Свободнопоршневая машина типа тандем Советский патент 1983 года по МПК F02B71/00 F01B11/00 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания.

Изве.стны свободнопоршневые машины (СПМ) типа тандем, содержащие, по меньшей мере, две расположенные параллельно, внутреннюю и внешние цилиндро-поршневые группы с линейно установленными компрессорныгли и рабочими цилиндрами, компрессорными и рабочими поршнями, внешние из которых связаны наружными поперечинами и соединены между собой,по меньшей мере, одним продольным Связующим элементом, а внутренние - соединены между собой внутренней поперечиной. При сгорании топлива в рабочих цилиндрах внешние цилиндропоршневые группы совершают вследствие наличия связующих элементов согласованное движение относительно внутренней цилиндро-поршневой группы, в результате чего в компрессорных цилиндрах попеременно осуществляется компримирование воздуха типа тандем имеют более высокую удельную мощность по сравнению с машинами одностороннего действия, однако наличие взаимосвязанных групп поршней, совершающих возвратно-поступательное движение,, обуславливает возникновение значительных изгибающих моментов и инерционных сил, вызывающих вибрации в особенности в элементах связи внешних поршневых групп. Это огра«ичивает число циклов СПМ, и следо вательно, повышение удельной мощности машины.

Цель, изобретения - повышение удельной мощности СПМ.

Поставленная цель достигается уменьшением изгибающих и инерционных усилий, воздействующих на элементы механизма движения, и осуществляется путем определенного взаимного располох ения компрессорных и рабочих цилиндров друг относительно друга и введением дополнительных связей, для этого внешние компрессорные поршни расположены с внешних сторон наружных поперечин, а рабочие поршни.- с их внутренней CTopo-i ;ны, причем наружные поперечины |внешних цилиндро-поршневых групп снабжены направляющими штоками, которые установлены между двумя неподвижными, внутренним и внешним, кронштейнами, к внешнему из которых прикреплены внехЗние компрессорные цилиндры. По обе стороны наружных поперечин могут быть установлены неподвижные подшипникидля направлв акя -ШТОКОВ при их движении, а сама машина для динамической устойчивости снабжена станиной, охватывающей компрессорные цилиндры внутренней цилиндро-поршневой группы.

Для снижения изгибающих моментов наружные поперечины могут быть связаны между собой при помощи двух продольных связующих элементов, расположенных в плоскости внешних компрессорных цилиндров, и снабжены направляющими.в виде, по меньшей мере, одной втулки, хсестко закрепленной-на соответствующей поперечине и установленной в неподвижных подшипниках, расположенных один от другого на расстоянии, по мейьшей мере, равном четырем диаметрам втулки.

Кроме того, оси рабочих цилиндров могут быть расположены таким образом, что образуют прямоугольник оси наружных компрессорных цилиндров расположены на вертикальной средней линии .этого прямоугольника, а оси внутренних компрессорных цилиндров - на ее продолжении.

На фиг. 1 показана базовая конструктивная схема СПМ с двумя внешней и внутренней цилиндро-поршневой группами; на фиг. 2 - машина, рабочие цилиндры которой образуют прямоугольник, поперечный разрез.

Свободнопоршневая машина типа тандем содержит, по меньшей мере, две расположенные параллельно, внутреннюю 1 и внешнюю 2 цилиндропоршневые группы с линейн.о установленными компрессорными 3 и 4 и рабочими 5 цилиндрами, компрессорными б, 7 и рабочими 8 поршнями, внешние из которых связаны наружными поперечинами 9 и соединены между собой продольными связующими элементами 10, а внутренние - соединены между собой внутренней поперечиной 11. Внешниекомпрессорные поршни 7 расположены с внешних сторон наружных поперечин 9, а рабочие поршни 8 - с их внутренней стороны (фиг. 1). Оси рабочих цилиндров 5 могут быть расположены таким образом, что образуют прямоугольник, оси наружных компрессорных цилиндров 4 расположены на вертикальной средней линии этого прямоугольника, а оси внутренних компрессорных цилиндров 3 - на ее продолжении (фиг. 2).

На;ружные поперечины 9 внешних цилиндро-поршневых групп 2 снабжены направляющими штоками. 12, установленными между дву1 неподвижными внутренним. 13 и внешнин,- 14 кронштейнами, к внешнему из которых 1 прикреплены внешние компрессорные. цилиндры 4. Для повышения жесткости компрессорные цилиндры 3 внутренней цилиндро-поршневой группы 1 дополнительно снабжены охватывающей их станиной 15.

В вариантах выполнения без кронштейнов 13 и 14 для снижения изгиающих инерционных и вибрационных агрузок по обе стороны наружных оперечин 9, жестко прикреплены штокам 12, могут быть|установлены либо неподвижные подшипники (не показаны) для направления штоков при их возвратно-поступательном движении, либо сами поперечины 9 и 11 снабжены направляющими в виде, по меньшей мере, одной втулки, закрепленной на соответствующей поперечине и установленной в неподвижных подшипниках (не показаны), расположенных один от другого на расстоянии, по меньшей мере, равном четырем диаметрам втулки.

Свободнопоршневая машина работает следующим образом.

Внутренняя 1 и внешняя 2 цилиндiSo-поршневые группы, включающие компрессорные 3,4 и рабочие 5 цилиндры с ПОРШНЯМИ 6, 7 и 8, совершают возвратно-поступательное движение навстречу друг другу вследствие наличия продольных связующих элементов 10. За счет прямоугольно,го расположения осей рабочих цилиндров 5 и размещения оСей внешних компрессорных цилиндров 3 на вертикальной линии, а осей внутренних компрессорных цилиндров 4 - на ее продолжении при движении поршневых

групп 2 дополнительно существенно уменьшаются боковые усилия, а наличие внутренней il и наружных 9 поперечин, направляемых продольными связующими 10 и направляющий штоками 12, установленными между кронштейнами 13 и 14 (или в подшипниках), заметно уменьшает длину плеч, а следовательно, и изгибающие моменты, воздействующие на все элементы системы движения в особенности на внешние компрессорные цилиндры 4 и их поршни 7. Дополнительная жесткость системы создается также за счет станины 15, охватывающей внутренние компрессорные цилиндры 3, и, кроме того, с помощью неподви)ных подшипников для возвратнопоступательного движения направляющих штоков 12 или же скольжения направляющих втулок поперечин 9 и 11 в своих подшипниках,снижающих потери на трение.

Компрессорные цилиндры СПМ могут быть выполнены в виде компрессоров двойного действия и снабжены соответствующими органами воздухораспределения (не показаны), а двигательная часть машины - форсунками, системой смазки, подачи воздуха и др.,

1. СВОБОДНОПОРШНЕВАЯ МАШИНА ТИПА ТАНДЕМ, содержащая, по меньшей мере, две расположенные параллельно, внутреннюю и внешнюю цилиндро-поршневые группы с линейно установленными компрессорными и рабочими цилиндрами, компрессорными и рабочими поршнями, внешние из которых связаны наружными поперечинами и соединены между собой, по меньшей мере, одним продольным связующим элементом, а внутренние соединены между собой внутренней поперечиной, отлич ающаяс я тем, что, с целью повьш1ения удельной мощности, внешние компрессорные поршни расположены с внешних сторон наружных поперечин, а рабочие поршни - с их внутренней стороны. 2.Машина по п. 1, отлич аю щ а я с я тем, что наружные поперечины внешних цилиндро-поршневых групп снабжены направляющими штоками. 3.Машина по пп. 1 и 2, о т л ичающаяся тем, что она снабжена двумя неподвижными, внутренним; и внешним кронштейнами, между которыми установлены направляющие штоки наружных поперечин, причем к внешнему кронштейну прикреплены внешние компрессорные цилиндры. . 4. Машина по пп. 1 и 2, о т л ичающаяся тем, что наружные поперечины прикреплены к штокам, установленным в неподвижных подшипниках по обе стороны от этих поперечин. 5.Машина по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена станиной, охватывающей компрессорные цилиндры внутренней цилиндропоршневой группы. 6.Машина по п. 1, отличающаяся тем, что оси рабочих цилиндров расположены таким образом, что образуют прямоугольник, оси наружных компрессорных цилиндров расположены на вертикальной средней линии этого прямоугольника, а оси внутренних компрессорных цилиндров - на ее продолжении. 7.. Машина .по п. 6, отличающаяся тем, что наружные поперечины связаны мехщу собой при помощи двух продольных связующих элементов, расположенных в плоскости внешних компрессорных цилиндров. 8. Машина по п. 7, отличающаяся тем, что поперечины снабжены направляющими в виде, по меньшей мере, одной втулки, жестко закрепленной на соответствующей поперечине и. установленной в непод.вижных подшипниках, расположенных .один от другого на расстоянии,по .меньшей мере, равном четырем диаметрам вуулки.

И

фиг.