Бескривошипный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в качестве источника механической энергии. Техническим результатом является повышение надежности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр, гильзу, поршень, ступенчатый выходной вал, одна из ступеней которого соединена с поршнем посредством оси. На выходной вал опирается одним из своих концов пружина. Согласно изобретению ступень выходного вала, соединенная с поршнем, выполнена в виде стакана, стенки которого охватывают поршень. В стенках стакана выполнен сквозной радиальный канал, сообщающийся с впускной полостью двигателя. Торец стакана выполнен в виде криволинейной поверхности. При этом на противоположных концах оси, соединяющей поршень с валом, установлены по два подшипника качения. Внутренние по отношению к поршню подшипники опираются на криволинейную поверхность торца выходного вала, а наружные подшипники расположены в прямолинейных направляющих канавках, выполненных в цилиндрической вставке корпуса двигателя. Второй конец пружины закреплен на вышеуказанной оси. 4 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве источника механической энергии в машинах и механизмах наземного, водного и воздушного транспорта, а также в мобильных и стационарных энергетических установках различного назначения.

Известны следующие конструкции бесшатунных двигателей внутреннего сгорания.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (варианты) согласно патенту РФ №2196237 С1 МПК 6 F 02 В 75/32 12.10.2001 г. содержит поршни, цилиндр с пазами на его цилиндрической поверхности, передаточным механизмом с роликами, камеру сгорания, форсунку, механизм газораспределения и выходной вал. Согласно изобретению каждый поршень снабжен подвижным соединением, включающим вал с площадками, ходовые ролики, опирающиеся с двух сторон на указанные площадки и установленные на траверсе, на противоположных концах которой расположены ролики преобразующего механизма. При этом конфигурация п продольного профиля паза цилиндра представляет собой замкнутую, многопериодную несимметричную в направлении перпендикулярном к развертке с несколькими экстремумами объемную канавку.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с вращающимися поршнями согласно патенту РФ 2057948 МПК 6 F 01 В 9/06, 1983 г. содержит корпус, гильзу цилиндра с криволинейным замкнутым пазом, выполненным в ее нижней (по отношению к камере сжатия и сгорания) части, поршни, механизмы преобразования, которые представляют собой ролики, установленные на пальцах, находящихся в поршнях, и штоки, закрепленные на поршнях и связанные с шестернями выходного вала посредством роликов, находящихся в прямолинейных пазах ступиц шестерен.

Основными недостатками двигателя являются следующие:

- повышенное содержание вредных веществ в выпускных газах двигателя и, как следствие, относительно высокая токсичность отработавших газов, а также значительный уровень шума, излучаемого двигателем в окружающую среду, обуславливаемыми недостаточной степенью расширения рабочего тела;

- относительно высокие температуры выпускных газов, что ведет к перегреву деталей такого ДВС.

Наиболее близкой к предлагаемому двигателю является конструкция бескривошипного двигателя внутреннего сгорания, согласно патенту РФ №2156871, бюл. №27 от 27.09.2000 г., который содержит цилиндр, гильзу и поршень, связанный с цилиндром при помощи тел вращения, входящих в сочетание с криволинейным бесконечным пазом, выполненным на наружной поверхности поршня. На выходном валу установлена пружина, имеющая предварительное сжатие. Один конец пружины опирается на буртик выходного вала, а другой на нижний торец юбки поршня.

Такая конструкция способствует частичной разгрузке стенок канавки от чрезмерных механических напряжений в период сгорания.

Основными недостатками такого двигателя являются следующие:

- установленная в двигателе пружина лишь частично снижает значения конструктивных напряжений;

- на режимах частичных нагрузок ввиду установки пружины, отрегулированной под номинальный режим, происходит сбой в работе. Это объясняется тем, что для каждого режима нагрузки требуется установка пружины соответствующей жесткости;

- ухудшение, вследствие вышеназванной причины, пусковых качеств двигателя;

- ненадежная работа передаточного механизма в условиях высокой теплонапряженности.

В основу предлагаемого изобретения положено решение технической задачи, заключающейся в уменьшении контактных напряжений за счет исключения сопряжения "тело вращения - криволинейный паз", а также в повышении надежности работы двигателя на режимах малых и частичных нагрузок и надежности пуска.

Решение технической задачи достигается тем, что в бескривошипном двигателе внутреннего сгорания, содержащем цилиндр, гильзу, поршень, ступенчатый выходной вал, одна из ступеней которого соединена с поршнем посредством оси, пружину, одним из концов опирающуюся на выходной вал, согласно изобретению ступень выходного вала, соединенная с поршнем, выполнена в виде стакана, стенки которого охватывают поршень и в которых выполнен сквозной радиальный канал, сообщающийся с впускной полостью двигателя, и торец которого выполнен в виде криволинейной поверхности, при этом на противоположных концах оси, соединяющей поршень с выходным валом, установлены по два подшипника качения, внутренние по отношению к поршню подшипники опираются на криволинейную поверхность торца выходного вала, а наружные подшипники расположены в прямолинейных направляющих канавках, выполненных в цилиндрической вставке корпуса двигателя, а второй конец пружины закреплен на вышеуказанной оси.

Представленная конструктивная схема бескривошипного двигателя внутреннего сгорания обеспечивает следующие технические преимущества:

- созданы условия, исключающие трущиеся поверхности передаточного механизма, что приводит к уменьшению нагрузок в работе двигателя;

- выполнение выходного вала указанной конструктивной формы, позволяет использовать подшипники качения различной конструкции, способные воспринимать ударные радиальные нагрузки и, как следствие, уменьшать значения контактных напряжений.

Особенность двигателя состоит в том, что выполнение одной из ступеней выходного вала в виде стакана, стенки которого охватывают поршень и соединен с ним посредством оси, на противоположных концах которой установлены подшипники качения, позволяют уменьшить контактные напряжения в сопрягаемых деталях и обеспечить плавность и безударность в работе двигателя.

Закрепление второго конца пружины растяжения на оси, соединяющей поршень с выходным валом, обеспечивает постоянный контакт элементов передаточного механизма.

Предлагаемая конструкция передаточного механизма отдалена от камеры сгорания, а значит, работает в более благоприятных температурных условиях.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 дан продольный разрез бескривошипного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 представлена схема конструкции выходного вал; на фиг.3 - схема конструкции цилиндрической вставки; на фиг.4 - развертка криволинейного профиля торца выходного вала.

Бескривошипный двигатель внутреннего сгорания содержит поршень 1, размещенный в гильзе 2 цилиндра 3, ступенчатый выходной вал 4, причем одна из ступеней вала, соединенная с поршнем, выполнена в виде стакана, стенки которого охватывают поршень и в котором выполнен сквозной радиальный канал 5, выполняющий функцию газораспределения, а торцевая поверхность вала имеет криволинейный профиль А. На противоположных концах оси 6, запрессованной в поршне и соединяющей его с выходным валом, установлены по два подшипника качения, причем внутренние по отношению к поршню подшипники 7 опираются на криволинейную поверхность торца выходного вала, а наружные подшипники 8 расположены в прямолинейных направляющих канавках, выполненных в цилиндрической вставке 9, закрепленной в корпусе 10. Пружина 11, одним концом закрепленная в выходном валу, другим концом закреплена на оси. В совокупности подшипники качения и криволинейный профиль торца выходного вала представляют собой передаточный механизм. Поршень при положении в верхней мертвой точке (ВМТ) в совокупности с цилиндром и головкой 12 с установленной свечой зажигания 13 образуют камеру сгорания 14. Выходной вал установлен в корпусе двигателя на трех подшипниках 15, 16, 17, а на свободном конце его закреплен маховик 18.

Принцип действия бескривошипного двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем. В процессе сгорания и расширения газы (рабочее тело), находящиеся в цилиндре, побуждают поршень 1 к перемещению из ВМТ к НМТ. При этом нагрузка воспринимается передаточным механизмом, включающим криволинейный профиль А торца выходного вала 4 и подшипником 7 качения. Пружина 11 при работе двигателя остается неподвижной, обеспечивая постоянный контакт в передаточном механизме. Выходной вал в продольном направлении остается неподвижным, а поршень имеет возможность движения вдоль вала. Перемещение поршня от НМТ к ВМТ обеспечивается за счет энергии, накопленной маховыми массами.

Бескривошипный двигатель внутреннего сгорания для преобразования энергии рабочего тела в механическую работу может быть использован в качестве ДВС для транспортных машин и других мобильных и стационарных потребителей, а также насоса или компрессора для создания избыточного давления рабочего тела и транспортировки (перекачки) газов, жидкостей, смесей, взвесей, суспензий и других агентов в различных отраслях промышленности и хозяйства и детандера - устройства для редукции давления рабочего тела и производства механической работы.

Бескривошипный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, гильзу, поршень, ступенчатый выходной вал, одна из ступеней которого соединена с поршнем посредством оси, пружину, одним из концов опирающуюся на выходной вал, отличающийся тем, что ступень выходного вала, соединенная с поршнем, выполнена в виде стакана, стенки которого охватывают поршень и в которых выполнен сквозной радиальный канал, сообщающийся с впускной полостью двигателя и торец которого выполнен в виде криволинейной поверхности, при этом на противоположных концах оси, соединяющей поршень с валом, установлены по два подшипника качения, внутренние по отношению к поршню подшипники опираются на криволинейную поверхность торца выходного вала, а наружные подшипники расположены в прямолинейных направляющих канавках, выполненных в цилиндрической вставке корпуса двигателя, а второй конец пружины закреплен на вышеуказанной оси.