Объемная машина Советский патент 1992 года по МПК F02B55/00 

Изобретение относится к двигателест- роению. Известна объемная машина -двигатель внутреннего сгорания (ДВС), содержащий неподвижный корпус, шарнирный четырехзвенник (в котором организуется рабочий процесс), закрепленный одним концом в корпусе и другим, расположенном по одной диагонали четырехзвенника, соединен с кривошипно-шатунным приводом вала и имеющим системы газообмена и зажигания (патент Франции Ns 2483518, кл. F 02 В 75/36). Этот ДВС не имеет преимуществ по сравнению с общеизвестным ДВС.

Прототипом предлагаемой объемной машины является ДВС (патент Франции № 1379609, кл. F 02 В), состоящий из корпуса, трех четырехзвенников, у которых по одному шарниру соединены с корпусом на равном расстоянии друг от друга, другие шарниры, расположенные на одной диагонали, - с валом (в одной точке, смещенной от оси вала). В этих четырехзвенниках поочередно организуется рабочий процесс, У этого ДВС следующие недостатки: привод вала кривошипный, следовательно, имеются неравномерность вращения, переменный прикладываемый момент из-за кинематических особенностей привода и др.; режим работы четырехзвенника нерациональный: неполностью сжат, раскрыт (форма квадрата), неполностью сжат, сжат и опять неполностью сжат, т.е. неиспользуемая работа сжатия, рабочий ход начинается в неполностью сжатом четырехзвеннике, причем в этом состоянии четырехзвенника происходит значительное снижение степени сжатия по отношению к сжатому состоянию, такая работа четырехзвенника приводит к дополнительному износу шарниров; газообмен в этом ДВС организован так,

Х| ON XI Ю О СлЭ

что каждый второй оборот вала происходит только под действием сил инерции.

С целью повышения равномерности работы и удельных параметров предложена объемная машина (ДВС), имеющая корпус, Б котором на валу установлено водило, соединенное обгонной муфтой с выходным ва- лом. Водило имеет возможность поворачиваться на угол 90- а° как по часовой стрелке, так и против. Каждый конец водила шарнирно соединен с двумя малыми пластинами, равными мбжду собой, другие которых шарнирно соединены с равновеликими большими пластинами. Другие концы больших пластин шарнирно соединены с, корпусом так, что образуются чэтырз четырехзвенн /ка у каждого из которых противолежащие стороны равны и каждая половина водила, относительно выходного вала, является одной из сторон смежных четырех- звенников. Водило жестко связано с шестерней, подвижно соединенной с валом и находящейся в зацеплении с шестерней, соединенной другой обгонной муфтой с валиком, соединенным шестеренной передачей с выходны;. : валом. В каждом четырехзвен- нике создается рабпчий процесс, вызывающий повороты водила, передаваемые им или непосредственно обгонной муфтой на выходной вал или шестеренной передачей и другой обгонной муфтой на выходной вал.

Эта объемная машина отличается от прототипа ем, что е ней полости переменного объема расположены в корпусе попзр- но и симметрично относительно оси выходного згла, кинематическая связь пластин, образующих полости переменного объема, с выходным валом выполнена в виде передачи с о б тонны. и муфтами, блоком паразитных шестерен и промежуточным валом, а пластины, образующие полости пере- менного объема, выполнены с различной длиной - длинными и короткими, причем общая для каждой пар ы полостей длинная пластина жестко связана с наружной обоймой обгонной муфть: выходного вала и образует водило, одна из коротких пластин в каждой из полостей жестко связана с корпусом, а наружная обойма обгонной муфты выходного вала снабжена зубчатым венцом, связанным с блоком паразитных шестерен.

На фиг.1 приведена схема предлагаемой объемной машины; на фиг.2 - развернутая кинематическая схема передаточного механизме от водила к выходному валу; ча фиг.З - уплотнения сопряжений пластин между собой и стенками корпуса: на фиг.4 -сечение А-А на фиг.З; на фиг.5 - уплотнение камеры по всему периметру; на фиг.6- сечение Б-Б на фиг.5; на фиг.7 - механизм привода клапанов.

Объемная машина, преимущественно

двигатель, содержит неподвижный корпус 1, водило 2, четыре коротких пластины 3 (другие четыре коротких пластины жестко закреплены в корпусе), четыре длинных пластины 4, валик 5, обгонную муфту 6, обгонную муфту 7 выходного вала, ось 8, блок 9 паразитных шестерен, шестерню 10, шестерню, жестко связанную с валиком 5, шестерню 11, закрепленную на выходном валу 12, шестерню 13 жестко связанную с водилом 2, крышку корпуса 14, впускные клапаны 15, выпускные клапаны 16, свечи 17 зажигания, Впускной 15, выпускной 16 клапаны и сзеча 17 зажигания расположены в четырех равнорасположенных через 90° радиальных сечениях. Объемная машина содержит также уплотнение 18 по ппоскости, пластинчатые пружины 19, уплотнение 20 шарнирного соединения, механизм привода клапанов, состоящий из зубчатой рейки

21, пружин 22, сдвоенного зубчатого колеса 23, пружины 24 зубчатой рейки, сдвоенного колеса 25, конической шестерни 27, водила 26, распредвалов 28 и 29, управляющих кла- панами 15 и 16, и восьми рычагов 30, связывающих кулачки распредвалов с клапанами.

Исходное положение четырехзвенников таково: одна пара накрестлежащих - в

виде прямоугольников, другая пара - в виде

параллелограммов с острым углом при вершине о., Уменьшение угла о. невозможно из-за упора смежных пластин одн,з в другую. В каждом из четы рехз вен ни ков поочередно проходят четыре такта цикла. Принцип действия ДВС следующий,

От воздействия давления воспламенения рабочей смеси в одном из четырехзвен- ников в виде параллелограмма водило поворачивается на угол 90°- а. Движение водила передается выходному валу обгонной муфтой 7 или 6. Четырехзвенники изменяют свою форму, прямоугольные становятся в виде параллелограмма, и наоборот. В одном из четырехзвенников в виде параллелограмма происходит рабочий ход и

водило поворачивается в противоположную сторону. Водило 2, жестко соединенное с шестерней 13 и наружной втулкой обгонной муфты 7 выходного вала, роликами передает вращение внутренней втулке муфты, жестко

соединенной с выходным валом при движении по часовой стрелке, при возвратном движении водипа 2 обгонная муфта 7 разъединяется (выходной вал может продолжать вращение). Шестерня 13 вращает шестерню

10, жестко связанную с наружной втулкой обгонной муфты 6, которая включается при повороте водила 2 против часовой стрелки. Шестерня 11, закрепленная на валике 5, вращается в том же направлении, что и выходной вал, поэтому шестерня 11 и закрепленная на выходном валу шестерня 12 соединена через блок 9 сдвоенных паразитных шестерен, вращающихся на оси 8. Общее передаточное отношение от шестерни 13 к шестерне 12 равно единице.

Если обозначим четырехзвенники по порядку: по часовой стрелке, начиная с нижнего (фиг.1) в виде параллелограмма № ), №2, N°3 и Ns4 (в виде прямоугольника), то последовательность тактов четырехтактных циклов пс камерам следующая: в №1 - рабочий ход, выпуск, всасывание сжатие и повторение тактов; в №2 - ssinycK, всасывание, сжатие, рабочий ход и повторение; в №3 - всасывание, сжатие, рабочий ход, выпуск и повторение; в №4 - сжатие, рабочий ход выпуск, всасывание и повторение. Следовательно, выходной вал находится постоянно под действием усилия от рабочего хода, последовательно происходящего в камерах №1, №4, №3 и №2.

Механизм припода клапанов может быть выполнен в виде, пс мазанном на фиг 7, где зубчатая рейка 21 под действием пружин 22 и сдвоенного зубчатого колеса 23 имеет возможность перемещаться вдоль водила 26, соединенного с водилом 2, на величину радиуса колеса 23 в обе стороны от равновесного положения. Рейка 21 под действием пружины 24 повернута на некоторый угол относительно оси водила по часовой стрелке. При качании водила рейка вращает колесо 23 в одну сторону (против часовой стрелки). При крайних положениях водила рейка зубчатым торцем (из-за пружина 24) продолжает вращать колесо 23 и занимает указанное на фиг 7 положение Сдвоенное колесо 25 приводит конической шестерней 27 во вращение распредвалы 28 и 29, связанные коническими шестернями, и рычагами 30 распредвалы управляют клапанами 15 и 16. За два качания водила распредвалы делают один оборот. Привод системы зажигания осуществляется от шестерни 25 и не отличается от реальных приводов. Предусмотрена система охлаждения по каналам, имеющимся в пластинах и во- диле. Охлаждающая жидкость по водилу протекает от вала к концам водила. Длина длинной пластины равна длине одной или двух длинам короткой. Соотношение длин

пластин, образующих камеру, определяется следующим: у прямоугольной камеры равной по объему квадратной камере длина периметра больше (при равной высоте камер),

больше и выполняемая прямоугольной камерой работа. Выбор длин пластин в пределах отношений от 1:1 до 2:1 обосновывается тем, что для камер сгорания равного обьема мощность является функцией длины пластин, масса же ДВС зависит от длины 2-х смежных пластин. Характеристикой удельной мощности допустимо принять отношение показателей длины длинной пластины к показателю массы, который берется как отношение квадратов длин 2-х смежных пластин различного размера и одинакового размера (т.к. площадь и масса являются функциями от квадрата радиуса). Для соотношений длины пластин камеры равном 1,2;

1,5; 1 Б; 2,0; 3,0 расчетом получены соответственно следующие характеристики удельной мощности: 1,06; 1,117; 1,227; 1,1; 0,97. Как видно из зтого ряда наилучшие показатели будут при соотношении длин пластин

равно;. ; 1,8, т.е. при длине большей пластины равной 1,8 длины меньшей.

Формула изобретения Объемная машина, преимущественно

двигатель, содержащая неподвижный корпус, подвижно установленные в нем, шар- кирно соединенные между собой EI форме четырохзвенника пластины, образующие полости переменного объема и кинематически связанные с выходным валом, и систему подачи и отвода рабочего тела, отличающаяся тем, что, с целью повышения равномерности работы и удельных параметров, полости переменного объема расположены

в корпусе попарно и симметрично относительно оси выходного вала, кинематическая связь пластин, образующих полости переменного объема, с выходным валом выполнена в виде передачи с обгонными муфтами,

блоком паразитных шестерен и промежуточным валом, а пластины, образующие полости переменного объема, выполнены различной длины - длинными и короткими, причем общая для каждой пары полостей

длинная пластина жестко связана с наружной обоймой обгонной муфты выходного вала и образует водило, одна из коротких пластин в каждой паре полостей жестко связана с корпусом, а наружная обойма обгонной муфты выходного вала снабжена зубчатым венцом, связанным с блоком паразитных шестерен.

1

§

s

F

bt i i

i-,

I fi, I

fe

/

4

,

-Q s

-

-J

O)

-j

Ю

о

4,3

N Ч

iC,

IM

CDU2.5

.JJ-J

фцг-Lt

Сущность изобретения: в неподвижном корпусе машины установлены шарнирно соединенные между собой в форме четырех- звенника пластины, образующие полости переменного объема и кинематически связанные с выходным валом. Полости расположены в корпусе попарно и симметрично относительно оси выходного вала, а кинематическая связь пластин с выходным валом выполнена в виде передачи с обгонными муфтами, блоком паразитных шестерен и промежуточным валом. Пластины выполнены с различной длиной - длинными и короткими, а общая для каждой пары смежных полостей длинная пластина жестко связана с наружной обоймой обгонной муфты выходного вала и образует водило, одна из коротких пластин в каждой паре полостей жестко связана с корпусом, а наружная обойма обгонной муфты выходного вала снабжена зубчатым венцом, связанным с блоком паразитных шестерен. При протекании термодинамических процессов в полостях переменного объема происходит поворот водила в ту или другую сторону, передаваемый им или обгонной муфтой на выходной вал. 7 ил. Ё

6 22 21 23 2 f 23

JL 2J1 UЈ

Фиг. 6