Аксиально-поршневой двигатель

 

Использование: транспортные энергетические установки с поршневыми двигателями внутреннего сгорания, Сущность изобретения: двигатель имеет корпус 2, цилиндры 1, расположенные параллельно и вокруг коленчатого вала 3 с наклонным кривошипом , качающуюся шайбу 13, поршни 10 с шатунами, подвижные гильзы 4, механизм привода гильз, выполненный в виде двухвенечного зубчатого колеса 22, установленного коаксиально относительно коленчатого валаЗ. Внутренний венец двухвенечного колеса выполнен цилиндрическим и кинематически связан с коленчатым валом, наружный венец двухвенечного колеса кинематически связан с шестернями 28, жестко укрепленными на кривошипах 27 привода гильз. Коренные шейки кривошипов установлены в корпусе, а эксцентриковые шейки шарнирно соединены с подвижными гильзами. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ НН э!И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4758465/06 (22) 15.1 1.89 (46) 15.06.92. Бюл. М 22 (71) Ярославский политехнический институт (72) А.И.Яманин (53) 621.43 (088. 8) (56) Заявка ФРГ М 3405893, кл. F 02 В 75/26, 1985. (54) АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Использование: транспортные энергетические установки с поршневыми двигателями внутреннего сгорания, Сущность изобретения: двигатель имеет корпус 2, цилиндры 1, расположенные параллельно и

Изобретение относится к двигателест. роению, а именно к транспортным энергетическим установкам с поршневыми двигателями внутреннего сгорания;

Известны двигатели внутреннего сгорания с гильзовым распределением, являющимся разновидностью золотникового. Они отличаются повышенной экономичностью, особенно, на частичных скоростных и нагрузочных режимах. Это делает их особенно приспособленными к использованию на транспортных установках.

Отличительной особенностью таких двигателей является осуществление газообмена через окна в гильзе. Гильза выполняется подвижной и приводится в движение через систему промежуточных валиков и шестерен. 8 зависимости от кинематической схемы привода гильз последние могут совершать вращательное движение вокруг оси цилиндра или движение по винтовой

„„ ЦÄÄ 1740699 А1

ni>s F 01 В 3/00, F 02 В 75/26 вокруг коленчатого вала 3 с наклонным кривошипом, качающуюся шайбу 13, поршни 10 с шатунами, подвижные гильзы 4, механизм привода гильз, выполнейный в .виде двухвенечного зубчатого колеса 22, установленного коаксиально относительно коленчатого вала 3. Внутренний венец двухвенечного колеса выполнен цилиндрическим и кинематически связан с коленчатым валом, наружный венец двухвенечного колеса кинематически связан с шестернями 28, жестко укрепленными на кривошипах 27 привода гильз. Коренные шейки кривошипов установлены в корпусе, а эксцентриковые шейки шарнирно соединены с подвижными гильзами. 1 э.п. ф-лы, 1 ил; линии. Последнее более предпочтительно с точки зрения улучшения качества газообмена. При движении гильзы относительно цилиндра окна в гильзе совмещаются с выпускными или впускными окнами в цилиндре, вследствие чего рабочий объем цилиндра сообщается с впускной или выпускной системами двигателя.

Известен двигатель "Геркулес". Двигатель имел 24 цилиндра, расположенных Нобразно, и два коленчатых вала, Цилиндры расположены на картере. 8 цилиндрах движутся подвижные гильзы. приводимые от коленчатых валов. Механизм привода каждой гильзы состоит из первичного валика с двумя цилиндрическими шестернями, одна из которых зацеплен» с шестерней приводного валика с кривошипом, на конце которого укреплен сферический шарнир, контактирующий со сферическим подпятником на гильзе.

1740699

55

Недостатком конструкции двигателя

"Геркулес" является ее сложность, обусловленная наличием большого количества подвижных деталей в приводе гильз. а также ухудшением метаплоемкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является двигатель, принятый здесь е качестве прототипа..

Двигатель-прототип является аксиально-поршневым и имеет цилиндры, расположенные .вокруг коленчатого вала и параллельно ему, В цилиндрах расположены противоположно движущиеся поршни, посредством шатунов шарнирно соединяемые с двумя качающимися шайбами, Последние также шарнирно соединяются с кривошипами коленчатых валОв и с корпусом двигателя. В цилиндрах располагаются также подвижные гильзы с окнами s боковой поверхности. На оконечности каждой гильзы неподвижно по отношению к ней укреплен поводок, контактирующий с купачковым профилем. Последний расположен на боковой поверхности цилиндрической втулки, неподвижно связанной с распределительным валом, Распределительный вал выполнен в виде полой трубы. охватывающей центральную часть коленчатого вала коаксиально по отношению к последнему. Распределитель ный вал опирается на коленчатый вал и корпус двигателя через подшипники, Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала с требуемым передаточным отношением, Для этого на коленчатом валу и на распределительном валу имеются шестерни (эвездочки), с которыми входят в зацепление шестернями (звездочками) промежуточного валика, вращающегося в корпусе двигателя параллельно коленчатому валу.

Недостатком конструкции двигателяпрототипа являешься увеличение габаритов в связи с наличием механизма привода распределительного вала.

Целью настоящего изобретения является снижение габаритов аксиальнопоршневого двигателя с гильзоеым расп ределением, Указанная цель достигается за счет того, что механизм привода гильз выполнен в виде кривошипов с шестернями и двухвенечного зубчатого колеса, установленного коаксиапьно llO отношению к коленчатому валу. Внутренний венец двухвенечного зубчатого колеса выполнен цилиндрическим и кинемэтически связан с коленчатым валом, наружный венец двухвенечного зубчатого колеса выполнен коническим и связан с ше5

45 стернями на кривошипах привода гильз. Коренные шейки кривошипов привода гильз установлены в корпусе двигателя, а на эксцентриковых шейках кривошипов привода гильз неподвижно по отношению к ним установлены шарниры, кинематически связываемые с подвижными гильзами.

Шестерни кривошипов привода гильз жестко установлены на коренных шейках этих кривошипов.

Снижение габаритов достигается за счет того. что механизм привода гильз не имеет распределительного вала и промежуточного валика его привода, вследствие чего уменьшаются поперечные габаритные размеры двигателя.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое решение отличается наличием двухвенечного зубчатого колеса, установленного соосно с коленчатым валом и кривошипов привода гильз, включение ко70pblx в конструкцию аксиапьно-поршневого двигателя приводит к снижению его габаритов, Зто позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с другими известными техническими решениями е данной области показывает, что это решение отличается наличием в механизме привода гильз кривошипов с шестернями и шарнирами, установленных в корпусе и связанных с единым двухвенечным зубчатым колесом, расположенным соосно коленчатому валу, Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения понятию "существенные отличия".

На чертеже представлена конструктивная схема двигателя с гильзовым распределением.

Цилиндры 1 двигателя расположены на неподвижном корпусе 2 параллельно коленчатому валу 3 и вокруг него. Во внутренней расточке каждого цилиндра подвижно установлена гольца 4. имеющая возможность совершать перемещения вокруг оси цилиндра и вдоль нее, В цилиндре 1 имеется ряд впускных окон 5, сообщающихся с впускным коллектором 6, и ряд выпускных окон 7, объединенных выхлопным трубопроводом

8, Сверху цилиндр 1 герметизирован голоакой цилиндра 9. В цилиндрах 1 с гильзами

4 движутся поршни 10, подвижно сочлененные посредством шаровых шарниров 11 с шатунами 12. Шатуны 12 также подвижно сочленены с качающейся шайбой 13. Шайба

13 кинематически связана с корпусом 2 дви1740699 сочленена с крестовиной 16 карданного 5

30

40 гильзы частично совмещены с впускными окнами цилиндра 5. При движении поршня 50

55 гателя посредством карданного подвеса, состоящего иэ двух пар цапф 14 и 15, каждая из которых имеет общую продольную ось.

Посредством цапф 14 качающаяся шайба 13 подвеса, а посредством цапф 15 крестовина вместе с шайбой сочленена с корпусом 2, Корпус 2 содержит также коренные опоры коленчатого вала 3. Ось вращения коленчатого вала 3, его наклонного кривошипа 17 и оси цапф 14 и 15 пересекаются в одной точке. Качающаяся шайба кинематически связана также с наклонным кривошипом вала 17.

На валу 3 неподвижно установлена шестерня 18, сцепленная с шестерней 19 промежуточного валика 20, Валик 20 вращается . в опоре, неподвижно связанной с корпусом

2. На валике 20 установлена вторая шестерня 21, сцепленная с внутренним венцом двухвенечного зубчатой шестерни 22, Шестерня 22 имеет внешний зубчатый венец

23 и опирается при своем вращении на корпус 2 посредством подшипниковых элементов 24, На нижнем торце гильз 4 установлены . шаровые опоры 25, сопрягаемые с шаровыми головками 26 кривошипов 27, жестко связанных с шестернями 28, вращающимися в опорах корпуса 2. В верхнем поясе гильз 4 имеются сквозные выпускные окна

29 и впускные окна 30, совмещаемые в некоторые моменты времени с выпускными 7 или впускными 5 окнами цилиндра, Шестерни 28 привода всех гильз 4 сцеплены с внешним зубчатым венцом 23 шестерни 22, Передаточные отношения в зацеплениях шестерен 18 и 19, 21 и 22, 23 и 28 выбраны такими, что угловая скорость вращения шестерни 28 в два раза меньше угловой скорости коленчатого вала 3.

Двигатель с гильзовым распределением работает следующим образом. В начале впуска поршень 10 находится s области верхней мертвой точки (ВМТ), гильза 4 — также вблизи своей ВМТ. Шестерни 28, 23, 21, 22, 18, 19 зацеплены таким образом, что в указанный момент времени впускные окна 30

10 к нижней мертвой точке (HMT) впускные окна гильзы и цилиндра оказываются со-. вмещенными, благодаря чему рабочее пространство цилиндра наполняется свежим зарядом, После достижения поршнем 10

НМТ в соответствии с принятыми фазами газораспределения происходит разобщение впускных окон гильзы и цилиндра, вызываемое движением гильзы в осевом направлении и ее вращением. Впоследст15

25 вии происходит сжатие заряда, воспламенение и расширение. В конце расширения гильза оказывается вблизи своего среднего (по высоте цилиндра) положения и повернута относительно оси цилиндра таким обра.зом, что оказываются совмещенными выпускные окна 29 гильзы и 7 цилиндра, При движении поршня к ВМТ окна остаются совмещенными, благодаря чему происходит выпуск отработавших газов.

Движение гильзы осуществляется кривошипом 27 с шаровым шарниром 26, сопрягаемым с гильзой, Поводок приводится в движение от жестко установленной на нем шестерни 28, приводимой во вращение от коленчатого вала 3 через систему шестерен.

При совершении рабочего цикла двигателя имеют место следующие взаимные положения поршня и гильзы (здесь не учтены моменты опережения открытия и запаздывания закрытия окон): поршень в ВМТ, гильза в ВМТ, совмещены впускные окна, производится впуск, угол поворота вала Оо, угол поворота кривошипа 27 0, .поршень в НМТ, гильза проходит половину своего хода. в осевом направлении, окончание впуска, начало сжатия, конец совмещения впускных окон гильзы и цилиндра, углы поворота: вала 180, поводка 90О, поршень в ВМТ, гильза в НМТ, начало расширения; все окна разобщены; углы поворота; вала 360О, поводка 180О; поршень в НМТ. гильза проходит половину своего хода в осевом направлении, двигаясь к ВМТ, начало выпуска — начало совмещения выпускных окон гильзы и цилиндра; угол поворота вала 540О, поводка

270о

Усилия от поршней 10 передаются через шатуны 12 на качающуюся шайбу 13 и суммируются ею, Поддействием суммарной движущей силы шайба 13 совершает сферическое движение вокруг неподвижной точки пересечения осей вращения вала, кривошипа и цапф карданного подвеса. Сферическое движение шайбы раскладывается на 2 конечных вращения вокруг осей цапф 14 крестовины 16 и вместе с крестовиной 16 вокруг оси цапф 15 относительно корпуса 2, При сферическом движении шайбы ее точки, совмещаемые с наклонным кривошипом

17, движутся по окружности, приводя во вращение вал 3, вместе с ним шестерню 18 и далее гильзы.

Применение предлагаемого двигателя позволяет улучшить массогабаритные показатели энергетической установки с аксиально-поршневым двигателем с гильзовым

1740699

80 1У 1l

Составитель А.Яманин

Редактор Н.Сильнягина Техред М,Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 2065 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 распределением при одновременном упрощении;конструкции механизма привода гильз, улучшении тяговых свойств и экономичности установки.

Формула изобретения

1. Аксиально-поршневой двигатель, содержащий корпус, коленчатый вал, установленный в корпусе. качающуюся шайбу, установленную на коленчатом валу, цилиндры, оси которых параллельны оси вращения коленчатого вала. гильзы с окнами, установленные в цилиндрах с возможностью перемещения относительно последних. поршни, расположенные в гильзах и кинематически связанные с качающейся шайбой, механизм газораспределения, кинематически связанный с гильзами, о т л и8 ч а ю шийся тем, что,-с целью снижения габаритов, механизм газораспределения выполнен в виде кривошипов с шестернями и двухвенечного зубчатого колеса, установ5 ленного коаксиально относительно оси вращения вала, внутренний венец двухвенечного зубчатого колеса кинематически связан с коленчатым валом, а внешний венец — с шестернями кривошипов, причем

10 коренные шейки кривошипов установлены в корпусе, а эксцентриковые шейки шарнирно связаны с гильзами цилиндров.

2. Двигатель по п.1 с гильзовым распределением, отличающийся тем, что

15 зубчатое зацепление шестерен кривошипов с внешним. венцом двухвенечного зубчатого колеса выполнено коническим.