Четырёхтактный бескривошипный поршневой тепловой двигатель с оппозитным расположением цилиндров



Четырёхтактный бескривошипный поршневой тепловой двигатель с оппозитным расположением цилиндров
Четырёхтактный бескривошипный поршневой тепловой двигатель с оппозитным расположением цилиндров
Четырёхтактный бескривошипный поршневой тепловой двигатель с оппозитным расположением цилиндров
Четырёхтактный бескривошипный поршневой тепловой двигатель с оппозитным расположением цилиндров

 


Владельцы патента RU 2564725:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) (RU)

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Четырехтактный бескривошипный поршневой тепловой двигатель с оппозитным расположением цилиндров содержит головки (2) цилиндров, цилиндры (3 и 4) с расположенными в них осесимметричными поршнями (5), связанными с механизмом преобразования движения. Механизм преобразования движения выполнен в виде втулки (12), установленной в осевых подшипниках в гнездах цилиндров. Торцы втулки (12) имеют эквидистантно расположенные криволинейные поверхности. Втулка (12) посредством зубчатого венца, выполненного на ее наружной поверхности, связана с валом (16) отбора мощности и приводом газораспределительного механизма. Двухрожковые штоки (7) жестко связаны с поршнями (5) и кинематически сочленены с криволинейными поверхностями втулки (12) со сдвигом по фазе, равным π/2. Двухрожковые вильчатые штоки (7) имеют по две цапфы, соответственно на концах осей штоков (7) и у вершин каждого рожка, контактирующих с верхней и нижней криволинейными торцевыми поверхностями втулки. Технический результат заключается в повышении надежности работы двигателя и уменьшении габаритов. 4 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроению и компрессоростроению, и может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания или поршневого компрессора.

Известны конструкции бескривошипных поршневых тепловых двигателей, например бескривошипный двигатель внутреннего сгорания (RU №2264546, F02B 75/26, F01B 3/04, заявл. 08.04.2004, опубл. 20.11.2005). 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. 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. На противоположных концах оси (цапфах), соединяющей поршень с валом, установлены по два подшипника качения. Внутренние по отношению к поршню подшипники опираются на криволинейную поверхность выходного вала, а наружные расположены в прямолинейных канавках корпуса. Второй конец пружины закреплен на оси подшипников.

К недостаткам такой конструкции относятся сравнительно большие габариты двигателя, обусловленные значительной высотой и усложненной конструкцией поршня. Отсюда - увеличенная масса поршня и двигателя в целом. Кроме того, двигатель работает по двухтактному циклу, что также, из-за недостатков процессов газообмена (поперечно-щелевая система продувки цилиндра), снижает его экономические показатели.

Наиболее близким решением к заявляемому является конструкция поршневого двигателя для преобразования энергии рабочего тела в механическую работу (патент RU №2227209, C17F01B 3/04, F02B 75/32, опубл. 20.04.2004). Двигатель содержит поршни, цилиндры с пазами на его цилиндрической поверхности, передаточный механизм с роликами, камеру сжатия и сгорания, механизм газораспределения, выходной вал. Поршни связаны с валом подвижным соединением, состоящим из зубчатых реек и зубчатых роликов, что позволяет поршням двигаться вдоль оси вала и передавать при этом крутящий момент. Поршни кинематически связаны с цилиндрами при помощи пары роликов и криволинейного паза, который сообщает поршню вращательное движение.

Основными недостатками такого двигателя являются:

- сложная конструкция поршня из-за выполненной на его внутренней поверхности зубчатой рейки;

- наличие зубчатых роликов, что приводит к увеличению массы двигателя и количества изнашивающихся частей, вследствие чего снижается его ресурс и увеличивается стоимость двигателя;

- повышенный шум и вибрация при работе двигателя из-за большого количества неизбежных технологических зазоров;

- наличие двух криволинейных поверхностей, выполненных на стенках цилиндров, для каждого поршня, что затрудняет изготовление и увеличивает стоимость двигателя.

Кроме того, такой двигатель имеет сложные по конструкции несимметричные поршни, что может стать причиной высоких тепловых деформаций.

В основу предлагаемого изобретения положена задача, заключающаяся в улучшении технических показателей поршневого теплового двигателя за счет уменьшения количества деталей, воспринимающих и передающих производимый двигателем крутящий момент, снижения их масс и габаритных размеров, а также использования оппозитной схемы расположения цилиндров при реализации четырехтактного цикла с использованием компактной (малогабаритной) схемы привода механизма газораспределения.

Решение технической задачи достигается тем, что в четырехтактном бескривошипном поршневом тепловом двигателе с оппозитным расположением цилиндров, содержащем два цилиндра, втулку с криволинейными торцевыми поверхностями, двухрожковые вильчатые штоки с цапфами на концах рожков; оси штоков с установленными на концах осей роликами, цапфы осей с роликами, поршни, валы привода механизма газораспределения и отбора мощности, функцию передачи крутящего момента выполняет втулка с криволинейными торцами и зубчатым венцом, а также тем, что поршни, установленные в оппозитно расположенных цилиндрах, посредством вильчатых двухрожковых штоков одновременно взаимодействуют с криволинейными торцевыми поверхностями (беговыми дорожками) втулки. Причем с каждой из криволинейных торцевых поверхностей втулки одновременно (со сдвигом по фазе, равным π/2) контактируют ролики, установленные на концах оси одного из двухрожковых вильчатых штоков, жестко связанного с соответствующим поршнем, и ролики, установленные на цапфах рожков другого двухрожкового вильчатого штока, связанного с поршнем, установленным в оппозитно расположенном цилиндре. Возвратно-поступательное движение поршней обеспечивается тем, что ролики, установленные на цапфах осей, расположенных у каждого из корней двухрожковых штоков, перемещаются в расположенных вертикально пазах, выполненных на внутренних поверхностях гильз цилиндров.

Предлагаемый четырехтактный бескривошипный поршневой тепловой двигатель с оппозитным расположением цилиндров обеспечивает следующие преимущества:

- компактность при существенно меньших массе и габаритах;

- более высокая экономичность за счет реализации четырехтактного цикла;

- меньшая шумность работы;

- простота изготовления и высокая удельная мощность.

Особенность четырехтактного бескривошипного поршневого теплового двигателя с оппозитным расположением цилиндров в том, что каждый из поршней жестко связан с соответствующим двухрожковым вильчатым штоком, каждый из штоков взаимодействует с криволинейными торцевыми поверхностями втулки механизма преобразования движения посредством роликов, установленных на концах осей штоков и цапфах, воспринимающих осевые усилия от давления газов в камере сгорания и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс.

Другая важная особенность четырехтактного бескривошипного поршневого теплового двигателя с оппозитным расположением цилиндров в том, что оба двухрожковых вильчатых штока находятся внутри втулки механизма преобразования движения, и каждая криволинейная торцевая поверхность втулки выполняет функции беговой дорожки для роликов, установленных соответственно у корня и вершин рожков вильчатых штоков, что обеспечивает неразрывность контакта в сопряжениях «ролик - беговая дорожка втулки».

Конструкция предлагаемого технического решения поясняется фиг. 1-4. На фиг. 1 приведен продольный разрез четырехтактного бескривошипного поршневого теплового двигателя с оппозитным расположением цилиндров; на фиг. 2 представлена конструктивная схема двухрожковых вильчатых штоков механизма преобразования движения; на фиг. 3 приведен разрез втулки механизма преобразования движения с криволинейными торцевыми поверхностями; на фиг. 4 приведена схема развертки боковой поверхности втулки механизма преобразования движения с обозначением участков поверхностей беговых дорожек на торцевых поверхностях втулки, соответствующих различным фазам протекания рабочего цикла в камерах сгорания оппозитно расположенных цилиндров двигателя.

Четырехтактный бескривошипный поршневой тепловой двигатель с оппозитным расположением цилиндров содержит свечи зажигания 1, головки 2 цилиндров, оппозитно расположенные цилиндры 3 и 4 с ребрами охлаждения 6 и установленными в них (в цилиндрах) осесимметричными поршнями 5. Поршни соединены посредством двухрожковых вильчатых штоков 7, имеющих оси 10 и цапфы 14, с криволинейными торцами втулки 12, которая установлена в осевых подшипниках, образуемых втулками 11, запрессованными в гнезда, выполненные на нижних частях цилиндров 3 и 4. Втулка 12 с эквидистантно расположенными криволинейными торцевыми поверхностями на своей наружной поверхности имеет зубчатый венец, который передает вращение на шестерню вала 16 отбора мощности и вала привода газораспределительного механизма 15. В каждом двухрожковом вильчатом штоке у корня рожков установлена ось 10, на цапфах (концах) которой установлены ролики 8 и 9. Причем ролики 8 сочленены с верхней (обращенной в сторону соответствующего поршня) криволинейной торцевой поверхностью беговой дорожки втулки 12, а ролики 9 расположены в вертикальных пазах, выполненных на внутренней поверхности цилиндров 3 и 4. Ролики 13, установленные на цапфах 14, расположенных у вершин каждого из рожков двухрожковых вильчатых штоков 7, сочленены с нижней (удаленной от соответствующего поршня) криволинейной торцевой поверхностью втулки 12. Благодаря этому обеспечивается безотрывный контакт роликов 8 и 13 с соответствующими беговыми поверхностями втулки 12 при вращательном движении. В совокупности названное позволяет обеспечить в период работы двигателя возвратно-поступательное движение штоков 7 и поршней 5.

Принцип действия четырехтактного бескривошипного поршневого теплового двигателя с оппозитным расположением цилиндров заключается в следующем: после воспламенения горючей смеси в камере сгорания свечой зажигания 1 давление расширяющегося рабочего тела воздействует на поверхность поршня 5, который жестко соединен с двухрожковым вильчатым штоком 7 и обуславливает его перемещение от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). Шток воздействует на ось 10 и на установленные на ее концах ролики 8, выполненные в виде втулок, которые своей внутренней стороной скользят по оси 10, а внешней катятся по криволинейной торцевой поверхности втулки 12. При этом ролики 9, установленные на концах (цапфах) оси 10, перемещаются по вертикальным пазам, выполненным на внутренних поверхностях цилиндров 3 и 4. Благодаря этому поступательное движение поршней 5 и штоков 7 преобразуется во вращательное движение втулки 12, установленной в осевых подшипниках, образуемых втулками 11. Вращательное движение втулки 12 передается, благодаря выполненной на ее наружной поверхности шестерни, валу отбора мощности 16 и через вал 15 - приводу механизма газораспределения 17.

Вильчатые двухрожковые штоки 7 сочленены с криволинейными торцевыми поверхностями втулки 12 со сдвигом по фазе, равным π/2. По этой причине в период, когда в одном из оппозитно расположенных цилиндров совершается рабочий ход, в другом происходит выпуск отработавших газов. Иными словами, фазовая последовательность протекания рабочего цикла в оппозитно расположенных цилиндрах протекает со сдвигом по фазе π/2.

Таким образом, заявляемый четырехтактный бескривошипный поршневой тепловой двигатель с оппозитным расположением цилиндров позволяет обеспечить надежность работы, уменьшить габариты при повышении экономичности и удельных мощностных показателей.

Четырехтактный бескривошипный поршневой тепловой двигатель с оппозитным расположением цилиндров, содержащий головки цилиндров, цилиндры с расположенными в них осесимметричными поршнями, связанными с механизмом преобразования движения, отличающийся тем, что механизм преобразования движения выполнен в виде втулки, установленной в осевых подшипниках в гнездах цилиндров, торцы втулки имеют эквидистантно расположенные криволинейные поверхности, втулка посредством зубчатого венца, выполненного на ее наружной поверхности, связана с валом отбора мощности и приводом газораспределительного механизма, а посредством двухрожковых вильчатых штоков, имеющих по две цапфы, соответственно на концах осей штоков и у вершин каждого рожка, и контактирующих с верхней и нижней криволинейными торцевыми поверхностями втулки, кинематически связана с поршнями оппозитно расположенных цилиндров, при этом вильчатые двухрожковые штоки жестко связаны с поршнями и кинематически сочленены с криволинейными поверхностями втулки со сдвигом по фазе, равным π/2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение экономичности.

Изобретение может быть использовано в аксиально-поршневых двигателях. Аксиально-поршневой двигатель (1101) содержит по меньшей мере один рабочий цилиндр, питание которого осуществлено от непрерывно работающей камеры (1110) сгорания.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Соосный двигатель (1) внутреннего сгорания без коленчатого вала содержит по меньшей мере один цилиндр (3), имеющий продольно расположенную ось (XX), пару поршней (5) и (6), установленных для совершения возвратно-поступательного движения в противоположных направлениях вдоль продольной оси (XX) цилиндра (3) и два вала (10) и (12).

Изобретение может быть использовано в аксиальных поршневых машинах. Механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала используется в аксиально-поршневой машине, содержащей корпус, блок цилиндров с размещенными в них поршнями, вал (9) с наклонной шейкой (8), опору, установленную в корпусе соосно с валом (9), и наклонную шайбу (5), связанную с поршнями при помощи шатунов и с наклонной шейкой вала (9) при помощи конусообразного элемента (6).

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с оппозитно расположенными цилиндрами и головками, поршни, связанные между собой штоком и имеющие возможность перемещения вдоль оси штока, величина которого равна величине хода впускного клапана, подпружиненные гильзы цилиндров, подвижные вдоль своей оси на величину хода выпускного клапана, относительно головок с размещенными в них форкамерами со сверхзвуковыми соплами, и снабженные коническими фасками, контактирующими с седлами в головках, рубашки системы охлаждения с впускными клапанами, искровую систему зажигания, оснащенную постоянными магнитами на штоке и взаимодействующими с ними гермоконтактами на корпусе.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с компрессионным или детонационным воспламенением рабочей смеси. Двухтактный детонационный двигатель содержит корпус (1), по меньшей мере два цилиндра (10), изогнутый вал (3), шарнир неравных угловых скоростей, наклонный вал (6), поршни (11), размещенные в цилиндрах (10), и шарнирно связанные с головками шатунов (12).

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в двигателях внутреннего сгорания, в пневмо- и гидродвигателях, а также в компрессорах, насосах и иных устройствах.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции многоцилиндровых бесшатунных двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к машиностроению. Бесшатунный, роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) содержит неподвижный внутренний корпус с расположенными в нем рабочими цилиндрами с поршнями и штоками, впускными и выпускными клапанами и свечами зажигания.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Соосный двигатель (1) внутреннего сгорания без коленчатого вала содержит по меньшей мере один цилиндр (3), имеющий продольно расположенную ось (XX), пару поршней (5) и (6), установленных для совершения возвратно-поступательного движения в противоположных направлениях вдоль продольной оси (XX) цилиндра (3) и два вала (10) и (12).

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, производству компрессоров, насосов. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ДВС, компрессорах, насосах, в том числе многоцилиндровых. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве источника механической энергии. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. .

Изобретение относится к поршневым машинам, в частности к двигателям внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Техническим результатом является повышение экономичности.
Наверх