Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания

Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания предназначен для использования в качестве силового агрегата в транспортных машинах, а также в других передвижных и стационарных устройствах. В цилиндре 2 картера 1 расположен поршень 3, соединенный со штоком 4, на котором расположены две зубчатые рейки 5, входящие в зацепления с зубчатыми секторами 6, закрепленными на валах 7, кинематически связанных между собой установленными на их торцах на выходе из двигателя кривошипами 8, соединенных при помощи шарнирных рычагов 9 с зубчатыми шестернями 10, входящими в зацепления с центральной шестерней 11, установленной на выходном валу двигателя 12 совместно с маховиком 13. Снижаются внутренние механические потери в цилиндро-поршневой группе двигателя, повышается долговечность его работы и создаются предпосылки для форсирования путем повышения скоростей перемещения поршней внутри цилиндров и увеличения частоты вращения выходного вала. 2 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к бесшатунным поршневым двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве силового агрегата в транспортных машинах, а также в других передвижных и стационарных устройствах.

Известен классический поршневой двигатель внутреннего сгорания, состоящий из картера с расположенными в нем цилиндрами, поршней и кривошипно-шатунного механизма. Одним из недостатков такого двигателя является наличие кривошипно-шатунного механизма, в котором шатуны, соединенные с поршнями, совершают при работе двигателя возвратно-поступательные и колебательные движения, что влечет за собой возникновение сил, перпендикулярных осям цилиндров и прижимающих поршни к стенкам цилиндров (Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 2. Динамика и конструирование: Учебник для ВУЗов/ В.Н. Луканин, А.В. Алексеев, М.Г. Шатров и др.; Под ред. В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2005. - 400 с.). Вследствие действия таких сил возникают значительные потери на трение между поршнем и стенкой цилиндра, что ведет к увеличению тепловыделения, снижению КПД и износу поверхностей поршня и стенок цилиндра. Данное обстоятельство ограничивает максимальную скорость движения поршней величиной 15 м/с, что сдерживает возможность форсирования двигателей внутреннего сгорания путем увеличения числа оборотов коленчатого вала.

Известен двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала со звездообразно расположенными цилиндрами. Поршни такого двигателя попарно жестко соединены штоками, сочлененными через подшипники со средними шейками коленчатого вала, имеющего вращение крайних шеек, с перемещением поршневых систем и связывающих их штоков по оси противолежащих цилиндров. Рабочий вал двигателя выполнен из двух частей с кривошипами, несущими подшипники для закрепления в них на радиусе одной четверти хода поршней, крайних шеек коленчатого вала, и снабжен соединительным валом, фиксирующим с помощью шестерен положение кривошипов обеих частей рабочего вала относительно друг друга (авторское свидетельство 118471, F01B 9/02 от 10.12.1973).

В таком двигателе штоки перемещаются по отношению к поршням, совершая возвратно-поступательные и колебательные движения, что ведет к возникновению сил, перпендикулярных осям цилиндров и прижимающих поршни к стенкам цилиндров, что влечет механические потери и снижение КПД двигателя. Также недостатками данного двигателя являются звездообразная компоновка и наличие сложного по конструкции, крупногабаритного коленчатого вала, что не соответствует компоновке двигателей, применяемых на транспортных машинах.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала со звездообразно расположенными цилиндрами, поршни которого с помощью штоков связаны роликовыми опорами на их концах с внутренними рабочими кромками беговой дорожки вращающегося диска, жестко закрепленного на валу. Беговая дорожка выполнена профильной с идентичными выступами и впадинами, расположенными в плоскости диска. Пары оппозитно расположенных цилиндров равномерно размещены по окружности диска, при этом цилиндры каждой пары смещены относительно их общей продольной геометрической оси в сторону, противоположную рабочему вращению диска, а штоки поршней связаны с направляющими пазами, жестко соединенными с блоком цилиндров. Смещение цилиндров относительно их общей продольной геометрической оси выполнено на расстояние, равное радиусу кривизны выступа беговой дорожки (патент на изобретение RU №2141046, прототип). Действие сил, перпендикулярных осям цилиндров и прижимающих поршни к стенкам цилиндров, исключается наличием дополнительных роликовых опор на концах штоков, передающих боковое давление стенкам направляющих пазов, вдоль которых перемещаются роликовые опоры.

Недостатком данной конструкции является то, что нагруженной боковой силой является кинематическая пара ролик-стенка направляющего паза, что в итоге ведет к механическим потерям и снижению КПД двигателя.

Для снижения внутренних механических потерь, повышения долговечности работы и возможности форсирования двигателя увеличением частоты вращения выходного вала путем исключения сил, перпендикулярных осям цилиндров и прижимающих к их стенкам поршни, предлагается бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндро-поршневую группу с штоками поршней, на которых расположены зубчатые рейки, входящие в зацепления с зубчатыми секторами, закрепленными на валах, передающих вращательно-колебательные движения установленным на их торцах на выходе из двигателя кривошипам, соединенным при помощи шарнирных рычагов с зубчатыми шестернями, входящими в зацепления с центральной шестерней, установленной на выходном валу двигателя совместно с маховиком.

Общие признаки с прототипом: цилиндро-поршневая группа, штоки поршней.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема одной цилиндро-поршневой группы со штоком поршня и зубчатыми секторами, закрепленными на валах бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - общий вид со стороны выходного вала с зубчатыми и шарнирно-рычажным механизмами, поясняющие устройство и принцип работы бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из картера 1 с расположенными в нем цилиндром 2, внутри которого расположен поршень 3, соединенный со штоком 4, на котором расположены по две зубчатые рейки 5, входящие в зацепления с зубчатыми секторами 6, закрепленными на валах 7, кинематически связанных между собой установленными на их торцах на выходе из двигателя кривошипами 8, соединенными при помощи шарнирных рычагов 9 с зубчатыми шестернями 10, входящими в зацепления с центральной шестерней 11, установленной на выходном валу двигателя 12 совместно с маховиком 13.

Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Внутри цилиндра 2, находящегося в картере 1, расположен поршень 3, совершающий возвратно-поступательные движения от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ). Соединенные с поршнем 3 шток 4 и расположенные на них зубчатые рейки 5 также совершают возвратно-поступательные движения, приводя во вращательно-колебательные движения зубчатые секторы 6 и соединенные с ними валы 7, которые передают вращательно-колебательные движения установленным на их торцах на выходе из двигателя кривошипам 8. Соединенные с кривошипами 8 шарнирные рычаги 9 совершают возвратно-поступательные и колебательные движения и приводят во вращательное движение зубчатые шестерни 10, передающие вращательное движение центральной шестерне 11, вместе с ней выходному валу двигателя 12 и маховику 13. При возвратно-поступательных перемещениях поршня 3 в процессе работы двигателя внутреннего сгорания в полюсах зацеплений зубьев зубчатых реек 5 и зубьев зубчатых секторов 6 возникают тангенциальные силы, направленные вдоль оси штока 4, и радиальные силы (направленные перпендикулярно оси штока 4). Наличие на штоке 4 двух зубчатых реек 5 ведет к взаимному уравновешиванию радиальных сил и исключает возникновение сил, перпендикулярных осям цилиндров, прижимающих поршни к стенкам цилиндров. В предлагаемой конструкции бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания поршни расположены по рядной схеме, возможно V-образное или оппозитное расположение поршней. Количество поршней может быть, как и у любого двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом, применяемом в транспортных машинах, а также в других передвижных и стационарных устройствах.

Применение предлагаемой конструкции позволяет снизить внутренние механические потери в цилиндро-поршневой группе двигателя, тем самым повысить долговечность его работы и создает предпосылки для форсирования путем повышения скорости перемещения поршней внутри цилиндров и увеличения частоты вращения выходного вала.

Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндро-поршневую группу со штоками поршней, отличающийся тем, что на штоках поршней расположены зубчатые рейки, входящие в зацепления с зубчатыми секторами, закрепленными на валах, передающих вращательно-колебательные движения установленным на их торцах на выходе из двигателя кривошипам, соединенным при помощи шарнирных рычагов с зубчатыми шестернями, входящими в зацепления с центральной шестерней, установленной на выходном валу двигателя совместно с маховиком.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к механизмам, преобразующим возвратно-поступательное движение во вращательное и наоборот, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания и компрессорах.

Изобретение относится к вариаторным коробкам передач. Коробка передач содержит две кремальеры, каждая из которых двигается в своей передвижной платформе, и выходной вал коробки передач с расположенными на нем ведомыми шестернями.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндры (1) и (11) со съемными головками, поршни (2) и (10) с поршневыми кольцами, газораспределительный механизм, систему охлаждения, систему смазки, систему питания и систему зажигания.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в гидравлических и пневматических двигателях, насосах, компрессорах и др. конструкциях.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно - служит для замены кривошипно-шатунного механизма на механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала двигателя двумя реечно-шестеренчатыми передачами.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а более конкретно служит для замены кривошипно-шатунного механизма на механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала двигателя двумя подвижными зубчатыми рейками на шатуне.

Изобретение относится к велосипеду с возвратно-поступательно движущимися педалями. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании транспортных и технологических модулей, автономных устройств поступательного перемещения рабочих органов машин и приборов.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тех областях, где необходимо осуществить поворот опоры на заданный угол, в частности в космической технике для раскрытия посадочного устройства пилотируемого транспортного космического корабля.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Двигатель выполнен в виде группы цилиндров, расположенных вокруг цилиндрического корпуса параллельно оси роторного вала, находящегося в центре и снабженного цилиндрическим ротором с беговыми дорожками, впускные окна во всех цилиндрах ДВС расположены в нижних точках и оборудованы впускными клапанами, горючая смесь приготавливается вне цилиндров, каждый цилиндр двигателя содержит две камеры сгорания – запальную и кольцевую форкамеру, расположенную в верхней части цилиндра, необходимая для работы двигателя степень сжатия обеспечивается регулятором, выполненным в виде корректировочных цилиндров, сообщенных с цилиндрами двигателя через кольцевые форкамеры, причем последние выполнены с возможностью их полного перекрытия от полостей цилиндров поршнями двигателя вблизи ВМТ, корректировочных поршней, установленных в корректировочных цилиндрах с возможностью изменения объемов кольцевых форкамер, шатунов, шарнирно связанных верхними головками с поршнями корректировки степени сжатия, а нижними головками через шарнирные соединения - со ступицей червячного колеса, приводимого в действие червячным винтом.

Изобретение относится к многозвенному поршневому кривошипно-шатунному механизму для двигателя внутреннего сгорания. Когда степень сжатия двигателя (10) внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия устанавливается в низкую степень сжатия, смазочное масло, выпущенное из масляного канала (25) нижнего звена, отражается верхним звеном (11) в верхней мертвой точке поршня и подается к внутренней поверхности стенки цилиндра на стороне, на которой находится управляющее звено (15), в виде, который виден в осевом направлении коленчатого вала.

Изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия. Двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия включает в себя вал (13) управления, поддерживаемый с возможностью вращения посредством корпуса двигателя, механизм (10) переменной степени сжатия для изменения степени сжатия двигателя в соответствии с угловым положением вала (13) управления, приводное средство (21), которое приводит во вращение вал (13) управления, и механизм (22) понижения скорости для понижения крутящего момента приводного средства (21) и для передачи мощности на пониженной скорости валу (13) управления.

Изобретение относится к двигателям, в частности к аксиально-поршневым двигателям с наклонным диском, и предназначено для получения механической работы за счет преобразования энергии, выделяемой при сгорании топлива.

Изобретение относится к подшипниковой конструкции и, например, к подшипниковой конструкции для коленчатого вала в поршневом кривошипно-шатунном механизме многорычажного типа.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель состоит из секций, каждая из которых содержит: цилиндр 1, в стенках которого прорезаны окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха 2 и выпуска отработанных газов 3.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель состоит из секций, каждая из которых содержит: цилиндр 1, в стенках которого прорезаны окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха 2 и выпуска отработанных газов 3.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Сущность изобретения: двигатель состоит из секций, каждая из которых содержит: цилиндр 1, в стенках которого прорезаны окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха 2 и выпуска отработанных газов 3.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкции двигателей внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом содержит цилиндр с поршнем, неподвижно соединенным с вилкой, свободные концы которой неподвижно соединены посредством скобы, коленчатый вал, проходящий через вилку и соединенный со скобой посредством шатуна, при этом скоба имеет подвижное соединение с шатуном.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым машинам, ДВС, компрессорам, насосам, а также к станкам-качалкам (СК) с применением кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

Предложение относится к машиностроению, к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Предложена конструкция ДВС, в которой возможно изменять степень сжатия за счет изменения объема камеры сгорания. Два цилиндра размещены оппозитно на общей разборной раме, что уменьшает вибрации. Поршни в цилиндрах соединены штоками и шатунами с первичными валами и совместно образуют эксцентриковый механизмы, (аналог коленчатого вала), которые размещены в раме. Изменение положения первичных валов в раме приводит к изменению положения поршней в цилиндрах и к увеличению или уменьшению объема камеры сгорания и изменению степени сжатия. Предложена электромеханическая схема управления положением первичных валов в раме в зависимости от числа оборотов ДВС, что позволяет использовать ДВС в режиме максимальной мощности или в режиме максимального КПД. Технический результат - повышение мощности и КПД. 3 ил.

Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания предназначен для использования в качестве силового агрегата в транспортных машинах, а также в других передвижных и стационарных устройствах. В цилиндре 2 картера 1 расположен поршень 3, соединенный со штоком 4, на котором расположены две зубчатые рейки 5, входящие в зацепления с зубчатыми секторами 6, закрепленными на валах 7, кинематически связанных между собой установленными на их торцах на выходе из двигателя кривошипами 8, соединенных при помощи шарнирных рычагов 9 с зубчатыми шестернями 10, входящими в зацепления с центральной шестерней 11, установленной на выходном валу двигателя 12 совместно с маховиком 13. Снижаются внутренние механические потери в цилиндро-поршневой группе двигателя, повышается долговечность его работы и создаются предпосылки для форсирования путем повышения скоростей перемещения поршней внутри цилиндров и увеличения частоты вращения выходного вала. 2 ил.

Наверх