединительное средство, установленное на оси опоры нижнего конца шатуна, по меньшей мере, одну пару поршней, при этом каждый поршень установлен с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри соответствующего цилиндра вдоль оси поршня, при этом оси поршней каждой пары расположены под углом 90° друг к другу, причем каждый поршень выполнен с возможностью зацепления со средством зацепления на соединительном средстве, при этом движение каждой массы пары поршней эквивалентно орбитальному движению массы одной материальной точки, центр масс соединительного средства расположен на оси опоры нижнего конца шатуна или в непосредственной близости к ней, при этом кривошип включает противовес, расположенный практически диаметрально напротив опоры нижнего конца шатуна, причем центр масс находится на расстоянии от оси кривошипа, а противовес включает эквивалент следующих масс: первой массы для статической и/или динамической балансировки всей массы или части массы опоры нижнего конца шатуна относительно оси кривошипа, второй массы для статической и/или динамической балансировки всей массы или части массы соединительного средства относительно оси кривошипа и соответствующей третьей массы для статической и/или динамической балансировки всей массы или части массы каждой пары поршней относительно оси кривошипа.

поршень, установленный с возможностью совершения возвратно-поступательного движения внутри цилиндра вдоль оси поршня, которая расположена в плоскости, практически перпендикулярной оси опоры нижнего конца шатуна и главной оси, при этом поршень имеет область поперечного сечения, перпендикулярную оси поршня, элемент типа «треугольный шатун», выбранный из группы, включающей канал, брус, канал и брус, расточенное отверстие и расточенное отверстие и брус, причем элемент типа «треугольный шатун» выполнен с возможностью задания продольного пути, опора нижнего конца шатуна выполнена с возможностью совершения возвратно-поступательного движения вдоль этого продольного пути относительно поршня между двумя конечными точками, при этом элемент типа «треугольный шатун» выполнен зацело с поршнем, или же соединен с последним с помощью средства типа шатуна, ограничительное средство, выполненное с возможностью совершения движения вдоль упомянутого заданного пути и с возможностью недопущения движения одного или более поршней, элемента типа «треугольный шатун» и средства типа шатуна иного, нежели движение вдоль этого заданного пути, при этом, по меньшей мере, часть ограничительного средства расположена поперек продольного пути элемента типа «треугольный шатун» и внутри объема, ометаемого областью поперечного сечения при ее перемещении вдоль оси поршня.

Приоритет по пунктам: