Аксиально-поршневой двигатель Советский патент 1992 года по МПК F01B3/00 F02B75/26 

(Л

С

Использование: транспортные энергетические установки с поршневыми двигателями внутреннего сгорания, Сущность изобретения: двигатель имеет корпус 2, цилиндры 1, расположенные параллельно и вокруг коленчатого вала 3 с наклонным кривошипом, качающуюся шайбу 13, поршни 10 с шатунами, подвижные гильзы 4, механизм привода гильз, выполненный в виде двухве- нечного зубчатого колеса 22, установленного коаксиально относительно коленчатого валаЗ. Внутренний венец двухвенечного колеса выполнен цилиндрическим и кинематически связан с коленчатым валом, наружный венец двухвенечного колеса кинематически связан с шестернями 28, жестко укрепленными на кривошипах 27 привода гильз. Коренные шейки кривошипов установлены в корпусе, а эксцентриковые шейки шарнирно соединены с подвижными гильзами. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к двигателест- роению, а именно к транспортным энергетическим установкам с поршневыми двигателями внутреннего сгорания.

Известны двигатели внутреннего сгорания с гильзовым распределением, являющимся разновидностью золотникового. Они отличаются повышенной экономичностью, особенно, на частичных скоростных и нагрузочных режимах. Это делает их особенно приспособленными к использованию н§ транспортных установках.

Отличительной особенностью таких двигателей является осуществление газообмена через окна в гильзе. Гильза выполняется подвижной и приводится в движение через систему промежуточных валиков и шестерен. В зависимости от кинематической схемы привода гильз последние могут совершать вращательное движение вокруг оси цилиндра или движение по винтовой

линии. Последнее более предпочтительно с точки зрения улучшения качества газообмена. При движении гильзы относительно цилиндра окна в гильзе совмещаются с выпускными или впускными окнами в цилиндре, вследствие чего рабочий объем цилиндра сообщается с впускной или выпускной системами двигателя.

Известен двигатель Геркулес. Двигатель имел 24 цилиндра, расположенных Н- образно, и два коленчатых вала, Цилиндры расположены на картере. В цилиндрах движутся подвижные гильзы, приводимые от коленчатых валов. Механизм привода каждой гильзы состоит из первичного валика с двумя цилиндрическими шестернями, одна из которых зацеплена с шестерней приводного валика с кривошипом, на конце которого укреплен сферический шарнир, контактирующий со сферическим подпятником на гильзе,

V4

4 О О О О

Недостатком конструкции двигателя Геркулес является ее сложность, обусловленная наличием большого количества подвижных деталей в приводе гильз, а также ухудшением металлоемкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является двигатель, принятый здесь в качестве прототипа.

Двигатель-прототип является аксиально-поршневым и имеет цилиндры, расположенные вокруг коленчатого вала и параллельно ему. В цилиндрах расположены противоположно движущиеся поршни, посредством шатунов шарнирно соединяемые с двумя качающимися шайбами. Последние также шарнирно соединяются с кривошипами коленчатых валов и с корпусом двигателя. В цилиндрах располагаются также подвижные гильзы с окнами в боковой поверхности. На оконечности каждой гильзы неподвижно по отношению к ней укреплен поводок, контактирующий с кулачковым профилем. Последний расположен на боковой поверхности цилиндрической втулки, неподвижно связанной с распределительным валом.

Распределительный вал выполнен в виде полой трубы, охватывающей центральную часть коленчатого вала коаксиально по отношению к последнему. Распределительный вал опирается на коленчатый вал и корпус двигателя через подшипники. Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала с требуемым передаточным отношением. Для этого на коленчатом валу и на распределительном валу имеются шестерни (звездочки), с которыми входят в зацепление шестернями (звездочками) промежуточного валика, вращающегося в корпусе двигателя параллельно коленчатому валу.

Недостатком конструкции двигателя- прототипа является увеличение габаритов в связи с наличием механизма привода распределительного вала.

Целью настоящего изобретения является снижение габаритов аксиально- поршневого двигателя с гильзовым распределением.

Указанная цель достигается за счет того, что механизм привода гильз выполнен в виде кривошипов с шестернями и двухве- нечного зубчатого колеса, установленного коаксиально по отношению к коленчатому валу. Внутренний венец двухвенечного зубчатого колеса выполнен цилиндрическим и кинематически связан с коленчатым валом, наружный венец двухвенечного зубчатого колеса выполнен коническим и связан с шестернями на кривошипах привода гильз. Коренные шейки кривошипов привода гильз установлены в корпусе двигателя, а на эксцентриковых шейках кривошипов привода

гильз неподвижно по отношению к ним установлены шарниры, кинематически связываемые с подвижными гильзами. Шестерни кривошипов привода гильз жестко установлены на коренных шейках

0 этих кривошипов.

Снижение габаритов достигается за счет того, что механизм привода гильз не имеет распределительного вала и промежуточного валика его привода, вследствие чего

5 уменьшаются поперечные габаритные размеры двигателя.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что

0 предлагаемое решение отличается наличием двухвенечного зубчатого колеса, установленного соосно с коленчатым валом и кривошипов привода гильз, включение которых в конструкцию аксиально-поршнево5 го двигателя приводит к снижению его габаритов. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию новизна.

Сопоставительный анализ предлагае0 мого технического решения с другими известными техническими решениями в данной области показывает, что это решение отличается наличием в механизме привода гильз кривошипов с шестернями и шарнирами,

5 установленных в корпусе и связанных с единым двухвенечным зубчатым колесом, расположенным соосно коленчатому валу. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения поня0 гию существенные отличия.

На чертеже представлена конструктивная схема двигателя с гильзовым распределением.

Цилиндры 1 двигателя расположены на

5 неподвижном корпусе 2 параллельно коленчатому валу 3 и вокруг него. Во внутренней расточке каждого цилиндра подвижно установлена гольца 4. имеющая возможность совершать перемещения вокруг оси цилин0 дра и вдоль нее. В цилиндре 1 имеется ряд впускных окон 5, сообщающихся с впускным коллектором 6, и ряд выпускных окон 7, объединенных выхлопным трубопроводом 8. Сверху цилиндр 1 герметизирован голо5 вкой цилиндра 9. В цилиндрах 1 с гильзами 4 движутся поршни 10, подвижно сочлененные посредством шаровых шарниров 11 с шатунами 12, Шатуны 12 также подвижно сочленены с качающейся шайбой 13. Шайба 13 кинематически связана с корпусом 2 двигателя посредством карданного подвеса, состоящего из двух пар цапф 14 и 15, каждая из которых имеет общую продольную ось. Посредством цапф 14 качающаяся шайба 13 сочленена с крестовиной 16 карданного подвеса, а посредством цапф 15 крестовина вместе с шайбой сочленена с корпусом 2, Корпус 2 содержит также коренные опоры коленчатого вала 3. Ось вращения коленчатого вала 3, его наклонного кривошипа 17 и оси цапф 14 и 15 пересекаются в одной точке. Качающаяся шайба кинематически связана также с наклонным кривошипом вала 17.

На валу 3 неподвижно установлена ше- стерня 18, сцепленная с шестерней 19 промежуточного валика 20. Валик 20 вращается в опоре, неподвижно связанной с корпусом 2. На валике 20 установлена вторая шестер- ня 21, сцепленная с внутренним венцом двухвенечного зубчатой шестерни 22, Шестерня 22 имеет внешний зубчатый венец 23 и опирается при своем вращении на корпус 2 посредством подшипниковых элементов 24.

На нижнем торце гильз 4 установлены шаровые опоры 25, сопрягаемые с шаровыми головками 26 кривошипов 27, жестко связанных с шестернями 28, вращающимися в опорах корпуса 2. В верхнем поясе гильз 4 имеются сквозные выпускные окна 29 и впускные окна 30, совмещаемые в некоторые моменты времени с выпускными 7 или впускными 5 окнами цилиндра. Шестерни 28 привода всех гильз 4 сцеплены с внешним зубчатым венцом 23 шестерни 22.

Передаточные отношения в зацеплениях шестерен 18и 19,21 и22, 23и28выбраны такими, что угловая скорость вращения шестерни 28 в два раза меньше угловой скоро- сти коленчатого вала 3.

Двигатель с гильзовым распределением работает следующим образом. В начале впуска поршень 10 находится в области верхней мертвой точки (ВМТ), гильза 4 - также вблизи своей ВМТ. Шестерни 28, 23. 21. 22, 18, 19 зацеплены таким образом, что в указанный момент времени впускные окна 30 гильзы частично совмещены с впускными окнами цилиндра 5. При движении поршня 10 к нижней мертвой точке (НМТ) впускные окна гильзы и цилиндра оказываются совмещенными, благодаря чему рабочее пространство цилиндра наполняется свежим зарядом, После достижения поршнем 10 НМТ в соответствии с принятыми фазами газораспределения происходит разобщение впускных окон гильзы и цилиндра, вызываемое движением гильзы в осевом направлении и ее вращением. Впоследствии происходит сжатие заряда, воспламенение и расширение. В конце расширения гильза оказывается вблизи своего среднего (по высоте цилиндра) положения и повернута относительно оси цилиндра таким образом, что оказываются совмещенными выпускные окна 29 гильзы и 7 цилиндра. При движении поршня к ВМТ окна остаются совмещенными, благодаря чему происходит выпуск отработавших газов.

Движение гильзы осуществляется кривошипом 27 с шаровым шарниром 26, сопрягаемым с гильзой. Поводок приводится в движение от жестко установленной на нем шестерни 28, приводимой во вращение от коленчатого вала 3 через систему шестерен.

При совершении рабочего цикла двигателя имеют место следующие взаимные положения поршня и гильзы (здесь не учтены моменты опережения открытия и запаздывания закрытия окон):

поршень в ВМТ, гильза в ВМТ, совмещены впускные окна, производится впуск, угол поворота вала 0°, угол поворота кривошипа 27 0°;

поршень в НМТ, гильза проходит половину своего хода а осевом направлении, окончание впуска, начало сжатия, конец совмещения впускных окон гильзы и цилиндра, углы поворота: вала 180°; поводка 90°;

поршень в ВМТ, гильза в НМТ, начало расширения; все окна разобщены; углы поворота; вала 360°, поводка 180°;

поршень в НМТ. гильза проходит половину своего хода а осевом направлении, двигаясь к ВМТ, начало выпуска - начало совмещения выпускных окон гил.ьзы и цилиндра; угол поворота вала 540°, поводка 270°.

Усьлия от поршней 10 передаются через шатуны 12 на качающуюся шайбу 13 и суммируются ею. Под действием суммарной движущей силы шайба 13 совершает сферическое движение вокруг неподвижной точки пересечения осей вращения вала, кривошипа и цапф карданного подвеса. Сферическое движение шайбы раскладывается на 2 конечных вращения вокруг осей цапф 14 крестовины 16 и вместе с крестовиной 16 вокруг оси цапф 15 относительно корпуса 2. При сферическом движении шайбы ее точки, совмещаемые с наклонным кривошипом 17, движутся по окружности, приводя во вращение вал 3, вместе с ним шестерню 18 и далее гильзы.

Применение предлагаемого двигателя позволяет улучшить массогабаритные показатели энергетической установки с аксиально-поршневым двигателем с гильзовым

распределением при одновременном упрощении, конструкции механизма привода гильз, улучшении тяговых свойств и экономичности установки.

Формула изобретения 1. Аксиально-поршневой двигатель, содержащий корпус, коленчатый вал, установленный в корпусе, качающуюся шайбу, установленную на коленчатом валу, цилиндры, оси которых параллельны оси вращения коленчатого вала, гильзы с окнами, установленные в цилиндрах с возможностью перемещения относительно последних, поршни, расположенные в гильзах и кинематически связанные с качающейся шайбой, механизм газораспределения, кинематически связанный с гильзами, о т л и S 3D 5 63

III/ I /

22

24

0

чающийся тем. что, с целью снижения габаритов, механизм газораспределения выполнен в виде кривошипов с шестернями и двухвенечного зубчатого колеса, установленного коаксиадьно относительно оси вращения вала, внутренний венец двухвенечного зубчатого колеса кинематически связан с коленчатым валом, а внешний венец - с шестернями кривошипов, причем коренные шейки кривошипов установлены в корпусе, а эксцентриковые шейки шарнир- но связаны с гильзами цилиндров.

2. Двигатель по п. 1 с гильзовым распределением, отличающийся тем, что зубчатое зацепление шестерен кривошипов с внешним венцом двухвенечного зубчатого колеса выполнено коническим.