Поршневой двигатель

 

Использование: в машиностроении при проектировании поршневых двигателей. Сущность изобретения: двигатель содержит рабочий вал 1 с эксцентриком, цилиндры 2. ь которых расположены поршни 3. Последние жестко соединены со штоками 4. Бугель 5 также жестко соединен со штоками 4. Эксцентриковое кольцо 6 охватывает эксцентрик 7 рабочего вала и в свою очередь охватывается бугелем 5. Двигатель снабжен синхронизирующим устройством в виде планки 13 с шипом 14, жестко укрепленной на торцевой поверхности эксцентрикового кольца 6, и кулисы 15 с продольным пазом, укрепленной на торцевой поверхности бугеля 5. Причем шип 14 планки 13 расположен в пазу кулисы 15. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е СКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

КПАТЕ НТУ.. а

2 (21) 4888417/29 (22) 05.12.90 (46) 07.12.92. Бюл. М 45 (76) В.Н,маркочев и А.B.Âàñèëüeâ (56) Заявка ФРГ йЬ 2519908, кл. F 01 В 9/04, опублик. 1976.

Авторское свидетельство СССР

М 996734, кл. F 01 В 9/04, 1983.

Патент CLUA М 4078439, кл. F 16 Н

21/16, опублик. 1978. (54) ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Использование: в машиностроении при проектировании поршневых двигателей.

Сущность изобретения: двигатель содержит,, Ы„„1780547 АЗ (я)5 F 01 В 9/04, F 02 В 75/32 рабочий вал 1 с эксцентриком, цилиндры 2. в которых расположены поршни 3. Последние жестко соединены со штоками 4. Бугель

5 также жестко соединен со штоками 4. Эксцентриковое кольцо 6 охватывает эксцентрик 7 рабочего вала и в свою очередь охватывается бугелем 5, Двигатель снабжен синхронизирующим устройством в виде планки 13 с шипом 14, жестко укрепленной на торцевой поверхности эксцентрикового кольца 6, и кулисы 15 с продольным пазом, укрепленной на торцевой поверхности бугеля 5. Причем шип 14 планки 13 расположен в пазу кулисы 15. 2 ил, 1780547

Изобретение относится к машиностроению, более конкретно к поршневым двигателям, отличающимся кинематическими связями между поршнем и рабочим валом.

Область применения маломощных пор- 5 шневых двигателей этого типа необычайно широка, как в наземных разновидностях транспортных средств; мотоциклах, средствах малой механизации в сельском хозяйстве на приусадебных участках поселков, дач, 10 так и на водном и воздушном транспортах; моторных лодках, глиссерах, виндсерфингах, мотодельтопланеризме, компрессорах и пускачах мощных газотурбинных двигателей самолетов и танков. 15

Известен поршневой двигатель, содержащий коленчатый вал, цилиндр, поршень, размещенный в цилиндре и жестко соединенный посредством штока с бугелем, и эксцентриковое кольцо. свободно 20 установленное по наружному диаметру в бугеле и на шатунной шейке сборного коленчатого вала.

К недостаткам известного двигателя следует отнести следующее: в коленчато- 25 вальной схеме. сборной из трех гладких параллельных валов, для обеспечения ее нормальной работы, кинематически, абсолютно необходима планетарная зубчатая пара колес внутреннего зацепления, одно 30 из которых — малое подвижно соединено с шатунной шейкой сборного коленчатого вала, другое — большое, венцовое неподвижно закреплено в корпусе блока цилиндров.

Техническое решение со сборным ко- 35 ленчатым валом и планетарной зубчатой парой шестерен внутреннего зацепления не оправдано сложное; металло- и энергоем- кое решение, потребует точное изготовление деталей конструкции, ему свойственная 40 малая ремонтоп ригодность.

Известен поршневой двигатель, содержащий рабочий вал, цилиндр, поршень, размещенный в цилиндре и жестко соединенный посредством штока с бугелем, 45 и эксцентриковое кольцо, установленное свободно по наружному диаметру в бугеле.

Рабочий вал двигателя выполнен в виде коленчатого вала, на шатунной шейке которого установлено свободно упомянутое экс- 50 центриковое кольцо, а бугель выполнен в виде ползуна, опирающегося на направляющие опоры скольжения, Применение коленчатого вала и ползуна с направляющими опорами усложняет 55 конструкцию и технологию изготовления двигателя.

Кроме того, в схеме этого двигателя имеет место явление самоторможения, которое чревато большим износом поверхностей трущихся пар, что приведет к задиру этих поверхностей, заклиниванию и поломке механизма.

Известно также техническое решение, содержащее блок цилиндров, рабочий вал, поршни, размещенные в цилиндрах, соединенных поршневыми пальцами с проушинами рамки бугеля, эксцентриковое кольцо, установленное по наружному диаметру свободно в бугеле, а внутренним диаметром также свободно установлено на рабочем валу.

Однако такое техническое решение металлоемко и недостаточно надежно в работе.

Анализ схем механизмов со свободно вращающимся эксцентриковым кольцом показал, что они обладают рядом серьезных и существенных недостатков, исключающих возможность какого-либо их практического применения, Свободно вращающееся эксцентриковое кольцо, без дополнительного синхронизирующего устройства при свободном без нагрузки прокручивании вала двигателя, при движении автомобиля накатом или скатывании его под углом, эксцентриковое кольцо по разноске веса, при торможении с двигателем в каком-то случае может занять по ходу поршня среднее положение, при котором рабочий вал двигателя начнет вращаться вместе с эксцентриковым кольцом, как бы единое целое с ним, а бугель с порш-, нями окажутся неподвижными, Применение эксцентроштокового механизма со свободно вращающимся эксцентриковым кольцом, без дополнительного синхронизирующего устройства, не только бесперспективно, но вследствие возникающего нарушения норм и условий безопасности в эксплуатации непригодно и безусловно недопустимо к использованию.

Целью изобретения является обеспечение надежности и большого ресурсного срока службы.

Цель достигается тем, что поршневой двигатель, содержащий блок цилиндров, рабочий вал, поршни, размещенные в цилиндрах, жестко соединенные штоками с бугелем, и эксцентриковое кольцо, установленное по наружному диаметру в бугеле, снабжен планкой с шипом, укрепленной на торцевой поверхности эксцентрикового кольца, и кулисы с продольным пазом, закрепленной на торцевой поверхности бугеля, при этом шип планки эксцентрикового кольца расположен в продольном пазу кулисы бугеля, Использование заявляемого технического решения обеспечивает высокий коэффициент использования металла во всех

1780547 технологических процессах изготовления деталей двигателя; малая металлоемкость деталей и всего двигателя в целом; экономия дефицитных антифрикционных цветных металлов и сплавов; в силу 5 исключительной простоты основных трех деталей механизма, последние обладают несравнимой ремонтопригодностью, что снизит затраты материалов и денежных средств и удешевит проведение ремонта; 10 заявляемый поршневой двигатель с эксцентриковым механизмом и синхронизатором является оригинальным, наиболее остро альтернативным техническим решением; автомобиль с таким двигателем действи-. 15 тельно будет народным транспортным средством передвижения, массовым спросом, разнообразного использования; этот двигатель- в условиях HTP и перестройки нашего среднего автосельхозмашинострое- 20 ния будет обладать высокой конкурентоспособностью и эксплуатационной живучестью; двигатель на подшипниках качения обеспечивают легкий запуск его в условиях зимней эксплуатации и 25 безгаражного хранения автомобиля; автомобиль с двигателем оппозитной компоновки цилиндров создает благоприятные условия для создания комфортных условий рабочего места водителя и интерьера пасса- 30 жирского салона.

Как следствие из изложенного, автомобиль недалекого будущего с новым двйгателем будет обладать повышенной 35 надежностью, безопасностью в эксплуатации, со значительно удлиненным ресурсным сроком службы.

На фиг.1 изображен поршневой двига- . тель с эксцентроштоковым механизмом, с 40 дополнительным синхронизирующим устройством в оппозитном выполнении; на фиг.2 — разрез А — А на фиг,1.

Двигатель содержит рабочий вал 1 с эксцентриком изготовленным за одно целое 45 с валом (или раздельно), блок цилиндров 2, в котором расположены поршни 3, последние жестко соединены со штоками 4, бугель

5 также жестко соединен резьбой со штоками 4, эксцентриковое кольцо б по внутрен- 50 нему диаметру подвижно установлено на эксцентрике 7 рабочего вала, на иглах 8, а по наружному диаметру подвижно установлено на роликах 9 в бугеле 5, На фиг.1 также обозначены: центр 10 рабочего вала 1, 55 центр 11 эксцентрика рабочего вала 1 и центр 12 эксцентрикового кольца 6. На этой же фиг.1 расположены три детали синхро-. низирующего устройства; планка 13 в сборе с шипом 14: жестко укреплена на торцевой поверхности эксцентрикового кольца 6, а кулиса 15 с продольным пазом укреплена на торцевой поверхности бугеля 5.

Иглы беговой дорожки бугеля 5 ограничены в осевом направлении боковыми буртиками бугеля 5, а круговая, цилиндрическая дорожка эксцентрикового кольца 6 в осевом направлении оказывается свободной.

Эксцентриковое кольцо 6 ограничено от возможных боковых смещений буртиками беговой дорожки эксцентрика 7 эксцентрикового вала 1, изготовленного за одно целое с последним йстопорны1чй кольцами самого эксцентрикового кольца 6.

Ограничения и свобода кольца 6 и эксцентрика 7 в осевых направлениях относительно бугеля 5 продиктованы конструктивными и технологическими требованиями, исключающими возможность возникновения вдоль соосных на рабочем валу неограниченных сил в механизме, а также в целях облегчения сборки и разборки двигателя в затрудненных или неприспособленных полевых условиях эксплуатации и ремонта.

Эксцентроштоковый механизм в виде двух эксцентриков установленных один в другом с равными эксцентриситетамй, за- ключают в себе нижеследующие особенности, несмотря:. на равенство эксцентриситетов е = ez они имеют разные углы скатывания, причем внутренний эксцентрик с эксцентриситетом е1, его угол ока-" зывается на 25-30% больше, чем тот же угол у наружного эксцентрикового кольца e ej.

При конкретном подсчете этих углов в этом механизме применительно" к двигате= лям с ходом поршней 68-70 мм(е1=е2-Л-17,5мм) углы скатывания соответственнодля эксцентрика рабочего вала ap.< получен равным

8 12, а для эксцентрикового кольца сэ. = о

5 30. Эти углы для подшипников качения в принятом эксцентроштоковом механизме вполне допустимы, так как они далеко отстоят от углов самозаклинивания.

Эксцентриковое кольцо механизма без дополнительной синхронной связи с рабочим валом и бугелем является свободным оно обладает круговой степенью свободы. С возрастающим, ненормальным износом трущихся пар эксцентриковое кольцо вследствие переменного, быстро меняющегося режима работы поршневого двигателя будет опережать или отставать от начально заданных контрактных точек механизма, Опережение или отставание игл и роликов будет происходить переменно с возвратно обратимым переходом с трения качения на преобладающее трение скольжение.

1780547

Переход одного вида трения на другое на больших окружных скоростях будет сопровождаться потерей скорости и их торможением, а значит, и перегревом игл и роликов, снижением их твердости. увеличивающимся износом и образованием их огран ности, Опережение и отставание одновременно скажется и на уменьшении угла скатывания, так при разности углов и . — а .к, при значении в 1,5 — 2 возникает явление пит тинга-, наклепа поверхностей качения беговых дорожек обойм подшипников, огранность игл и роликов, далее происходит заклинивание механизма и его поломка.

Описываемый поршневой двигатель в четырехтактном выполнении работает следующим образом.

После заполнения цилиндра в такте всасывания топливовоздушной смесью последняя в такте сжатия с небольшим опережением зажигания воспламеняется. электрической запальной свечой.

Сгорание топливовоздушной смеси сопровождается резким повышением давления сгоревших газов с последующим пятикратным или семикратным расширением. Поршень двигателя, как подвижная стенка камеры сгорания цилиндра, поддействием давления сгоревших газов перемещается в направлении к рабочему валу и передает усилие давления через шток на бугель, Бугель 5. эксцентриковое кольцо 6 и эксцентрик 7 рабочего вала 1 в сложной кинематической и динамической связи преобразуют давление газов в крутящий момент и далее последний передается рабочему валу., Передвижение поршня 3 из одного крайнего положения в исходное проходит в той же последовательности, но в противоположном направлении.В заявленном поршневом двигателе с синхронизирующим устройством в виде планки 13 с шипом 14, укрепленной на торцевой поверхности эксцентрикового кольца 6, вращающийся и одновременно возвратно-поступательно

20

25 нормальный износ его подшипников качения, исключит возможность самозаклинива30 ния мехайизма, повысит надежность его

5

50 перемещающийся в подвижном соединении, в продольном пазу кулисы 15 бугеля 5, впервые будет осуществляться дополнительная дублирующая синхронная связь эксцентрикового кольца 6 с эксцентриком 7 рабочего вала 1.

Зксцентриковое кольцо 6 в этой схеме не является свободным, не управляемым звеном механизма, что исключает возможность эксцентричного положения эксцентоикового кольца 6 в обойме подшипника бугеля 5, ойережении его или отставания в динамике, что особенно важно и необходимо учесть с неизбежно нарастающим износом трущихся пар и подшипников качения механизма двигателя.

Наличие несвободного эксцентрикового кольца 6 в механизме положительно повлияет на сбалансированность, уравновешивание дисбалансных масс эксцентрика 7 рабочего вала 1 и эксцентрикового кольца 6, крутящий момент которого в

4,5 раза больше крутящего момента эксцентрика 7 рабочего вала.

Эксцентроштоковый механизм с синхронизацией эксцентрикового кольца 6 с рабочим валом 1 двигателя обеспечит работы и гарантирует больший ресурсный срок службы двигателя.

Формула изобретения

Поршневой двигатель, содержащий блок цилиндров, рабочий вал, поршни, размещенные в цилиндрах и жестко соединенные штоками с бугелем, и эксцентриковое кольцо, установленное по наружному диаметру в бугеле, о тл и ч а ю щи и с я тем,. что, с целью обеспечения надежности и большого ресурсного срока службы, он снабжен синхронизирующим устройством, выполненным в вйде планки с шипом, укрепленной на торцевой поверхности эксцентрикового кольца, и кулисы с предельным пазом, закрепленной на торцевой поверхности бугеля, при этом шип планки эксцентрикового кольца расположен в продольном пазу кулисы.

1780547

Составитель И.Алешина

Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4445 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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