ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ КООРДИНИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОРШНЕЙ В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО ГОРЕНИЯ СО СВОБОДНЫМИ ВСТРЕЧНО-ДВИЖУЩИМИСЯ ПОРШНЯМИ Советский патент 1928 года по МПК F01B11/00 

Для точного координирования движения масс в моторах со свободными поршнями и встречно-движущимися массами обычно применяется соединение движущихся масс при посредстве шатунов, которые часто одновременно при этом служат и в качестве привода для приемника энергии, например, для воздушных компрессоров. Недостаток подобной системы заключается в том, что при передаче значительной работы при посредстве шатунов, происходят значительные потери на трение в шарнирах последних.

Предлагаемое изобретение имеет целью устранение этого недостатка тем, что все главнейшие движущиеся массы перемещаются однозначно с рабочими поршнями, будучи непосредственно связанными с ними, при чем эти массы соединены между собою для координированного движения связующими звеньями, двигающимися прямолинейно и параллельно этим массам. Благодаря этому, подвижные шарниры не подвергаются значительным усилиям, создается ход без значительного трения, поэтому должен повышаться механический коэффициент полезной отдачи.

Для облегчения устройства связывающего механизма, главнейшие части предлагаемого приспособления работают на растяжение с целью достижения небольших поперечных сечений и малого веса.

Для больших двигателей может быть применен гидравлический привод, дающий возможность пользоваться значительными свободными массами при помощи двух поршней, связанных с движущимися массами, и координированное движение которых происходит при посредстве вытесняемой ими жидкости.

Осуществлением идеи изобретения также может служить устройство, в котором каждая движущаяся масса снабжена зубчатой рейкой или группой их, а эти рейки связаны между собою кинематически одним или несколькими зубчатыми колесами. Эти части могут быть устроены особенно легкими, а поэтому чередующиеся ускорение и замедление движения этих частей должны поглощать лишь незначительные силы. Такого рода связь может дать возможность легкого ее приспособления к конструктивному виду двигателя со свободными, встречно-движущимися поршнями.

Если между обеими зубчатыми рейками поместить параллельно несколько зубчатых колес, то, несмотря на малую ширину зуба и, соответственно, малый вес зубчатых реек, передаваемое усилие будет действовать на достаточную поверхность зубьев, и износ будет оставаться незначительным. Равномерно распределение усилий на отдельные зубчатые колеса может быть обеспечено упругой установкой зубчатых колес на коромыслах. В двигателях со свободными встречно-движущимися поршнями, поршни свободных масс которых имеют особо большой диаметр, соединительные рейки могут быть укреплены на самих поршнях непосредственно. Механизм соединительной связи может быть снабжен предохранительными приспособлениями, уменьшающими мощность двигателя или останавливающими его, в случае чрезмерно большой нагрузки. Для этого какая-нибудь постоянная точка соединительного механизма может быть, по преодолению определенного сопротивления, сдвинута с места и своим смещением может приводить в действие регулирующие или останавливающие приборы.

На прилагаемом чертеже схематически показаны примеры осуществления изобретения, при чем фиг. 1 изображает двигатель со свободными, встречно-движущимися поршнями, в котором координирование движения масс осуществляется гибкой связью; фиг. 2 - подобный же двигатель, но с гидравлической координирующей связью; фиг. 3 - двигатель со связью из зубчатых реек; фиг. 4 и 5 - подобный же двигатель в разрезе и плане, с рядом лежащими рейками; фиг. 6 - двигатель с неравными свободными массами и связью зубчатыми рейками для разного хода масс; фиг. 7 - двигатель с несколькими зубчатыми колесами между каждой парой зубчатых реек; фиг. 8 - пара зубчатых колес с механизмом для выравнивания усилий; фиг. 9 - ряд из трех зубчатых колес с механизмом для выравнивания усилий; фиг. 10 - -двигатель со свободными встречно-движущимися поршнями с координирующей связью, осуществляемой зубчатыми рейками, в котором зубчатые рейки одной из сторон двигателя непосредственно связаны с поршнем продувающей помпы; фиг. 11 - предохранительное приспособление, защищающее соединительный механизм от перегрузки.

В двигателе по фиг. 1 в неподвижном рабочем цилиндре 1 движутся встречные рабочие поршни 2, 3, непосредственно связанные с поршнями 4, 5 компрессора, двигающимися в неподвижных компрессорных цилиндрах 6, 7. Для получения точно координированных движений обеих свободно-движущихся масс 2-4 и 3-5, служит двигающийся прямолинейно вместе со свободными массами соединительный механизм, части которого испытывают только растягивающие усилия. С этой целью элемент применяется бесконечно гибкий, огибающий ролики 32, 33, каждый прямолинейный отрезок которого 35, 36 соединен в точках 30, 31 с одной из свободно - движущихся масс. При этом могут быть гибкими только части натяжного элемента, огибающего ролики, другие же части могут быть и обыкновенными жесткими тягами. В способе осуществления изобретения по фиг. 2 со свободными массами 2-4 и 3-5 жестко соединены вспомогательные поршни 40, 41, расположенные в наполненном жидкостью сосуде 42 таким образом, чтобы при перемещении одной из свободных масс, другая свободная масса получала бы перемещение в противоположном направлении от вытесненной жидкости. В конструкции по фиг. 3 одна из свободных масс 2-4 несет на себе на коромысловидной крестовине 8 две зубчатые рейки 9, другая же свободная масса 3-5 несет на крестовине 10 две зубчатые рейки 11, при чем зубчатые рейки 9 и 11 взаимно связаны лежащими между ними на постоянных опорах зубчатыми колесами 12. Последние могут быть расположены также и сбоку цилиндра 1, или занимать какое-либо другое подходящее положение, таким образом, чтобы получалась компактная конструкция, Фиг. 4 и 5 изображают устройство двигателя со свободными, встречно-движущимися поршнями с односторонне расположенным координирующим механизмом и сильно уменьшенными движущимися массами, предназначаемое поэтому, главным образом, для быстроходных моторов относительно малой мощности. Чтобы иметь возможность расположить обе зубчатые рейки как можно ближе к цилиндру 1 и тем самым уменьшить изгибающий момент от их односторонне приложенных массовых сил, каждая из зубчатых реек 9 или 11 сцеплена с особой зубчаткой 13 пли 14, с одной и той же стороны, например, сверху, обе же зубчатки 13 и 14 также сцепляются между собою своими выступающими за пределы реек краями и этим обеспечивается встречность движения как зубчатых реек, так и, при их помощи, свободных масс 3-2. На фиг. 6 изображена конструкция, в которой противоположные массы 2, 3 должны производить неравную работу. Вследствие этого свободной массе 2 необходимо описывать значительно более длинный ход, чем свободной массе 3. Для ясности на чертеже движущиеся массы изображены сплошными линиями в наружном мертвом положении, а пунктиром показано положение днищ поршней у внутренней мертвой точки. Для того, чтобы, несмотря на различный ход, получить равные силы, свободные массы делаются разного веса, а именно, быстрее движущаяся масса 2 делается легче, медленнее движущейся массы 3. Для получения точной координации движения обеих масс, движущихся с различной скоростью, между зубчатыми рейками 9 и 11 расположены зубчатые колеса 15, 16 с двумя рядами зубьев таким образом, что зубчатая рейка 9 массы 2, описывающей большой ход, сцеплена с рядом зубьев большего диаметра 15, в то время как рейка 11 массы 3, совершающей меньший ход, сцеплена с рядом зубьев меньшего диаметра 16. Масса 2, обладающая большим ходом, может также одна совершать всю полезную работу, а масса 3, с меньшим ходом, производить только вспомогательную работу, например, подачу воздуха для продувки и т.п. По фиг. 7 между зубчатыми рейками 9 и 11 могут ставиться несколько зубчатых колес 17, 18, 19 параллельно, чтобы иметь возможность достаточно надежно передавать при помощи небольших и легких реек значительные усилия. Это свойство ценно в тех случаях, когда соединительный механизм служит не только для координирования движений, но и одновременно для передачи полезных усилий.

На фаг. 8 и 9 показано, как достигается постоянно равномерная нагрузка нескольких параллельно установленных зубчатых колес при помощи упругих опор для них и присоединения уравнительных приспособлений. Так, по фиг. 8 два колеса 17 и 18 соединены каждое шатунами 20 и 21 с укрепленным в постоянной опоре коромыслом 22, а по фиг. 9 три зубчатых колеса 17, 18 и 19, подвешенные на качающихся опорах 23, 24 и 25, связаны между собою шатунами 26, 27 и балансиром 28, что в обоих случаях должно дать равномерное распределение усилий между зубчатыми колесами. Фиг. 10 показывает двигатель со свободными встречно-движущимися поршнями, в котором одна из свободных масс, а именно, образованная поршнями 3 и 5, имеет также поршень 38 насоса для продувки, двигающийся в цилиндре 39. Связанные с этой свободной массой зубчатые штанги 11 непосредственно скреплены с поршнем 38, и, таким образом, отпадает необходимость в особой крестовине.

Координирующие приспособления указанного рода при обычных условиях разгружены от массовых сил и усилий работы, так что эти механизмы могут быть устроены сравнительно слабыми. Чтобы, по возможности, избежать поломок этих, сравнительно, слабых, механизмов, например, при заедании поршня или отказе от работы одного из приемников энергии, к координирующему механизму может быть присоединено приспособление, уменьшающее в таких случаях мощность двигателя или совсем его останавливающее. Пример такого устройства показывает фиг. 11. Элемент, заставляющий двигаться навстречу друг другу стержни координирующего механизма, например, обращающие ролики 32, 33 (фиг. 1) или сосуд 42 (фиг. 2) для гидравлической связи, или зубчатые колеса 12 или, в подлежащем случае, их коромысло 22 (фиг. 3), не закрепляются неподвижно, а соединяются в точке 50 с ползуном 51, который удерживается неподвижно в своем положении или противодавлением двух сильных пружин 52, 53, или присоединением к нему разрушающихся при определенной наибольшей нагрузке ломающихся или растягивающихся элементов. При возникновении особо больших односторонне действующих усилий, и при условии, что они преодолеют противодавление пружин, или превысят прочность разрушающихся элементов, этот ползун может передвинуться в ту или другую сторону. С ползуном 51 наглухо соединен кулачок 54, на который опирается ролик 55 клапанного рычага 56, связанного другим плечом со штоком клапана выпуска горючего 57 в трубопровод 58. При передвижении ползуна 51, а с ним и кулачка 54, ролик 55 опускается, чем открывается клапан 57 и горючее поступает не в двигатель, а в сливную трубку 59, отчего двигатель должен немедленно остановиться, так как он не имеет маховика.

1. Приспособление для координирования движения поршней в двигателях внутреннего горения со свободными встречно-движущимися поршнями, характеризующееся применением двух систем соединительных стержней, из которых каждая прочно связана с одним поршнем и двигается прямолинейно и параллельно последнему, а также наличием приспособления, заставляющего обе системы стержней двигаться навстречу одна к другой, как например, обращающие ролики 32, 33 (фиг. 1), жидкостная передача 40, 41, 42 (фиг. 2), зубчатые колеса 12-19 (фиг. 3 - 10).

2. Видоизменение приспособления, охарактеризованного в п. 1, отличающееся тем, что координирующий механизм осуществляется при помощи бесконечного гибкого элемента, ведомого по роликам и соединенного с каждой стороны роликов с одним из поршней (фиг. 1).

3. Видоизменение приспособления, охарактеризованного в п. 1, отличающееся применением зубчатых реек 9, 9 и 11, 11, соединенных крестовинами 8 и 10 с поршнями 2, 4 и 3, 5 и связанных между собою зубчатыми колесами 12 (фиг 3).

4. Видоизменение приспособления, охарактеризованного в п. 1, отличающееся тем, что зубчатые рейки 11, 11 соединены с поршнем 38 продувочной помпы 39 (фиг. 10).

5. Видоизменение приспособления, охарактеризованного в п. 1, отличающееся тем, что зубчатые рейки 9 и 11 связаны между собою при помощи сцепляющихся между собой зубчатых колес 13 и 14 (фиг. 4 и 5).

6. Видоизменение приспособления, охарактеризованного в п. 1, отличающееся тем, что зубчатые рейки 9, 9 слепляются с зубчатыми колесами 15, 15, большего диаметра, а зубчатые рейки 11, 11 с зубчатыми колесами 16, 16 меньшего диаметра (фиг. 6).

7. Видоизменение приспособления, охарактеризованного в п. 1, отличающееся применением нескольких зубчатых колес 17, 18, 19 с неподвижным осями (фиг. 7) или с подвижными осями, укрепленными на ползушках (фиг. 8), связанных коромыслом 22, или на качающихся опорах 23, 24, 25 (фиг. 9), соединенных балансиром 28.

8. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 приспособления, отличающееся применением вместо зубчатых колес - поршней 40 и 41, двигающихся в наполненных жидкостью и сообщающихся между собой цилиндрах (фиг .2).

9. Видоизменение охарактеризованного в п. 1 приспособления, отличающееся тем, что орган, координирующий встречное движение поршней и стержней, установлен на подвижной части 51, могущей передвигаться, преодолевая некоторое сопротивление, например, создаваемое пружинами 52 и 53, и соединенной с органом (кулачок 54), уменьшающим или закрывающим при его перемещении приток горючего (или зажигание) (фиг. 11).