Поршневой двигатель Советский патент 1992 года по МПК F02B75/32 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, точнее к производству бесшатунных поршневых машин с планетарными эксцентриками. Предлагаемый двигатель может найти применение в качестве силового агрегата на автомобильном, железнодорожном, корабельном транспорте, а также при производстве мотоциклов, дизель- генераторов, дизель-компрессоров и легких винтомоторных самолетов и вертолетов. Кроме того, используемый в предлагаемом двигателе планетарно-эксцентриковый преобразователь возвратно-поступательных перемещений поршня в круговое вращение вала может найти применение при производстве всевозможных поршневых компрессоров.

Известен бесшатунный .двигатель Баландина, в котором коленчатый вал совершает планетарное вращение, при котором его штоковые шейки движутся возвратно- поступательно по перекрещивающимся осям поршневых цилиндров, когда применение четырех перекрещивающихся поршней становится неизбежным.

Недостатком двигателя Баландина является то, что штоковые шейки перекрещивающихся поршней расположены вдоль планетарного вала последовательно друг за другом, что приводит к необходимости смещения продольных осей поршневых цилиндров, Завышенная длина двигателя увеличивает его массу, снижает удельную

МОЩНОСТЬ.с

Известен бесшатунный двигатель с планетарно-движущимся эксцентриковым валом, имеющий одну или несколько пар соосно расположенных цилиндров со встречно движущимися поршнями, для перемещения которых используется бесшатунный механизм в виде штоко-эксцент- рикового преобразователя.

Основным недостатком этого двигателя является то, что поршни перемещаются двумя элементами: при а 90° и 270° планетарной шейкой, а при а 90° и 270° - зубчатым секторем, где а- угол поворота

VI

СА) СО О СЛ Сл

планетарного вала. При такой кинематической схеме обеспечить требуемую работоспособность преобразователя не представляется возможным.

Наиболее близким к предлагаемому является двигатель, содержащий корпус с оп- позитными цилиндрами, размещенными в них оппозитными поршнями, жестко связанными между собой поршневым штоком, коленчатый вал с монолитными коленваль- ными опорами, эксцентриковый вал с эксцентричной штоковой шейкой, два неподвижных синхронизирующих элемента, расположенных в стенках поршневых цилиндров, два подвижных синхронизирующих элемента, жестко соединенные с эксцентриковым валом.

Основной недостаток этого двигателя связан с использованием двух синхронизирующих элементов. Применение двух синхронизирующих элементов увеличивает габарит двигателя вдоль коленчатого вала, что приводит к повышению его массы, усложняет конструкцию двигателя.

Целью изобретения является снижение удельной массы двигателя путем уменьшения габарита двигателя вдоль оси вращения вала отбора мощности.

Цель достигается тем, что в поршневом штоке выполнена прорезь вдоль продольной оси оппозитных цилиндров, а эксцентриковый вал выполнен с двумя посадочными эксцентриками, симметрично расположенными относительно оси цилиндров на ширину прорези штока, при этом подвижный и неподвижный элементы механизма установлены в штоке между его што- ковыми эксцентриками.

Дополнительно цель достигается выполнением подвижного элемента синхронизирующего механизма в виде эксцентрика, а неподвижного элемента - в виде выемок в корпусе, оси симметрии которых перпендикулярны продольной оси оппозитных цилиндров.

Достижение цели существенно облегчается выполнением подвижного элемента в виде шестерни, а неподвижного элемента в виде полуколец с внутренним зубчатым зацеплением или двух зубчатых реек с зубьями эвольвентного профиля,

На фиг.1 представлена аксонометрическая схема предлагаемого двигателя; на фиг,2 - схема синхронизирующего механизма при выполнении подвижного его элемента в виде шестерни, а неподвижного элемента в видезубчатого венца внутреннего зацепления; на фиг 3 - схема синхронизирующего механизма при выполнении неподвижного элемента в виде двух полуколец с зубьями внутреннего зацепления; на фиг.4 - схема синхронизирующего механизма с двумя рейками с зубьями эвольвентного профиля; на фиг.5 - схема работы

эксцентрика синхронизирующего механизма при прохождении точки неработоспособности штоковых эксцентриков.

Предлагаемый двигатель включает корпус 1 с оппозитными цилиндрами 2 и 3,

форсунками 4 и топливным насосом высокого давления 5, оппозитные поршни 6 и 7, жестко соединенные между собой поршневым штоком 8, снабженным сквозной прорезью 9, продольная ось которой

совмещена с продольной осью поршневых цилиндров 2 и 3.

Двигатель снабжен эксцентриковым валом 10, выполненным с двумя посадочными эксцентриками 11, симметрично раздвинутыми по разные стороны от оси цилиндров 2 и 3 на ширину сквозной прорези 9 штока 8.

Посадочные эксцентрики 11 посажены с возможностью скольжения в отверстиях

штока 8, а хвостовики вала 10 - в эксцентричных отверстиях коленчатого вала 12, симметрично установленного в картере по обе стороны от продольной оси цилиндров 2 и 3 и снабженного зубчатыми венцами 13.

Эксцентричность отверстий вала 12 относительно их осей вращения, равна эксцентричности посадочных эксцентриков 11 относительно предо аной оси вращения вала 10. Синхронизация вращения обоих коленчатых валов 12 обеспечивается валом 14 отбора мощности вследствие зубчатого зацепления венцов 13 и 15. Вал отбора мощности снабжен маховиком 16.

Возвратно-поступательные перемещения штоковых эксцентриков 11 вдоль продольной оси цилиндров 2 и 3 обеспечиваются синхронизирующим механизмом, выполненным с применением подвижного элемента 17 и неподвижного 18 элементов.

Подвижный элемент 17 установлен в сквозной прорези 9 штока 8 между его посадочными эксцентриками 11 эксцентрикового вала 10. Подвижный элемент 17 в виде, например, эксцентрика монолитно изготавливается с эксцентриковым валом 10, а неподвижный элемент в форме выемки 18 выполняется в корпусе картера. Эксцентричность подвижного элемента 17 относительно оси вращения вала 10 равна

эксцентричности посадочных эксцентриков 11.

Следует подчеркнуть, что конструкция подвижного и неподвижного элементов координирующего механизма может быть

весьма разнообразная. В частности,на фиг.2

приводится схема синхронизирующего механизма, в котором подвижный элемент 17 выполнен в виде монолитной с планетарным валом 10 шестерни с диаметром делительной окружности зубьев, равным половине хода поршня, а неподвижный элемент 18 - в виде монолитного зубчатого венца. В данном варианте неподвижный элемент 18 может быть изготовлен в виде двух полуколец внутреннего зацепления (фиг.З) или в виде двух реек с зубьями эволь- вентного профиля (фиг.4).

Механизм газораспределения двигателя включает газораспределительный кулачок 19, шток 20, коромысло 2.1, выпускной подпружиненный клапан 22, а также выпускные окна 23 и компрессор (не показан).

Предложенная конструкция двигателя обеспечивает работу двух рабочих камер 24 и 25.

Двигатель работает по традиционному двухтактному циклу. При вращении вала отбора мощности 14 с маховиком 16 синхронно вращаются коленчатые валы 12 вследствие их зубчатого зацепления посредством зубчатых венцов 13 и 15. Вращение коленчатых валов 12 обеспечивает движение по окружности с радиусом эксцентрикового вала и его вращение вокруг собственной продольной оси из-за вынужденного вращения посадочных эксцентриков 11 в отверстиях штока 8 При таком планетарном движении эксцентрикового вала 10 его посадочные эксцентрики 11 совершают возвратно-поступательные перемещения вдоль продольной оси цилиндров 2 и 3, а подвижный элемент 17 совершает также перемещения, но вдоль оси, перпендикулярной оси цилиндров. Подвижный элемент 17 играет роль своеобразного маховика, так как обеспечивает плавное движение поршней 6 и 7 при углах поворота коленчатых валов на 90 и 270°, когда смещение поршней за счет штоковых эксцентриков 11 исключается вследствие совпадения их осей вращения с осью вращения коленвальных опор 12 (фиг.5),

Возвратно-поступательные перемещения поршней б и 7 формируют в рабочих

камерах 24 и 25 традиционные циклы двухтактного двигателя. В частности, в положении двигателя на фиг.1 в камере 24 осуществляется выпуск продуктов горения топлива и наполнения ее свежей порцией воздуха, а в камере 25 впрыскивается топливо и реализуется рабочий ход. Формула изобретения

1.Поршневой двигатель, содержащий корпус с оппозитными цилиндрами, поршни, размещенные в цилиндрах и жестко соединенные между собой штоком с отверстием, коленчатый вал, эксцентриковый вал с посадочным эксцентриком, установленный на коленчатом валу с возможностью поворота относительно последнего, и синхронизирующий механизм, выполненный в виде подвижного элемента, жестко соединенного с эксцентриковым валом, и неподвижного элемента, взаимодействующего своей внутренней поверхностью с наружной поверхностью подвижного элемента эксцентрикового вала, причем посадочный эксцентрик размещен в отверстии штока,

отличающийся тем, что, с целью снижения габарита двигателя по оси вращения коленчатого вала, в штоке поршня выполнена прорезь, эксцентриковый вал выполнен с двумя посадочными эксцентриками. расположенными симметрично относительно оси цилиндра, а подвижный элемент установлен между посадочными эксцентриками в прорези штока поршня.

2.Двигатель поп 1,отличающий- с я тем, что подвижный элемент механизма

синхронизации выполнен в виде эксцентрика, а неподвижный элемент - в виде выемок в корпусе, оси симметрии которых перпендикулярны оси цилиндров.

3 Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что подвижный элемент механизма синхронизации выполнен в виде шестерни, а неподвижный в виде двух полуколец с внутренним зубчатым зацеплением.

4. Двигатель поп.1,отличающий- с я тем, что подвижный элемент выполнен в виде шестерни, а неподвижный элемент - в виде рейки с зубьями эвольвентного профиля.

2 гпф

L

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: в поршневом штоке выполнена сквозная прорезь вдоль продольной оси оппозитных цилиндров 2 и 3, эксцентриковый вал 10 выполнен с двумя посадочными эксцентриками 11, симметрично размещенными по разные стороны от оси цилиндров на ширину сквозной прорези 9 в штоке 8, при этом синхронизирующий механизм установлен в сквозной прорези 9 штока 8 между его посадочными эксцентриками 11.3 з.п. ф-лы, 5 ил.

tMU

si

/t

езэееа

11

Шг.5