Аксиально-поршневой двигатель

 

Изобретение м.б. использовано в двигателестроении, в компрессоро-и насосостроении. Двигатель содержит цилиндры 1, поршни 2, шатуны 8, качающуюся шайбу 14, коленчатый вал 2 с наклонным кривошипом, цилиндрическую втулку 10, подвижно наса

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

p!:-crlYE jlRK,г „4 @os F 01 B 3/00, F 02 B 76!26

ГОСУДЛРСТВЕННЬ!й КОМИТЕТ

ПО ИЗОЕ7РЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц Я (21) 4766211/06 (22) 07. 2.89 (46) 23.04.92. Бюл, М 15 (71) Ярославский политехнический институт (72) A,È,ßìàíèí (53) 621.43(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1643757, кл. F 02 В 75/26, 26.09.88.

» 5L3 „, 1728500 А1 (54) АКСИЯЛЬНО-ПОРШНЕЕОй ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение м.б. использовано в двигателестроении, в компрессоро-и насосостроении. Двигатель содержит цилиндры 1, поршни 2, шатуны 8, качающуюся шайбу 14, коленчатый вал 2 с наклонным кривашипом, цилиндрическую втулку 10, подвижно наса1728500 женную на кривошип вала, причем ось симметрии цилиндрической втулки 10 непараллельна оси кривошипа, механизм для дискретного изменения угла наклона качающейся шайбы, вторую цилиндрическую втулку 11, подвижно установленную на циИзобретение относится к двигателес1= роению, а именно к транспортным энергетическим установкам с поршневыми двигателями внутреннего сгорания, и может быть использовано также в компрессоро- и насосостроении и в двигателях Стрилинга.

Известны аксиально-поршневые двигатели (АПД), называемые также двигателями барабанного типа (ДБТ), одним из преимуществ которых является возможность изменения степени сжатия. Это приводит к снижению эксплуатационного расхода топлива на 20 при перемене степени сжатия в связи с изменением режимов работы данного двигателя и на 30-50ь при изменении степени сжатия внутри термодинамического цикла.

Недостатком данного способа изменения степени сжатия является сопутствую, щее изменение хода поршня, Во втором случае должен применяться механизм преобразования движения поршневой АПД во вращение вала, содержащий профильную кулачковую шайбу, которая конструктивно и технологически является сложной деталью, а ее долговечность трудно обеспечивается.

Наиболее близким к предлагаемому является двигатель, который содержит корпус с неподвижным блоком цилиндров, установленных параллельно коленчатому валу и вокруг него. коленчатый вал с наклонным кривошипом, качающуюся шайбу. Последняя посредством карданного подвеса подвижно сочленяется с неподвижным корпусом и через подвижную втулку также подвижно с кривошипам коленчатого вала.

Поршни подвижно сочленены с шатунами, которые кинематически связаны с качающимися рычагами, контактирующими с корпусом, причем точка контакта может перемещаться относительно корпуса. Качающаяся шайба кинематически связана с дополнительными шатунами посредством шаровых шарниров, связанных с качающимися рычагами, а последние — с шатунами поршней.

В соединении качающейся шайбы с кривошипом коленчато о вала установлена втулка, образующая которой непараллельна оси наклонного кривошипа. Оси симмет5

50 линдрической втулке 10, с осью симметрии, непараллельной осям первой втулки и кривошипа. Вторая цилиндрическая втулка 11 кинематически связана с механизмом для непрерывного изменения угла наклона качающейся шайбы 14. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. рии втулки и кривошипа пересекаются в одной точке. В этой же точке оси вращения коленчатого вала и карданного подвеса. При повороте втулки относительно оси наклонного кривошипа изменяется суммарный угол наклона качающейся шайбы относительно корпуса двигателя. В результате зтого изменяется величина хода поршня и степени сжатия двигателя. Для возможноJ сти независимого регулирования степени сжатия и хода поршня предусмотрено перемещение относительно корпуса двигателя точки контакта с ним (корпусом) рычагов, сочленяющихся и дополнительный шатуны.

Недостатком известного двигателя является возможность изменения хода поршня только при перемене скоростных и нагрузочных режимов его работы. Указанная конструкция не позволяет реализовать переменность степени сжатия в течение термодинамического цикла, что способствует дополнительной экономии топлива и улучшению экологических показателей энергетической установки с двигателем, Целью изобретения является повышение эффективности рабочего процесса.

Указанная цель достигается тем, что двигатель снабжен механизмом непрерывного изменения угла наклона качающейся шайбы, второй цилиндрической втулкой с наклонной боковой поверхностью, установленной на первой цилиндрической втулке с воэможностью их взаимного поворота, причем вторая цилиндрическая втулка кинематически связана с механизмом непрерывного изменения угла наклона качающейся шайбы, а оси симметрии первой и второй втулок пересекаются между собой на оси вращения коленчатого вала в центре карданного подвеса, При этом ос« первой и второй цилиндрической втулок непараллельны между собой и приводятся во вращение наэависимо одна от другой от механизмов для дискретного и для непрерывного вращений.

Предлагаемое устройство отличается наличием цилиндрической наклонной втулки, непрерывно приводимой в движение от механизма изменения угла наклона качаю1728500

20

30

40

55 щейся шайбы в пределах длительности термодинамического цикла.

Втулки сопряжены с шейкой коленчатого вала. Однако их включение в конструкцию в указанной взаимосвязи позволяет изменять угол наклона качающейся шайбы как при переходе с одного скоростного и нагрузочного режима работы двигателя на другой, так и в пределах длительности термодинамического цикла.

На чертеже показана конструкция аксиально-поршневого двигателя, в котором величины степени сжатия и хода поршня изменяются в течение термодинамического цикла и при перемене скоростного или нагрузочного режимов работы независимы друг от друга.

Устройство а ксиал ь но-порш не вого двигателя содержит цилиндры 1, расположенные параллельно оси вращения коленчатого вала 2 и вокруг него на неподвижном корпусе 3. Корпус 3 содержит также коренные опоры 4, подвижно сопрягаемые с коренными шейками 5 и 6 коленчатого вала. Шейки

5 и 6 выполнены полыми и содержат центральные сквозные отверстия, соосные оси вращения, Внутренняя поверхность этих отверстий может иметь покрытие из подшипникового материала. В цилиндрах 1 содержатся поршни 7, шарнирно сочлененные с шатунами 8. Последние снабжены узлами 9 для шарнирного соеди ения с поршнями и качающейся шайбой. В частности, такие узлы 9 могут быть выполнены в виде сферических шарниров, На наклонном кривошипе 2 коленчатого вала подвижно установлены две цилиндрические втулки 10 и 11. Втулка 10 может по. ворачиваться вокруг оси наклонной кривошипной шейки, а втулка 11 — вокруг втулки 10. Обе цилиндрические втулки выполнены в виде цилиндрических деталей со сквозными отверстиями, посредством которых данная втулка контактирует либо с наружной поверхностью кривошипа, либо с внутренней поверхностью втулки 11 без зазоров. В составе движения образующая наружной поверхности второй цилиндрической втулки 11 непараллельна оси цилиндрической втулки 10 и оси кривошипа, а ось цилиндрической втулки 10 непараллельна оси кривошипа. Оси обеих втулок и ось кривошипа пересекаются в одной точке, через которую проходят ось вращения коленчатого вала и оси цапф карданного подвеса.

Каждая втулка имеет жестко связанный с ней зубчатый венец с коническими зубьями: на цилиндрической втулке 10 установлен венец 12, а на второй цилиндрической втулке

I 1 — венец 13.

С корпусом 3 двигателя, шатунами 8 и наружной поверхностью второй цилиндрической втулки 11 подвижно связана качающаяся шайба 14. Ее сочленение с второй цилиндоической втулкой 11 соответствует типу цилиндрический шарнир, с шатунами 8

on редсляется типом узлов 9 (на и ример, и ри выполнении последних в виде сферических шарниров осуществляется в виде сферических подпятников), а соединение с корпусом реализуется посредством сферического приводного механизма, который определяет особенности дви кения качающейся шайбы, В частности, такой механизм может быть реализован в виде карданного подвеса, состоящего из двух пар цапф 15 и 16, причем каждая пара цапф имеет общую продольную ось, эти оси перпендикулярны, à обе пары лежат в одной плоскости, и крестовины 17, выполненной в виде кольца, Посредством цапф 15 качающаяся шайба 14 сочленена с крестовиной 17, а при помощи цапф 16 крестовина 17 вместе с качающейся шайбой 14 подвижно присоединена к корпусу 3 двигателя.

Двигатель содержит дополнительно механизм для дискретного изменения угла наклона шайбы при переходе двигателя с одного режима работы на другой, а также механизм для непрерывного изменения угла наклона шайбы по углу поворота коленчатого вала в пределах продолжительности термодинамического цикла.

Механизм для непрерывного изменения угла наклона шайбы в пределахтермодинамического цикла содержит ось 18, подвижно установленную в полости коренной шейки 6 коленчатого вала и имеющую возможность совершать вращение относительно шейки

6. В частности ось 18 может опираться на внутреннюю поверхность коренной шейки 6 как на подшипник. Ось 18 на обоих концах содержит жестко скрепленные с ней конические зубчатые колеса 19 и 20, Зубчатое колесо 19 сцеплено с коническим зубчатым венцом 13 второй цилиндрической втулки

11, а колесо 20 находится в зацеплении с шестерней 21, насаженной на один конец промежуточного валика 22, на противоположном конце которого неподвижно по отношению к нему установлена другая шестерня 23, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом 24 на торце полой коренной шейки 6 коленчатого вала. Промежуточный валик 22 подвижно установлен в корпусе двигателя 3.

Механизм для дискретного изменения угла наклона качающейся шайбы при перемене режимов работы двигателя содержит ось 25, проходящую в полости коренной

1728500 шейки 5 коленчатого вала соосно последне- коленчатого вала. Тем самым определяется му и может опираться на внутреннюю по- среднеезначениестепенисжатия,величина в е р х и о с т ь к о р е и н о и ш е и к и 5 к а к н а которого определяет эксплуатационный реподшипник. (а обоих концах оси 25 непод- жим топлива. Вместе с вращением коленчавижно по отношению к ней установлены 5 того вала в связи с зацеплением колес 37 и коническиеэубчатыеколеса26и27. Колесо 35 приводится во вращение шестерня 33.

26 сцеплено с зубчатым венцом 12 цилинд- При постоянности режима работы двигатерической втулки 10, а колесо 27 находится в ля водило 38 неподвижно, тогда при вращеэацеплении с шестернями 30, жестко наса- нии колес 32 и 30 на осях 31 во вращение женными на промежуточные валики 31. По- 10 приводится колесо 27 на оси 25. Колесо 26 следние с противоположной стороны имеют на противоположном конце оси 25, б чи же тк н с ко асаженные шестерни 32, которые сцепленным с зубчатым венцом 12, приво Ю сцеплены с коническим венцом зубчатого дит во вращение цилиндрическую втулку 10 колеса 33. Последнее содержит цилиндри- относительно неподвижного корпуса так, ческий венец с внутренней нарезкой зубьев, 15 что ее положение относительно оси наклона обод колеса 33 подвижно контактирует с ного кривошипа остается неизменным. неподвижным корпусом двигателя, причем Одновременно при зафиксированном в этом контакте установлены подшипнико- значении средней степени сжатия на данвые элементы 34. ном постоянном режиме работы дви ателя

Внутренняя зубчатая нарезка колеса 33 20 изменяется текущее значение степени сжасцеплена с промежуточными шестернями тия в пределахдлительноститермодинами35, подвижно насаженными на оси 36, кото- ческого цикла. При этом от шестерни 24 на рые жестко закреплены в неподвижном кор- торце коленчатого вала приводится колесо пусе двигателя. Промежуточные шестерни 23 с промежуточным валиком 22 и шестер35 сцеплены с зубчатым колесом 37, жестко 25 ней 21. Благодаря зацеплению последней с установленным на торце коренной шейки-5 колесом 20 на оси 18 приводится во вращеколенчатого вала. Промежуточные валики ние шестерня 19, а от нее через зубчатый

31 подвижно установлены в рычагах водила венец 13 — вторая цилиндрическая втулка

38 соосного коленчатому валу, имеющему 11. Последняя и на установившемся режиме на своей оси зубчатое колесо 39, связанное 30 работы двигателя совершает вращение отчерез шестерню 40 и валик управления 41 с носительно кривошипа. При этом в предеорганом 28 управления. Крутящий момент лах цикла меняется угол наклона шайбы к передается потребителю фланцем 29.. оси вращения вала и, следовательно, текуДвигатель работает следующим обра- щее значение степени сжатия. зом. 35 Передаточные отношения всех зубчаПри расширении в цилиндрах 1 продук- тых зацеплений выбраны таким образом, тов сгорания топлива поршни 7 движутся в что на установившемся режиме работы углосторону нижних мертвых точек и через ша- вая скорость цилиндрической втулки 10 равтуны 8 передают усилия на качающуюся на угловой скорости коленчатого вала, а шайб 14,П у .Последняясуммируетусилиявсех 40 угловая скорость второй цилиндрической поршней и преобразует их движение во spa- втул ки 11 относительно кривошипа в четыщение коленчатого вала 2, совершая при рехтактном двигателе в 2 раза меньше, а в этомсферическоедвижение.Последнеепри двухтактном двигателе равна угловой скосочленении шайбы с корпусом двигателя рости коленчатого вала. карданным подвесом складывается из двух 45 вращении вокруг пересекающихся осей. В При перемене скоростного или нагруотносительном движении шайба 14 враща- зочного режима работы двигателя изменяется вокруг оси цапф 15 относительно кре- ется среднее значение степени сжатия. При стовины 17, а в переносном движении этом растормаживается валик 41 управлешайба 14 вместе с крестовиной 1? вращает- 50 ния с колесом 40 и сообщается некоторая ся относительно корпуса 3 двигателя вокруг угловая скорость водилу 38. Благодаря этооси цапф 16. При,".ферическом движении му нарушается равенство угловых скорокачающейся шайбы ее элемент., соединяе- стей коленчатого вала и цилиндрической мый с второй цилиндрической втулкой 11. втулки 10 относительно корпуса двигателя. совершает движение по окружности и через 55 При этом цилиндрическая втулка 10 изменяцилиндрические втулки 10 и 11 приводит во ет свое положение относительно кривошивращение вал. па, что соответствует изменению среднего

При постоянногл режиме работы двига- значения угла наклона шайбы к оси вращетеля втулка 10 сохраняет неизменное поло- ния вала. Работа второй цилиндрической жение по отношению к кривошипу 2 втулки 11 при этом не изменяется.

1728500

35

45

Составитель А.Ямания

Техред М,Моргентал

Корректор А.Осауленко

Редактор А.Мотыль

Заказ 1391 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государсггенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Применение предлагаемого двигателя позволит расширить сортамент использованных топлив, повысить эффективность их использования в условиях относительно несложной конструкции, улучшить тяговые 5 свойства энергетической установки с аксиально-поршневым двигателем.

Формула изобретения

1. Аксиально-поршневой двигатель, содержащий корпус с неподвижным блоком 10 цилиндров, поршнями, шатунами, коленчатый вал с наклонным кривошипом, качающуюся шайбу, установленную в корпусе при помощи карданного подвеса и кинематически связанную с шатунами и наклонным 15 кривошипам, цилиндрическую втулку, размещенную соосно с качающейся шайбой с возможностью их взаимного поворота относительно общей оси и подвижно установленную на наклонном кривошипе так, что 20 ось отверстия цилиндрической втулки совпадает с осью наклонного кривошипа и пересекается с осью симметрии цилиндрической втулки и качающейся шайбы в центре карданного подвеса, причем цилин- 25 дрическая втулка соединена с механизмом дискретного изменения угла наклона качающейся шайбы, а шатуны шарнирно связаны с поршнями и качающейся шайбой, о тлича ю щийся тем,что,сцельюповышения эффективности рабочего процесса, двигатель снабжен механизмом непрерывного изменения угла наклона качающейся шайбы, второй цилиндрической втулкой, установленной на первой цилиндрической втулке с возможностью их взаимного поворота, причем вторая цилиндрическая втулка кинематически связана с механизмом непрерывного изменения угла наклона качающейся шайбы, а оси симметрии первой и второй цилиндрических втулок пересекаются между собой в центре карданного подвеса, 2. Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что коренная шейка коленчатого вала выполнена полой, а механизм непрерывного изменения угла наклона качающейся шайбы снабжен центральным валом, установленным внутри полой коренной шейки коленчатого sana, причем один конец централ ьнога вала кинематически соединен с второй цилиндрической втулкой, а другой конец центрального вала кинематически связан с коленчатым валом.