Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно двигателестроению, и может быть использовано в качестве двигателя внутреннего сгорания. Бесшатунный ДВС содержит корпус с гильзой, имеющей продувочные и выпускные окна и поршни со шлицевыми втулками, скользящими по шлицевым валам, на которых укреплены шестерни, взаимодействующие с шестернями синхронизирующего вала. По меньшей мере четыре передаточных механизма, каждый из которых состоит из втулки, укрепленной в корпусе двигателя, в которой размещена подпружиненная поворотная колодка (пята), имеющая два гнезда конической формы с находящимися в них телами вращения. Для каждого поршня передаточные механизмы размещены по-одному диаметрально противоположно друг другу в корпусе двигателя, и в процессе работы ДВС тела вращения перекатываются по бесконечным синусоидальным канавкам, выполненным на боковых поверхностях поршней, а колодки (пяты) при этом совершают колебательные движения вокруг своих осей в соответствии с наклоном канавок к осям поршней . Такая конструкция обеспечивает низкую механическую напряженность деталей ЦПГ двигателя, высокую плавность и безударность работы и устойчивость поршня, а также высокую надежность и значительный моторесурс ДВС. 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению.

Известны конструкции бесшатунных двигателей внутреннего сгорания, например двигатель Баландина, двигатель Ванкеля.

Двигатель Баландина (Баландин С. С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. - М.: Машиностроение, 1972) содержит по меньшей мере цилиндр, поршень, шток, камеру сгорания, коленчатый вал. В двигателе Баландина преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное осуществляется при помощи коленчатого вала специальной конструкции.

Двигатель Ванкеля (Орлин А.С. и др. Двигатель внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1990, с.223) содержит корпус, ротор, камеру сгорания, источник воспламенения, выходной вал. В системе двигателя усилие от действия газов передается непосредственно вращающемуся ротору, а от ротора к выходному валу.

Наиболее близкой к предлагаемому двигателю является конструкция бесшатунного двигателя внутреннего сгорания с вращающимися поршнями по патенту Российской Федерации N 2057948, кл. F 01 B 9/08.

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания содержит размещенные в корпусе гильзу цилиндра с продувочными и выпускными окнами, поршень, камеру сгорания, форсунку и передаточный механизм с телами вращения, взаимодействующий с одним из элементов цилиндропоршневой группы, содержащим на поверхности пазы, причем поршень установлен на валу, несущем шестерню, взаимодействующую с шестерней выходного вала.

Недостатками такого двигателя являются: конструктивная и технологическая сложность и трудоемкость изготовления основных деталей двигателя и, в первую очередь, гильзы цилиндра с криволинейным пазом на ее внутренней поверхности и деталей передаточного механизма; высокая стоимость изготовления основных деталей двигателя вследствие их конструктивной сложности; высокая стоимость и трудоемкость эксплуатации, технического обслуживания и ремонта двигателя; сравнительно низкие мощностные, экономические, экологические и массогабаритные показатели.

Изобретение решает задачу существенного улучшения конструкции, улучшения эксплуатационных (мощностных, экономических, экологических и массогабаритных) показателей и характеристик двигателя, повышение технологичности, снижение стоимости и трудоемкости изготовления деталей двигателя, а также его технического обслуживания и ремонта.

Это достигается тем, что в бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, содержащем размещенные в корпусе гильзу цилиндра с продувочными и выпускными окнами, поршень, камеру сгорания, форсунку и передаточный механизм с телами вращения, взаимодействующий с одним из элементов цилиндропоршневой группы, содержащим на поверхности пазы, поршень установлен на валу, несущем шестерню, взаимодействующую с шестерней выходного вала, а каждый из передаточных механизмов, которых в корпусе установлено по меньшей мере четыре, выполнен в виде втулки, в которой установлена подпружиненная поворотная колодка (пята), имеющая на своей полке гнезда конической формы, в которых установлены тела вращения, взаимодействующие с пазами поршня, выполненными бесконечными и криволинейными, а поршень установлен на шлицевом валу.

На фиг.1 представлен схематический разрез бесшатунного двигателя на примере одноцилиндровой конструкции с противоположно движущимися поршнями; на фиг. 2 представлен схематический разрез деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигателя при нулевом угле наклона канавки; на фиг. 3 - то же при максимальном угле наклона канавки; на фиг. 5 а), б), в) условно показано взаимное положение тел вращения в колодке и канавки при различных положениях поршня.

Бесшатунный ДВС содержит корпус 1 с гильзой цилиндра 2, в которой выполнены продувочные 3 и выпускные 4 окна, поршни 5, скользящие по шлицевым валам 6 и взаимодействующие с передаточными механизмами 7; шестерни 8, закрепленные на валах 6, взаимодействующие с шестернями 9 синхронизирующего (выходного) вала 10. Отбор мощности может быть осуществлен с любого конца вала 10.

Особенностью двигателя является наличие по меньшей мере четырех передаточных механизмов 7, конструкция каждого из которых содержит следующие основные элементы: 11 - втулка, 12 - колодка, 13 - тела вращения, 14 - опорный диск, 15 - пружина, 16 - бесконечный криволинейный паз.

Передаточные механизмы 7 размещены в корпусе 1 бесшатунного ДВС и взаимодействуют с бесконечными криволинейными пазами 16 поршней 5.

Двигатель работает следующим образом. В процессе сгорания и расширения газы, находящиеся в цилиндре 2, заставляют поршень 5 двигаться от ВМТ к НМТ. При этом поршни 5 посредством бесконечных синусоидальных 16 на боковых поверхностях взаимодействуют с передаточными механизмами 7, укрепленными в корпусе 1 двигателя. Вследствие перекатывания тел вращения 13 передаточных устройств 7 по пазам 16 поршней 5 поступательное движение последних преобразуется во вращательное, которое через шлицевые втулки, скользящие по шлицевым валам 6, и шестерни 8 передается на выходной вал 10 двигателя.

Перемещение поршней 5 от наружной мертвой точки (НМТ) к внутренней мертвой точке (ВМТ) осуществляется при помощи маховика (не показан).

Такая конструкция ДВС обеспечивает значительное снижение механической напряженности деталей ЦПГ вследствие двукратного увеличения числа элементов конструкции, воспринимающих нагрузку (шариков), а также соответствующего увеличения площадей поверхностей контакта соприкасающихся деталей, как следствие п.1 возможность применения общепринятых в двигателестроении материалов ЦПГ без ухудшения технологичности и удорожания конструкции ДВС, высокую плавность движения поршня, его повышенную устойчивость в колодках (пятах), а также отсутствие в процессе работы двигателя ударных нагрузок, вибраций, неустойчивости работы, перекосов и смещений поршня, улучшение условий смазки ЦПГ вследствие высокой плавности и безударности ее работы, а также повышение топливной экономичности двигателя, повышение надежности работы и моторесурса двигателя.

Бесшатунный ДВС может быть использован в машинах и механизмах наземного транспорта, а также для привода электрогенераторов, насосов, компрессоров и других промышленных и бытовых потребителей.

Формула изобретения

Бесшатунный двигатель внутреннего сгорания, содержащий размещенные в корпусе гильзу цилиндра с продувочными и выпускными окнами, поршень, камеру сгорания, форсунку и передаточный механизм с телами вращения, взаимодействующий с одним из элементов цилиндропоршневой группы, содержащим на поверхности пазы, причем поршень установлен на валу, несущем шестерню, взаимодействующую с шестерней выходного вала, отличающийся тем, что каждый из передаточных механизмов, которых в корпусе установлено по меньшей мере четыре, выполнен в виде втулки, в которой размещена подпружиненная поворотная колодка (пята), имеющая на своей полке гнезда конической формы, в которых установлены тела вращения, взаимодействующие с пазами поршня, выполненными бесконечными и криволинейными, а поршень установлен на шлицевом валу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4