поршневой двигатель

Формула изобретения

1. Поршневой двигатель, содержащий корпус круглой цилиндрической формы, вал, полости цилиндрической формы, в которых размещены поршни с шатунами, подвижную шайбу, опертую на косую шайбу и соединенную с шатунами, и механизм газораспределения, включающий впускное и выпускное окна, отличающийся тем, что упомянутые полости образованы корпусом и валом, при этом образовано три полости некруглой формы, подвижная шайба шарнирно связана с валом при помощи шаровых или цилиндрических сегментов, косая шайба соединена с корпусом через упорный и опорный подшипники и с валом посредством введенной планетарной передачи с передаточным отношением, равным трем, солнечная шестерня которой выполнена на косой шайбе, а водило соединено с валом.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что окна механизма газораспределения выполнены в стенке корпуса и расположены вблизи верхней мертвой точки.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что одна из опор вала выполнена в косой шайбе в виде, например, подшипника скольжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС).

Известен поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий вал с корпусом и несколько цилиндров. Внутри корпуса расположена рамная конструкция ("паук"), установленная с возможностью вращения вокруг вала. Поршни шарнирно соединены с помощью шатунов с "пауком".

"Паук" совершает вращательное движение (своей нижней частью) вокруг вала, в то время как поршни совершают возвратнопоступательное движение в цилиндрах, оси которых расположены на воображаемой конической поверхности, вершина которой совмещена с осью вала.

Недостатками указанной конструкции являются:

1) сложность конструкции из-за наличия шаровой опоры "паука";

2) увеличенные габариты из-за наличия узлов крепления "паука", вследствие чего цилиндры разнесены в стороны, а также наличия механизма преобразования движения поршней во вращательное движение вала;

3) на дискообразный элемент "паука", к которому крепятся шатуны, действуют значительные по величине горизонтальные составляющие от усилия поршней, что требует увеличения габаритов средств крепления, а следовательно, и всего механизма в целом.

Известен поршневой ДВС, содержащий цилиндры, расположенные вокруг и параллельно оси вала, поршни с шатунами, косую и качающуюся шайбы, установленные на валу и связанные между собой при помощи механизма преобразования, снабженного направляющей в корпусе. Качающаяся шайба установлена шарнирно относительно вала и косой шайбы и соединена с шатунами при помощи шаровых опор, а косая шайба жестко связана с валом.

Недостатками двигателя являются:

1) увеличенные габариты из-за наличия между цилиндрами опор вспомогательного вала;

2) вследствие передачи поперечной составляющей рабочего усилия поршня по линейному контакту между шариком и направляющей корпуса происходит большой износ узла шарикового соединения качающейся шайбы и корпуса, что приводит к уменьшению ресурса двигателя.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: уменьшение габаритов и увеличение ресурса двигателя.

Указанная задача достигается тем, что в известном поршневом двигателе, содержащем корпус круглой цилиндрической формы, вал, полости цилиндрической формы, в которых размещены поршни с шатунами, подвижную шайбу, опертую на косую шайбу и соединенную с шатунами, и механизм газораспределения, включающий впускное и выпускное окна, упомянутые полости образованы корпусом и валом, при этом образовано три полости некруглой формы, подвижная шайба шарнирно связана с валом при помощи шаровых или цилиндрических сегментов, косая шайба соединена с корпусом через упорный и опорный подшипники и с валом посредством введенной планетарной передачи с передаточным отношением равным трем, солнечная шестерня которой выполнена на косой шайбе, а водило соединено с валом.

Окна механизма газораспределения выполнены в стенке корпуса и расположены вблизи верхней мертвой точки (ВМТ).

Одна из опор вала выполнена в косой шайбе в виде, например, подшипника скольжения.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - общий вид предлагаемого двигателя, на фиг. 2 сечение А-А фиг. 1, на фиг. 3 - сечение В-В фиг. 1 (корпус не показан), на фиг. 4 сечение Г-Г фиг. 1, на фиг. 5 схема газораспределения (конец процесса сжатия полости 10), на фиг. 6 сечение Д-Д фиг. 5, на фиг. 7 схема газораспределения (конец процесса расширения полости 10), на фиг. 8 сечение Е-Е фиг. 7, на фиг. 9 схема газораспределения (конец процесса выпуска полости 10), на фиг. 10 сечение Ж-Ж фиг. 9, на фиг. 11- схема газораспределения (конец процесса впуска полости 10), на фиг. 12 сечение И-И фиг. 11.

Двигатель содержит корпус, состоящий из двух частей 1 и 2 (фиг. 1), к которому присоединены головка 3 и крышка 4. Внутренняя поверхность корпуса 1 имеет круглую цилиндрическую форму. Внутри корпуса размещен вал 5, опирающийся на подшипники 6 и 7.

Вал, выполненный на участке 8 с тремя радиусными проточками 9 (фиг. 2), образует с корпусом три полости 10,11,12, в которых размещены поршни 13 с шатунами 14. Шатуны 14 при помощи шаровых опор 15 соединены с подвижной шайбой 16, опирающейся на косую шайбу 17. Косая шайба 17 взаимодействует с корпусом через упорный 18 и опорный 19 подшипники. В ней выполнен также опорный подшипник 7 вала 5. Для предотвращения осевого смещения вала к нему крепится кольцо 20.

На участке 21 выполнены две параллельные плоскости, на которые опираются вкладыши 22 (фиг. 3), зафиксированные в подвижной шайбе 16. Вкладыши имеют форму цилиндрических сегментов.

На торце вала 5 со стороны головки 3 выполнены уплотнительные элементы 23 (фиг. 2), которые замкнуты на уплотнительные элементы 24, идущие вдоль вала.

В стенке корпуса 1 выполнены выпускное 25 и впускное 26 окна, к которым присоединены соответственно выпускной 27 и впускной 28 патрубки. Окна могут располагаться также в головке 3.

В корпусе 2 размещается планетарная передача (фиг. 4) с передаточным отношением, равным трем, состоящая из солнечной шестерни 29, выполненной заодно с косой шайбой 17, сателлитов 30, связанных через оси 31 с водилом 32, и неподвижной шестерни 33. Водило 32 соединено с валом 5.

Двигатель работает следующим образом. При прокручивании вала 5 (от внешнего источника) он заставляет поршни 13 с шатунами 14 совершать вращательное движение. При этом, взаимодействуя с подвижной шайбой 16 через вкладыши 22, вал заставляет ее вращаться по наклоннной поверхности косой шайбы 17. Вращаясь в наклонном положении, шайба 16 через шаровые опоры 15 придает поршням через шатуны 14 возвратно-поступательное движение вдоль оси двигателя.

Одновременно вал при помощи водила 32, сателлитов 50 и солнечной шестерни 29 планетарной передачи вращает косую шайбу 17 с угловой скоростью, в три раза превышающей угловую скорость вала 5. Направления вращения вала 5 и косой шайбы 17 совпадают.

В результате сложения вращательного движения вала 5, подвижной шайбы 16 и косой шайбы 17 происходит продольно-вращательное движение поршней относительно корпуса, которое позволяет осуществить четырехтактный цикл ДВС.

Рассмотрим рабочий процесс двигателя на примере одной полости, например полости 10 (фиг. 2).

На фиг. 5,6 показан конец процесса сжатия рабочей смеси в полости 10.

Для наглядности верхняя точка косой шайбы 17, соответствующая положению поршня в ВМТ, обозначена буквой К. Угловые скорости вращения косой шайбы и вала обозначены через и соответственно.

После процесса расширения (конец рабочего хода) полость 10 повернется на 90^o (фиг. 7,8). Одновременно косая шайба повернется на 270^o, переведя поршень в НМТ. Приоткрывается выпускное окно 25.

После поворота вала еще на 90^o (фиг.9,10) завершается процесс выпуска; поршень оказывается в ВМТ, поскольку косая шайба повернулась на 270^o. Выпускное окно 25 закрывается, приоткрывается впускное окно 26.

На фиг. 11,12 показан конец процесса впуска. Поршень находится в НМТ, впускное окно 26 закрывается. Далее процесс повторяется.

Аналогичный рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается в полостях 11,12 через 120^o и 240^o соответственно.

Передача рабочего усилия от поршней к валу происходит через шарнирные соединения звеньев (шатун, подвижная шайба, вкладыш), имеющие вполне определенную контактную поверхность. Наличие таких контактных поверхностей ведет к их меньшему износу по сравнению с прототипом, а следовательно, и к большему ресурсу двигателя.

Таким образом, расположение в одном цилиндрическом корпусе трех образованных корпусом и валом полостей некруглой формы с поршнями, механизма преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение вала и планетарного редуктора с передаточным отношением равным трем позволяет улучшить массогабаритные характеристики двигателя по сравнению с известными и увеличить его ресурс. 2 4 6 8