Аксиально-поршневой двигатель
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двухтактным аксиально-поршневым двигателям внутреннего сгорания с осями цилиндров, расположенными параллельно оси ведущего вала, и с качающейся наклонной шайбой. Технический результат заключается в упрощении конструкции привода механизма газораспределения и в увеличении мощности двигателя без снижения его КПД. Заявленный технический результат обеспечивается в аксиально-поршневом двигателе, содержащем корпус, в котором с возможностью вращения в подшипниковых опорах установлен ведущий вал с кривошипом, блок цилиндров, оси которых расположены параллельно оси ведущего вала, и наклонную шайбу, которая шарнирно соединена с шатунами расположенных в цилиндрах поршней и посредством центральной цапфы шарнирно связана с кривошипом ведущего вала. Двигатель также содержит крестовину с двумя противоположно расположенными цапфами, на которых она шарнирно установлена в корпусе. При этом наклонная шайба имеет две противоположно расположенные цапфы, с помощью которых ей обеспечена возможность качания и которые шарнирно установлены в крестовине. Согласно изобретению двигатель дополнительно содержит сепаратор-ресивер, распределитель, компрессорную секцию, воздушный ресивер и распределительный вал с кривошипом. Распределительный вал установлен с возможностью вращения в блоке и головке цилиндров на продолжении оси ведущего вала. Наклонная шайба имеет дополнительную центральную цапфу, которая выполнена соосно к центральной цапфе, связывающей наклонную шайбу с кривошипом ведущего вала. Дополнительная центральная цапфа шарнирно связана с кривошипом распределительного вала, на втором конце которого жестко закреплены кулачки для управления через толкатели и коромысла впускными и выпускными клапанами головки цилиндров. В цилиндрах выполнены выпускные окна для отвода выхлопных газов через обратный клапан в сепаратор-ресивер, выход которого через распределитель соединен с входом подпоршневой полости компрессорной секции. При этом выход компрессорной секции через воздушный ресивер подключен к входам впускных клапанов головки цилиндров. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, конкретнее к двухтактным аксиально-поршневым двигателям внутреннего сгорания с осями цилиндров, параллельными оси ведущего вала, и с качающейся наклонной шайбой.
Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий блок цилиндров, поршни с шатунами, установленные в блоке цилиндров, ведущий вал, наклонную шайбу с установленной на ней качающейся шайбой, связанной с шатунами, дополнительные в каждом цилиндре встречно расположенный поршень с шатуном, по меньшей мере один полый промежуточный вал, одну дополнительную наклонную шайбу с установленной на ней качающейся шайбой, связанной с шатунами встречно расположенных поршней, причем на каждом полом промежуточном валу установлены обе наклонные шайбы, при этом каждый промежуточный вал связан с ведущим валом через цилиндрические зубчатые передачи, а каждая качающаяся шайба связана с ведущим валом через коническую и цилиндрическую зубчатые передачи (см. описание изобретения к патенту РФ №2163682, МПК F 02 В 75/32, F 02 В 75/26, F 01 В 3/02, публикация 27.02.2001 г.).
Недостатком известного двигателя является невысокий КПД из-за большого количества зубчатых зацеплений.
Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий корпус, установленный в корпусе на подшипниках скольжения с возможностью вращения ведущий вал с первой осью симметрии и с кривошипом, блок цилиндров, оси которых параллельны первой оси ведущего вала, расположенные в цилиндрах поршни с шатунами, наклонную шайбу с второй осью и с центральной цапфой, связанной шарнирно с возможностью качания с кривошипом, при этом наклонная шайба шарнирно соединена посредством шатунов с поршнями, крестовину с двумя противоположно расположенными на третьей оси цапфами, которые установлены шарнирно в корпусе на подшипниках качения, кроме того, наклонная шайба выполнена с дополнительными двумя противоположно расположенными на четвертой оси цапфами, которые установлены шарнирно в крестовине посредством подшипников качения, при этом четвертая ось перпендикулярна третьей оси и пересекается в общей точке с первой, второй и третьей осями (см. описание полезной модели к патенту РФ №40393, МПК F 01 В 3/02, публикация 10.09.2004 г.).
Недостатком этого известного двигателя, принятого за прототип, является сложность выполнения конструкции привода механизма газораспределения и четырехтактный способ осуществления рабочего цикла, что ведет к потере мощности двигателя.
Задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции привода механизма газораспределения и увеличение мощности при заданных параметрах двигателя (диаметре, ходе поршня, числе цилиндров) без снижения КПД двигателя.
Сущность изобретения заключается в том, что в аксиально-поршневом двигателе, содержащем корпус, установленный в корпусе с возможностью вращения в подшипниковых опорах ведущий вал с первой осью симметрии и с кривошипом, блок цилиндров, оси которых параллельны первой оси ведущего вала, расположенные в цилиндрах поршни с шатунами, наклонную шайбу с второй осью и с центральной цапфой, связанной шарнирно с кривошипом, при этом наклонная шайба шарнирно соединена посредством шатунов с поршнями, крестовину с двумя противоположно расположенными на третьей оси цапфами, которые установлены шарнирно в корпусе в подшипниковых опорах, кроме того, наклонная шайба выполнена с возможностью качания на двух противоположно расположенных на четвертой оси цапфах, которые установлены шарнирно в крестовине в подшипниковых опорах, при этом четвертая ось перпендикулярна третьей оси и пересекается в общей точке с первой, второй и третьей осями, двигатель дополнительно содержит сепаратор-ресивер, распределитель, компрессорную секцию, воздушный ресивер и распределительный вал с кривошипом, который установлен на продолжении первой оси в блоке цилиндров и в головке цилиндров в подшипниковых опорах, наклонная шайба выполнена на второй оси с дополнительной центральной цапфой, связанной шарнирно с кривошипом распределительного вала, на втором конусном конце которого жестко закреплены кулачки для управления через толкатели и коромысла впускными и выпускными клапанами головки цилиндров, в цилиндрах выполнены выпускные окна для отвода выхлопных газов через обратный клапан в сепаратор-ресивер, выход которого через распределитель соединен с входом подпоршневой полости компрессорной секции, при этом выход компрессорной секции через воздушный ресивер подключен к входам впускных клапанов головки цилиндров.
Кроме того, компрессорная секция содержит цилиндрический ротор с профилированной поверхностью и с как минимум двумя симметрично относительно оси расположенными перегородками, выполненный как одно целое с ведущим валом, соответствующие перегородкам расположенные в корпусе седла с подпружиненными поршнями-выступами, профилированная поверхность которых сопряжена с профилированной поверхностью ротора, и которые имеют возможность радиального перемещения в седлах, рядом с седлами в корпусе выполнены впускные окна для впуска воздуха, перепускные каналы и каналы нагнетания сжатого воздуха в воздушный ресивер с установленными в них обратными клапанами, при этом сепаратор-ресивер соединен через распределитель и каналы в седлах с подпоршневыми полостями для управления поршнями-выступами, корпус содержит в пазах с двух сторон ротора по два уплотнительных кольца, разъемы которых установлены диаметрально противоположно относительно друг друга.
Это позволяет упростить конструкцию газораспределительного механизма, имея по 1 кулачку на все впускные и по 1 кулачку на все выпускные клапаны. Также это позволит иметь высокий КПД при 2-тактном цикле работы двигателя за счет качественного газообмена путем полного удаления выхлопных газов при обратном ходе поршня и наполнения воздухом цилиндров путем сжатия в компрессорной секции.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показан аксиально-поршневой двигатель, общий вид в продольном разрезе;
на фиг.2 - то же, поперечный разрез А-А;
на фиг.3 - то же, поперечный разрез Б-Б.
Аксиально-поршневой двигатель содержит корпус 1, установленный в корпусе 1 с возможностью вращения в подшипниковых опорах 2 и 3 ведущий вал 4 с первой осью I симметрии и с кривошипом 5, блок 6 цилиндров 7, оси которых параллельны первой оси ведущего вала 4, расположенные в цилиндрах 7 поршни 8 с шатунами 9, наклонную шайбу 10 с второй осью II и с центральной цапфой 11, связанной шарнирно с кривошипом 5, при этом наклонная шайба 10 шарнирно соединена посредством шатунов 9 с поршнями 8, крестовину 12 с двумя противоположно расположенными на третьей оси III цапфами 13, которые установлены шарнирно в корпусе 1 в подшипниковых опорах 14 и 15. Кроме того, наклонная шайба 10 выполнена с возможностью качания на двух противоположно расположенных на четвертой оси IV цапфах 16, которые установлены шарнирно в крестовине 12 в подшипниковых опорах 17 и 18. При этом четвертая ось IV перпендикулярна третьей III оси и пересекается в общей точке с первой, второй и третьей осями I, II и III. Двигатель дополнительно содержит сепаратор-ресивер 19, распределитель 20, компрессорную секцию 21, воздушный ресивер 22 и распределительный вал 23 с кривошипом 24. Распределительный вал 23 установлен на продолжении первой оси I в блоке 6 цилиндров 7 и в головке 25 цилиндров 7 с возможностью вращения в подшипниковых опорах 26 и 27. Наклонная шайба 10 выполнена на второй оси II с дополнительной центральной цапфой 28, связанной шарнирно с кривошипом 24 распределительного вала 23. На втором конусном конце распределительного вала 23 жестко закреплены кулачки 29 для управления через толкатели 30 и коромысла 31 впускными 32 и выпускными клапанами 33 головки 25 цилиндров 7. В цилиндрах 7 выполнены выпускные окна 34 для отвода выхлопных газов через обратный клапан 35 в сепаратор-ресивер 19, выход которого через распределитель 20 соединен с входом подпоршневой полости компрессорной секции 21. При этом выход компрессорной секции 21 через воздушный ресивер 22 подключен к входам впускных клапанов 32 головки 25 цилиндров 7.
Компрессорная секция 21 содержит цилиндрический ротор 36 с профилированной поверхностью и с как минимум двумя симметрично относительно оси I расположенными перегородками 37, выполненный как одно целое с ведущим валом 4, соответствующие перегородкам расположенные в корпусе 1 седла 38 с подпружиненными поршнями-выступами 39, профилированная поверхность которых сопряжена с профилированной поверхностью ротора 36, и которые имеют возможность радиального перемещения в седлах 38. Рядом с седлами 38 в корпусе 1 выполнены впускные окна 40 для впуска воздуха, перепускные каналы 41 и каналы 42 нагнетания сжатого воздуха в воздушный ресивер 22 с установленными в них обратными клапанами 43. При этом сепаратор-ресивер 19 соединен через распределитель 20 и каналы 44 в седлах 38 с подпоршневыми полостями 45 для управления поршнями-выступами 39. Корпус 1 содержит в пазах с двух сторон ротора 36 по два уплотнительные кольца 46, разъемы которых установлены диаметрально противоположно относительно друг друга.
В головке 25 цилиндров 7 установлены форсунки 47 подачи топлива.
Аксиально-поршневой двигатель работает следующим образом. При вращении ведущего вала 4, совмещенного с ротором 36 компрессорной секции 21 через впускные окна 40 поступает воздух в полость, образованную профилированной поверхностью ротора 36, перегородкой ротора 37, поршнем-выступом 39 и поверхностью корпуса 1 компрессорной секции 21. По краям профилированной поверхности размещены уплотнительные кольца 46, разъемы которых развернуты диаметрально друг от друга и размещены в пазах компрессорной секции. Цикл впуска. Далее, после прохождения перегородкой 37 ротора 36 впускного окна 40 начинается сжатие воздуха в вышеуказанной полости и вытеснение его через обратный клапан 43, канал нагнетания сжатого воздуха 42 в ресивер 22. Цикл сжатия. При приближении перегородки 37 к поршню-выступу 39 происходит уравнивание давлений с обеих сторон поршня-выступа за счет перепускного канала 41. Через распределитель 20 и канал 44 поступают сжатые отработанные газы в подпоршневую полость 45 поршня-выступа 39, в результате чего он перемещается в седле 38 в положение "открыто", освобождая путь перегородке ротора. После прохождения перегородки 37 распределитель 20 перекрывает подачу выхлопных газов в подпоршневую полость 45 и сообщает ее с атмосферой. Подпружиненный поршень-выступ возвращается в положение "закрыто".
При положении поршня 8 в верхней мертвой точке блока 6 цилиндров 7 закрывается выпускной клапан 33 и открывается впускной клапан 32, размещенные в головке 25 цилиндров 7. При движении поршня в направлении нижней мертвой точки рабочая полость цилиндра 7 наполняется сжатым в компрессорной секции 21 воздухом из ресивера 22. При положении поршня, в котором объем надпоршневой полости равен объему камеры сгорания, закрывается впускной клапан 32 и производится впрыск топлива через форсунку 47. Начало цикла рабочего хода. После прохождения поршнем выпускного окна 34 выхлопные газы поступают через обратный клапан 35 в сепаратор-ресивер 19. При достижении поршнем нижней мертвой точки (или с некоторым опережением) открывается выпускной клапан 33. Окончание рабочего хода и начало цикла выпуска. При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней происходит удаление выхлопных газов. Совершающие возвратно-поступательное движение поршни 8 через шатуны 9 воздействуют на наклонную шайбу 10, качающуюся в подшипниковых опорах 17, 18 крестовины 12 относительно оси IV и совместно с крестовиной 12 в подшипниковых опорах 14, 15 корпуса 1 относительно оси III. В результате кривошипы 5, 24 совершают круговое движение относительно оси I, вращая в свою очередь ведущий вал 4 в подшипниковых опорах 2, 3 и распределительный вал 23 в подшипниковых опорах 26, 27 с двумя кулачками 29, воздействующими через толкатели 30 и коромысла 31 на соответствующие впускные 32 и выпускные 33 клапаны головки 25 цилиндров 7 двигателя.
Заявленное изобретение позволит повысить мощность двигателя при заданных диаметре, ходе поршня, числе цилиндров без снижения КПД за счет двухтактного способа осуществления рабочего цикла и качественного газообмена, что стало возможным при осуществлении цикла сжатия воздуха в отдельной компрессорной секции.
1. Аксиально-поршневой двигатель, содержащий корпус, установленный в корпусе с возможностью вращения в подшипниковых опорах ведущий вал с первой осью симметрии и с кривошипом, блок цилиндров, оси которых параллельны первой оси ведущего вала, расположенные в цилиндрах поршни с шатунами, наклонную шайбу со второй осью и с центральной цапфой, связанной шарнирно с кривошипом, при этом наклонная шайба шарнирно соединена посредством шатунов с поршнями, крестовину с двумя противоположно расположенными на третьей оси цапфами, которые установлены шарнирно в корпусе в подшипниковых опорах, кроме того, наклонная шайба выполнена с возможностью качания на двух противоположно расположенных на четвертой оси цапфах, которые установлены шарнирно в крестовине в подшипниковых опорах, при этом четвертая ось перпендикулярна третьей оси и пересекается в общей точке с первой, второй и третьей осями, двигатель дополнительно содержит сепаратор-ресивер, распределитель, компрессорную секцию, воздушный ресивер и распределительный вал с кривошипом, который установлен на продолжении первой оси в блоке цилиндров и в головке цилиндров в подшипниковых опорах с возможностью вращения, наклонная шайба выполнена на второй оси с дополнительной центральной цапфой, связанной шарнирно с кривошипом распределительного вала, на втором конусном конце которого жестко закреплены кулачки для управления через толкатели и коромысла впускными и выпускными клапанами головки цилиндров, в цилиндрах выполнены выпускные окна для отвода выхлопных газов через обратный клапан в сепаратор-ресивер, выход которого через распределитель соединен со входом подпоршневой полости компрессорной секции, при этом выход компрессорной секции через воздушный ресивер подключен к входам впускных клапанов головки цилиндров.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что компрессорная секция содержит цилиндрический ротор с профилированной поверхностью и с как минимум двумя симметрично относительно оси расположенными перегородками, выполненный как одно целое с ведущим валом, соответствующие перегородкам расположенные в корпусе седла с подпружиненными поршнями-выступами, профилированная поверхность которых сопряжена с профилированной поверхностью ротора и которые имеют возможность радиального перемещения в седлах, рядом с седлами в корпусе выполнены впускные окна для впуска воздуха, перепускные каналы и каналы нагнетания сжатого воздуха в воздушный ресивер с установленными в них обратными клапанами, при этом сепаратор-ресивер соединен через распределитель и каналы в седлах с подпоршневыми полостями для управления поршнями-выступами, корпус содержит в пазах с двух сторон ротора по два уплотнительных кольца, разъемы которых установлены диаметрально противоположно относительно друг друга.
