АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК F02B75/26 F02B75/04 F02D15/04 

Изобретение относится к двигателестроению, конкретнее к аксиально-поршневым двигателям внутреннего сгорания с осями цилиндров, расположенных в одной плоскости с осью ведущего вала, и с пространственно-качающейся наклонной шайбой.

Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий неподвижный корпус, цилиндры с двумя встречными поршнями в каждом, коренной вал с жестко закрепленными на нем дисками, на наружной поверхности которых через подшипники установлены пространственно-качающиеся шайбы, при этом поршни шарнирно соединены с шатунами, противоположные концы которых шарнирно соединены с качающимися шайбами, а оси цилиндров выполнены параллельными оси коренного вала, двигатель снабжен кольцами, каждая шайба соединена с одним из них посредством двух цапф, расположенных друг против друга на внутренней стороне кольца, кольца соединены с корпусом двумя другими цапфами, расположенными друг против друга с внешней стороны колец, и установлены с возможностью покачивания вокруг осей наружных цапф, расположенные на внутренней и внешней сторонах, перпендикулярны между собой и лежат в одной плоскости с центром вращения дисков и центром пространственного покачивания шайб (см. описание изобретения к патенту РФ №2125162, МПК⁶ F01В 3/02, F02В 75/26, публикация 20.01.99).

Недостатками этого двигателя являются недостаточно эффективный способ продувки выхлопных газов и наполнения цилиндров воздухом, а также недостаточная надежность узлов крепления шатунов.

Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий головку цилиндров компрессорной секции с впускными клапанами и с обратными клапанами на нагнетании воздуха, блок цилиндров компрессорной секции с поршнями и жестко закрепленными на них штоками с шарнирами, блок цилиндров рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с двумя встречными поршнями в каждом, с тремя группами камер сгорания, впускных, обратных и выпускных клапанов, форсунок, расположенных в середине и по краям цилиндров, впускными и выпускными каналами, ведущий вал с шестерней привода распределительных валов, с жестко закрепленными на нем двумя встречно-наклонными дисками, на наружной поверхности которых через подшипники скольжения установлены пространственно-качающиеся шайбы (по одной на каждую пару цилиндров) с цапфами и удерживающиеся от вращения рычагами, качающимися в опорах, опорные поршни с шарнирами, жестко закрепленные через штоки с поршнями и движущиеся в направляющих цилиндрах, распределительные валы, воздушные ресиверы (см. описание изобретения к патенту РФ №2335647, МПК F01В 3/2, публикация 10.10.2008).

Недостатками этого двигателя, принятого за прототип, являются высокие нагрузки на детали, надежность и прочность которых обеспечивается увеличением их габаритов.

Задачей заявляемого изобретения является снижение нагрузок на детали двигателя при сохранении мощности.

Сущность изобретения заключается в том, что аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит:

- блок цилиндров рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом;

- блок цилиндров компрессорной секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом;

- коренной вал с жестко закрепленными на нем наклонными дисками;

- распределительный вал, продолжающий коренной вал, с кулачками;

- пространственно-качающиеся шайбы по одной на каждую пару цилиндров с цапфами, установленные через подшипники на наружной поверхности наклонных дисков;

- опоры с рычагами;

- головку цилиндров рабочей секции с камерами сгорания изменяющегося объема, с обратными клапанами, удерживаемыми в закрытом положении давлением воздуха из канала, с выпускными и впускными клапанами с разгрузочными полостями, соединенными с выпускными коллекторами каналами, с форсунками, толкателями, штангами, коромыслами;

- головку цилиндров компрессорной секции с обратными клапанами на входе и обратными клапанами на нагнетании воздуха, соединенными трубопроводами с обратными клапанами на входе воздуха в камеры сгорания;

- впускные коллектора;

- компрессор;

- топливный насос.

Двигатель дополнительно содержит расположенные в головке блока рабочей секции поршни и камеры противодавления, соединенные между собой каналами.

Рычаги жестко соединены с шарнирами, ограничивая их вращение относительно осей цапф и перемещения вдоль осей цапф.

Описание поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показан аксиально-поршневой двигатель, общий вид в продольном разрезе;

на фиг.2 - то же, поперечный разрез А-А;

на фиг.3 - то же, поперечный разрез В-В;

на фиг.4 - то же, поперечный разрез С-С.

Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит:

- блок цилиндров 1 рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами 2 с поршнями 3, шатунами 4 и шарнирами 5 с шатунными шейками 6 в каждом;

- блок цилиндров 7 компрессорной секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами 8 с поршнями 9, шатунами 10 и шарнирами 11 с шатунными шейками 12 в каждом;

- коренной вал 13 с жестко закрепленными на нем наклонными дисками 14, 15;

- распределительный вал 16, продолжающий коренной вал 13, с кулачками 17;

- пространственно-качающиеся шайбы 18, 19 по одной на каждую пару цилиндров 2, 8 с цапфами 20, 21, установленные через подшипники 22, 23 на наружной поверхности наклонных дисков 14, 15;

- опоры 24 с рычагами 25;

- головку цилиндров 26 рабочей секции с камерами сгорания изменяющегося объема 27, с обратными клапанами 28, удерживаемыми в закрытом положении давлением воздуха из канала 29, с выпускными 30 и впускными 31 клапанами с разгрузочными полостями 32, соединенными с выпускными коллекторами 33 каналами 34, с форсунками 35, толкателями 36, штангами 37, коромыслами 38;

- головку цилиндров 39 компрессорной секции с обратными клапанами 40 на входе и обратными клапанами 41 на нагнетании воздуха, соединенными трубопроводами 42 с обратными клапанами 28 на входе воздуха в камеры сгорания 27;

- впускные коллектора 43;

- компрессор 44;

- топливный насос 45.

Двигатель дополнительно содержит расположенные в головке цилиндров 26 рабочей секции поршни 46 и камеры противодавления 47, соединенные между собой каналами 48.

Рычаги 25 жестко соединены с шарнирами 5, 11, ограничивая их вращение и перемещение относительно осей цапф 20, 21.

Аксиально-поршневой двигатель работает следующим образом. При движении поршней 9 в цилиндрах 8 блока цилиндров 7 от В.М.Т. к Н.М.Т. через расположенные в головке цилиндров 39 компрессорной секции впускные коллектора 43, обратные клапаны 40 происходит наполнение цилиндров 8 воздухом. Цикл впуска. При движении поршней 9 от Н.М.Т. к В.М.Т. происходит сжатие воздуха в цилиндрах 8. При достижении давления, равного давлению в трубопроводах 42, воздух вытесняется через обратные клапаны 41, трубопроводы 42, обратные клапаны 28 в расположенные в головке цилиндров 26 рабочей секции камеры сгорания 27, и при достижении поршнями 9 В.М.Т. обратные клапаны 41, обратные клапаны 28 закрываются. Обратные клапаны 28 удерживаются в закрытом положении давлением воздуха в каналах 29. На период запуска двигателя для предотвращения выпуска воздуха из трубопроводов 42 через открытые впускные клапаны 31 в цилиндры 2 давление воздуха в каналах 29 повышается. При этом открытие обратных клапанов 28 происходит после закрытия впускных клапанов 31. Через форсунки 35 топливным насосом 45 впрыскивается топливо и воспламеняется. При повышении давления в камерах сгорания 27 выше заданного поршни 46 перемещаются из исходного положения в сторону камер противодавления 47, соединенных между собой каналами 48, предотвращая повышение давления в камере сгорания 27 выше заданного. Давление в камерах противодавления 47 и каналах 29 поддерживается компрессором 44 (на чертеже не показан). Цикл сжатия. В то же время при приближении поршней 3 к В.М.Т. открываются впускные клапаны 31, начинается подача рабочего газа из камер сгорания 27 в цилиндры 2 блока цилиндров 1. Разгрузочные полости 32 с каналами 34 служат для предотвращения повышения давления с внутренней стороны впускных клапанов 31, создающего усилия, направленные на открытие впускных клапанов 31. Начало цикла рабочего хода. По мере движения поршней 3 от В.М.Т. к Н.М.Т. поршни 46 перемещаются в исходное положение, поддерживая давление в камерах сгорания 27 и рабочих цилиндрах 2 неизменным. При достижении поршнями 46 исходного положения начинается снижение давления в камерах сгорания 27 и рабочих цилиндрах 2. При выравнивании давления в камерах сгорания 27 и трубопроводах 42 начинается продувка камер сгорания 27 от выхлопных газов воздухом из трубопроводов 42 в рабочие цилиндры 2. По окончании продувки впускные клапаны 31 закрываются. При приближении поршней 3 к Н.М.Т. открываются выпускные клапаны 30. Окончание цикла рабочего хода и начало цикла выпуска. При движении поршней 3 от Н.М.Т. к В.М.Т. через выпускные клапаны 30, выпускные коллектора 33 происходит удаление выхлопных газов. При приближении поршней 3 к В.М.Т. закрываются выпускные клапаны 30. Окончание цикла выпуска. Усилие поршней 3 через шатуны 4, шатунные шейки 6, шарниры 5 передается на цапфы 20 качающихся шайб 18, которые через подшипники 22 воздействуют на сбегающую сторону наклонного диска 14, вращая его с коренным валом 13 и распределительным валом 16. Вращающийся с коренным валом 13 наклонный диск 15 через подшипники 23, качающиеся шайбы 19, цапфы 21, передает усилие на шарниры 11, шатунные шейки 12, шатуны 10, поршни 9, обеспечивая их возвратно-поступательное движение в цилиндрах 8 блока цилиндров 7. Рычаги 25, жестко соединенные с шарнирами 5, 11, качающиеся в опорах 24 препятствуют вращению качающихся шайб 18, 19. Управление впускными 31 и выпускными 30 клапанами осуществляется расположенными на распределительном валу 16 кулачками 17 через толкатели 36, штанги 37, коромысла 38.

Заявленное изобретение позволит уменьшить нагрузки на детали двигателя при сохранении мощности.

Изобретение относится к двигателестроению, к аксиально-поршневым двигателям внутреннего сгорания с осями цилиндров, расположенными в одной плоскости с осью ведущего вала и с пространственно-качающейся наклонной шайбой. Аксиально-поршневой двигатель содержит блоки цилиндров рабочей (1) и компрессорной (7) секций, коренной вал (13) с наклонными дисками (14, 15), распределительный вал (16), пространственно-качающиеся шайбы (18, 19), опоры (24) с рычагами (25), головку цилиндров рабочей секции (26) с камерами сгорания изменяющегося объема (27), головку цилиндров компрессорной секции (39), впускные коллектора (43), компрессор (44), топливный насос (45) и камеры противодавления (47). Блоки цилиндров (1 и 7) содержат попарно диаметрально противоположно расположенные цилиндры (2, 8). Пространственно-качающиеся шайбы (18, 19) установлены по одной на каждую пару цилиндров (2, 8) и выполнены с цапфами (20, 21). Камеры сгорания изменяющегося объема (27) содержат обратные (28), выпускные (30) и впускные (31) клапаны. Впускные клапаны (31) выполнены с разгрузочными полостями (32). Разгрузочные полости (32) соединены с выпускными коллекторами (33) каналами (34). Головка цилиндров компрессорной секции (39) содержит обратные клапаны на входе (41) и на нагнетании воздуха (41). Клапаны на нагнетании (41) соединены трубопроводами (42) с обратными клапанами (28) на входе воздуха в камеры сгорания (27). Рычаги (25), качающиеся в опорах (24), жестко соединены с шарнирами (5, 11). Камеры противодавления (47) расположены в головке цилиндров (26) рабочей секции и соединены между собой каналами (48). Поршни (46), перемещаясь внутрь камер противодавления (47), увеличивают объем камер сгорания (27) и возвращаются в исходное положение при снижении давления в камерах сгорания (27). Технический результат заключается в снижении нагрузок на детали двигателя при сохранении мощности. 4 ил.

Аксиально-поршневой двигатель, содержащий: блок цилиндров рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом; блок цилиндров компрессорной секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом; коренной вал с наклонными дисками; распределительный вал с кулачками; пространственно-качающиеся шайбы по одной на каждую пару цилиндров с цапфами; опоры с рычагами; головку цилиндров рабочей секции с камерами сгорания изменяющегося объема, с обратными клапанами, удерживаемыми в закрытом состоянии давлением воздуха из канала, с выпускными и впускными клапанами с разгрузочными полостями, соединенными с выпускными коллекторами, с форсунками, толкателями, штангами, коромыслами; головку цилиндров компрессорной секции с обратными клапанами на входе и обратными клапанами на нагнетании воздуха, соединенными трубопроводами с обратными клапанами на входе воздуха в камеры сгорания; впускные коллектора; компрессор; топливный насос, отличающийся тем, что рычаги жестко соединены с шарнирами, ограничивая их вращение и перемещение относительно осей цапф, двигатель дополнительно содержит расположенные в головке цилиндров рабочей секции камеры противодавления, соединенные каналами, и поршни, перемещающиеся внутрь камер противодавления, увеличивая объем камер сгорания и предотвращая рост давления в них, и возвращающиеся в исходное положение при снижении давления в камерах сгорания.