Аксиально-поршневой двигатель Советский патент 1992 года по МПК F02B75/04 F02B75/26 

Изобретение относится к двигателест- роению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с бзрабанной компоновкой цилиндров и сферическим поиводным механизмом с качающейся шайбой Кооме того изобретение может использоваться в компрессоре- и ьасосос гроении а также в даиг тэлях СтмргиН а

Для преоброзовл-шя движения поршней во ьрацение выходного вала в двигате ле барабанное типа (ДБТ) необходим сферический приводной механизм

l/ijseciHbi сферические приводные ме- с всащяюи.имися и качающимися шайбами Меха низ иы с качающимися шай- бами обладзо гармоническим или почти гармоническим згко ом движения поршней в Mexahi/i j iax с i ./ащаюл.имися шайбами возможна осуществление практически любого закона движения поршней

Для повышения эффективности рабогь1 в ДБТ с вращающим 4ся шайбами применяют такое их профилирование, при котором величина хода иорилья при расшиоеник больше -епичимы хода поршн при сжатии (и, соо йстственно степень сжатия) Термо- д нам/неск й цккл г такой особенности называют F ui1cn/ijHce-ia (К циклом) В L/кле- -рист-id.-ir-PH:1 в т i-ei-че длительности тез .иДы . , О ци1 л меняется МГНОРС т е значение u.n-nt ™п/ы и возможно осуществление счдержкп поршня в области верхней i epivo/ точки

Однако двигатели : вращающимися шайбами отличаются сравнительно низкой надежь остою v технолог чес /IMM трудностями в изготовлении

Наиболее близким по техни1 еской су ности к изобреюнию яь тотся экс чльнг поршневой ДВИГР гель

Дзигатель-прототип содержит непод- зл НУ блок цилиндров с поршнями и ша- lyi.dMi- в каждом расположенных на кор вокр т коленчаюго вала и парал- ienL,iO ему голеччагыи вл с наклонным КОПЕОШИП.М, качающуюся шайбу кинема- очески связанну-о с дополнительными шз- ciivi|/i и лрп ом тьи1ателя В п..ы JAHC.V, лучаь кинематическая в«зь luawobi и корпуса осуществляется при помощи кардано- го подвеса На наклонном кривошиге оте,, вал:) ПОАЬИЖНО по г .чошеы/ис к чему ус|ЭпОзлена втулка, обоазуюид.эч Ьокозой поверхности ксторпй не попал шпьча оси наклопчого кр вошипа з продольные симметрии последнего и втулки пересекался а оцнси с осью вращения вала 4epco3i ле г ку чрохсдя: ос, / кардан .ого псдвагг

Дополни iе тьные шатуны цвигателя- г роготилр подвижно сочленяются с качающимися рыча1ами опирающимися н корпус двигетоля 1очки опоры рьмагов на коопусу двигателя могу г перемещатося, в | Wnb ате чб1 о из.мспг.зтсь значение степени сжатия двигаге/н вне зависимости oi °ел1/н 1Ы Лиды i оршг-я Посуюдняя оегули- i ри перелоде с одного с оростного 1 и нзфузочиою режима роботы t а другой На с1.иг ловооога ьт яки отнсс-итечьис на- лончо1 о зошипа вала в результате мы и згченйет. величина наклоча качаю щейгр J.J I lbi к сси вращения зала Поворо том втулки управляет гидравлический механизм

Неюстч i ком коне i ру i дрм( гтеля яьЛЯ КГ JThOCMIujIj-ir Н1/./ОЯ 3qj .

,боч го процесса зие г югочнстЬ

к ко -.ом режиме работ дьмате.1, значе

1 ени ,я . /о/.г поръня L

результате чего расширение рабочего тела не осуществляется.

Цель изобретения - повышение эффективности рабочего процесса аксиально-поршневого двигателя.

Указанная цель достигается за счет того, что цилиндрическая втулка имеет зубчатый конический венец, установленный соосно оси наклонного кривошипа, и установлена на кривошипе с возможностью относительного вращательного, колебательного движения относительно оси кривошипа; одна коренная шейка коленчатого вала выполнена полой; приводной механизм изменения угла наклона качающейся шайбы содержит первую ось с двумя коническими шестернями и торцовым кулачком, установленным между коническими шестернями; вторую ось с цилиндрической и третьей конической шестернями; зубчатую рейку с толкателем; первая ось установлена внутри полой коренной шейки коленчатого вала, причем одна из конических шестерен первой оси входит в зацепление с коническим венцом на цилиндрической втулке; вторая коническая шестерня входит в зацепление с третьей конической шестерней; зубчатая рейка зацеплена о цилиндрической шестерней на второй оси, а толкатель взаимодействует с торцовым кулачком.

При работе механизма благодаря возвратно-поступательному, колебательному движению втулки изменяется мгновенное значение степени сжатия в пределах термодинамического цикла, а величина хода поршня при сжатии становится отличной от таковой при расширении.

На чертеже показана кинематическая схема аксиально-поршневого двигателя.

В конкретном случае исполнения двигатель содержит цилиндры 1, установленные на неподвижном корпусе 2 в блоке по окружности вокруг коленчатого вала и параллельно ему. Коленчатый вал содержит коренные шейки 3 и 4 и наклонную шейку кривошипа 5. Одна из коренных шеек 3 выполнена полой и содержит центральное, со- осное оси вращения вала сквозное отверстие.

В цилиндрах 1 движутся поршни 6, подвижно сочлененные с шатунами 7. Указанное подвижное соединение осуществляется посредством сферического шарнира. Шатуны 7 на противоположном конце содержат также сферические шарниры 8 для подвижного соединения с качающейся шайбой 9.

Качающаяся шайба 9 подвижно опирается на корпус 2 двигателя при помощи карданного подвеса, состоящего из крестовины 10 и двух пар цапф 11 и 12. Каждая

пара цапф имеет общую продольную ось и обе эти оси лежат в одной плоскости. Посредством одной пары цапф 11 крестовина подвижно соединяется с качающейся шайбой, а посредством цапф 10, ось которых перпендикулярна оси цапф 11, крестовина подвижно сочленяется с корпусом двигателя.

На наклонном кривошипе 5 коленчатого

0 вала подвижно установлена цилиндрическая втулка 13, имеющая возможность вращения относительно оси кривошипа. Цилиндрическая втулка 13 выполнена с цилиндрической наружной поверхностью, об5 разующая которой непараллельна оси наклонного кривошипа 5. Ось цилиндрической втулки 13 проходит через центр карданного подвеса (точку пересечения осей цапф 11 и 12 и оси вращения вала). На одном

0 из торцов цилиндрической втулки 13 неподвижно по отношению к ней установлен конический зубчатый венец 14.

Ось конического зубчатого венца 14 совпадает с осью наклонной кривошипной

5 шейки 5, а плоскость втулки, на которой расположен конический зубчатый венец 14, перпендикулярна продольной оси кривошипа 5. Конический зубчатый венец 14 находится в зацеплении с первой конической

0 шестерней 15, жестко насаженной на первую ось 16, которая проходит соосно валу в полости его коренной шейки 3. На противоположном конце первой оси 16 жестко установлена вторая коническая шестерня 17.

5На торце полой шейки 3 вала жестко

установлен торцовой кулачок 18с профилем 19. В центре кулачка 18 имеется сквозное отверстие для прохода первой оси 16. Профиль кулачка обегает толкатель 20 с наконеч0 ником 21 и пружиной 22, движущийся относительно неподвижного корпуса двигателя. С толкателем 20 жестко связана зубчатая рейка 23, сцепленная с цилиндрической шестерней 24, насаженной на вто5 рую ось 25. Последняя вращается в опоре 26, связанной с корпусом 2. На второй оси 25 также жестко установлена третья коническая шестерня 27. сцепленная с второй конической шестерней 17.

0 Профиль 19 торцового кулачка 18 имеет число идентичных участков подьема-спускз толкателя, равное числу цилиндров двигателя

Двигатель работает следующим обра5 зом.

При расширении продуктов сгорания топлива в цилиндрах 1 поршни 6 движутся к нижним мертвым точкам. При этом движущие силы со стороны поршней передаются через шатуны 7 со сферическими шарнирами 8 на качающуюся шайбу 9, Шайба 9 суммирует усилия всех поршней и, совершая сферическое движение, приводит во вращение коленчатый вал. Сферическое движение шайбы складывается из двух конечных вра- щений вокруг осей цапф 11 и 12.

На цапфах 11 шайба поворачивается относительно крестовины 10. На цапфах 12 вместе с крестовиной шайба вращается относительно корпуса двигателя. При сфери- ческом движении шайбы ее точки, связанные с цилиндрической втулкой 13, движутся по окружности, вследствие чего вал через цилиндрическую втулку 13 приводится во вращение.

При вращении вала вращается связанный с ним торцовой кулачок 18 с профилем 19. Последний воздействует на толкатель 20 и приводит его в движение. При этом через зубчатую рейку 23 возбуждается вращение шестерни 24 и второй оси 25 с третьей конической шестерней 27. При вращении колеса через вторую коническую шестерню 17 приводятся во вращение первая ось 16 и связанная с ней первая коническая шестерня 15, а также цилиндрическая втулка 13. Последняя при этом получает относительное движение вокруг кривошипа, благодаря чему шайба 9 приобретает угловую скорость отличную от угловой скорости вала. Измене- ние указанной угловой скорости определяется профилем кулачка. В частности, профиль может быть выбран таким, что при прохождении каждым поршнем верхней мертвой точки его угловая скорость шайбы уменьшается и поршень проходит ВМТ с малой скоростью. Далее цилиндрическая втулка 13 движется с большей скоростью, так что средняя угловая скорость втулки равна угловой скорости вала. Профиль кулачка может быть выбран таким, что оптимизируются условия тепловыделения при сгорании топлива при постоянном объеме.

Формула изобретения

Аксиально-поршневой двигатель, со- держащий корпус с неподвижным блоком

цилиндров, поршни, шатуны, коленчатый вал с наклонным кривошипом, качающуюся шайбу, установленную в корпусе при помощи карданного подвеса и кинематически связанную с шатунами и наклонным кривошипом, цилиндрическую втулку, размещенную с возможностью поворота относительно качающейся шайбы и наклонного кривошипа так, что ось отверстия цилиндрической втулки совпадает с осью наклонного кривошипа и пересекается с осью симметрии цилиндрической втулки и качающейся шайбы в центре карданного подвеса, причем цилиндрическая втулка соединена с приводным механизмом изменения угла наклона качающейся шайбы, а шатуны шарнирно связаны с поршнями и качающейся шайбой, отличающееся тем. чго, с целью повышения эффективности рабочего процесса, приводной механизм изменения угла наклона качающейся шайбы содержит первую ось с двумя коническими шестернями и торцевым кулачком, свободно установленным на первой оси между коническими шестернями и жестко связанным с валом, вторую ось с цилиндрической и третьей конической шестерней, зубчатую рейку с толкателем, конический зубчатый венец, установленный на цилиндрической втулка соосно с осью наклонного кривоши па, коренная шейка коленчатого вала выполнена полой, первая ось расположена внутри полой коренной шейки коленчатого вала, причем одна из конических шестерней первой оси входит в зацепление с коническим зубчатым венцом цилиндрической втулки, вторая коническая шестерня входит в зацепление с третьей конической шестерней, зубчатая рейка входит в зацепление с цилиндрической шестерней, толкатель зубчатой рейки установлен с возможностью взаимодействия с торцевым кулачком, а цилиндрическая втулка установлена с возможностью колебательного движения относительно оси наклонного кривошипа.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: аксиально-поршневой двигатель содержит корпус 2 с неподвижным блоком цилиндров, поршни 6 шатуны 7, коленчатый вал с наклонным кривошипом 5, качающуюся шайбу 9, установ