Машина объемного вытеснения текучей среды, оборудованная поршнями без шатунов

 

Машина предназначена для использования в насосостроении, компрессоростроении или двигателестроении. Машина имеет гильзы с нелинейной или криволинейной конфигурацией, расположенные в блоке гильз, вращающемся вокруг оси, который может совпадать или переходить через ось вращения вала со стороны их центра кривизны. Поршни вращаются вместе с гильзами вокруг наклонной оси, совпадающей с осью вращения гильз или проходящей через тот же центр без взаимоперекрывания элементов. Дополнительно содержит центрирующие элементы для центрирования блока гильз на приводном валу и упругие элементы, поджимающие блок гильз через центрирующие элементы в направлении элементов, обеспечивающих возвратно-поступательное перемещение. 16 з.п.ф-лы, 13 ил.

Настоящее изобретение относится к насосу, компрессору и/или двигателю, который может быть также эндотермическим, где в ходе работы вытеснение осуществляется посредством поршней, связанных с приводным валом без качающихся шатунов. Рабочий объем, кроме того, при необходимости может регулироваться.

Уровень техники в области эндотермических двигателей определяют: двигатели с поршнями возвратно-поступательного перемещения, связанными с коленвалом посредством шатунов, роторный двигатель объемного вытеснения (двигатель Ванкеля) с эксцентрическим по отношению к приводному валу ротором, либо двигатели с аксиальными поршнями, т.е. поршнями, расположенными параллельно приводному валу и приводимыми в возвратно-расположенными параллельно приводному валу и приводимыми в возвратно-поступательное движение с помощью кольцевой криволинейной направляющей для осуществления осевого перемещения поршня, которые не обладают высокой производительностью. В области насосов/машин или компрессоров для текучих средств, как сжимаемых, так и несжимаемых, существуют различные известные решения расположения поршней: однорядное, аксиальное, с качающимся поршневым блоком или с качающейся опорной плитой, либо радиальное расположение поршней.

Однако все вышеупомянутые решения предусматривают соединение поршней с приводным валом посредством шатунов, которые качаются в плоскости, перпендикулярной указанному валу, либо, при аксиальном расположении поршней, с помощью штоков, качающихся при перемещении по криволинейной поверхности, поскольку угловое перемещение большего конца шатуна осуществляется в различном диапазоне, тогда как меньший конец шатуна перемещается поршнем внутрь гильзы цилиндра.

Вышеупомянутые механизмы, за исключением эндотермического роторного двигателя Ванкеля, имеют большие габариты и ни один из них не обладает высокой эффективностью, что зависит от условий применения.

В частности: в - роторно-поршневом двигателе Ванкеля элементы уплотнения имеют короткий срок службы, что обусловлено значительным износом, которому они подвергаются, с потерей компрессии и как следствие потерей эффективности. Конструкция требует использования специальных материалов, очень дорогих и дефицитных; - эндотермические поршневые двигатели, во всех их разнообразных конструкторских решениях, имеют ограниченную скорость вращения из-за наличия элементов возвратно-поступательного или качательного перемещения, поршней, шатунов, клапанов, а также коленчатого вала, конструкция которого всегда сложна, осевая нагрузка от поршня передается на шатун в присутствии силы реактивного противодействия стенки цилиндра, которая служит причиной активного износа и поэтому делает необходимым использование высокоэффективных смазочных масел, в четырехтактном двигателе эффективность снижается из-за невозможности сконструировать камеру сгорания идеальным образом, что обусловлено размерами и ограничениями перемещения клапанов.

Что касается насосов/машин для сжимания текучих сред, то их недостатки те же, что и недостатки, вызываемые наличием шатунов у эндотермических двигателей, с низкой эффективностью, обуславливаемой механическим трением, создаваемым шатунами, а также большим весом, большими габаритами и высокой стоимостью.

Что касается насосов/машин для несжимаемых текучих сред, обычно для гидростатических передач, а также и для перекачки других жидкостей, различные их конструкции обладают различными конкретными недостатками: насосы/машины с радиальным или линейным расположением цилиндров, обеспечивая довольно высокую производительность, имеют большие габариты и высокую стоимость, насосы/машины с осевым расположением цилиндров подразделяются на следующие две категории с цилиндрами с наклонным по отношению к оси вала расположением гильзы, либо с наклонной опорной плитой для направления большого конца и с параллельным по отношению к оси вала расположением цилиндров. Первая конструкция имеет неприемлемые ограничения по скорости вращения, обусловленные возможной конфигурацией больших концов шатунов, вторая обладает очень низкой эффективностью в начальной точке цикла и, кроме того, неприменима для работы в незамкнутых контурах. Применение обеих конструкций ограничено высокой их стоимостью.

Из источника WO-A-86/00662 известна поршневая машина такого типа, где группа цилиндров располагается на равном удалении вокруг первой оси вращения и группа поршней располагается на равном удалении от второй оси вращения, каждый поршень содержит кольцевой элемент, имеющий возможность латерального (бокового) перемещения по отношению к самому поршню, что позволяет кольцевому элементу перемещаться в существенной степени прямолинейно по отношению к соответствующему цилиндру, в то время как сам поршень перемещается по криволинейной по отношению к нему траектории, вторая ось проходит к центру пересечения с кольцевой плоскостью, содержащей указанные сферические кольцевые элементы, и указанной первой осью. Эта машина, хотя и исключающая большое число элементов с возвратно-поступательным перемещением, имеет, однако, ряд проблем, связанных с периодическими ударами указанных кольцевых элементов в ходе работы: высокая производительность недостижима при возникновении вибраций и при появлении фрикционного сопротивления, вызываемого центробежными усилиями и давлением указанных кольцевых элементов на поверхности цилиндров.

Из источника US-A-3910239 известен поршневой силовой агрегат, предназначенный прежде всего для использования в двигателе внутреннего сгорания и имеющий один цилиндр, искривленный вокруг центра кривизны, входные и выходные каналы на противоположных концах цилиндра, пару оппозитных поршней, перемещающихся в цилиндре в направлении навстречу друг другу и обратно в тактах сжатия и рабочего хода, при этом поршни перекрывают указанные каналы в ходе большей части их тактовых перемещений и последовательно открывают каналы по мере того, как поршни приближаются к окончанию их соответствующих рабочих ходов, агрегат содержит также пару коленвалов с промежуточными редукторами и пару шатунов, связывающих коленвалы с поршнями.

Поршневой двигатель этой конструкции обладает тем недостатком, что усилие прижимания поршней к поверхности цилиндра и центробежные силы создают усилие фрикционного воздействия поршней на выгнутую поверхность цилиндра. Таким образом, высокие функциональные показатели недостижимы, и такое решение полезно только для двигателей с асимметричным использованием каналов во временном цикле, что ясно показано в описании; усовершенствования, выполненные в US-A-3338137, того же автора, касаются только определенных конструктивных упрощений.

Описанный уровень техники в данной области может быть существенно повышен за счет улучшения характеристик механизмов машин объемного вытеснения с возвратно-поступательным перемещением элементов путем повышения их эффективности в любых эксплуатационных режимах, снижения массы, габаритов и стоимости.

Из изложенного понятно, что поставленная техническая задача может быть решена исключением из конструкций машин объемного вытеснения с возвратно-поступательным перемещением элементов всех деталей, совершающих колебательное движение, с улучшением рабочих характеристик при одновременном уменьшении габаритов и массы.

Наиболее близким к описываемому устройству является патент GB-632421. В указанном патенте описана ротационная объемная машина, в которой блок, содержащий множество цилиндров, вращается вокруг оси, параллельной осям цилиндров и поршней, приводимых посредством соединительных штоков, прикрепленных к поворотному диску.

В соответствии с первым вариантом исполнения известной машины диск связан посредством зубчатой передачи с блоком с целью связи этих элементов в месте для предотвращения их относительного перемещения при одновременном обеспечении возможности взаимоотносительного углового положения этих элементов и с целью выдерживания синхронного вращения блока и диска. Блок и диск установлены на подшипниках.

В отличие от вышеизложенного в настоящей заявке блок цилиндров (7,45) приводится в синхронное вращение поршнями опорной плиты и только вал (1,37) установлен на подшипниках.

В соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения по указанному патенту блок цилиндров 20 выполнен с внутренней сферической поверхностью, в пределах которой предусмотрена полая сфера, установленная на вращающемся валу и приводящая шесть поршней, радиально выступающих из сферы. Эта сфера также выполняет функции средства подачи в двигатель карбюраторной смеси через полый вал 22. В следующем варианте исполнения центры поршней и оси штоков лежат в одной плоскости, проходящей через центр шара.

В отличие от известного технического решения в описываемом техническом решении поршни связаны с приводным валом и выступают из опорной плиты параллельно оси вращения указанного вала или из аналогичного элемента, причем соединительные средства также параллельны.

Таким образом, можно констатировать, что из патентной литературы известна машина объемного вытеснения текучей среды, содержащая корпус, приводной вал, имеющий первую ось вращения, множество поршней, связанных с указанным приводным валом и по крайней мере частично выступающих в направлении, параллельном указанному валу, блок, имеющий множество гильз, дугообразного профиля и имеющий возможность вращения внутри указанного корпуса вокруг второй оси вращения, пересекающейся с указанной первой осью вращения приводного вала в точке пересечения, при этом дугообразные гильзы имеют центр кривизны, который совпадает с указанной точкой пересечения первой и второй осей вращения, причем указанный вращающийся блок синхронно приводится во вращение вокруг второй оси поршнями.

Описываемое техническое решение отличается от известного тем, что машина дополнительно содержит центрирующие элементы для центрирования блока гильз на приводном валу в указанной точке пересечения и упругие элементы, поджимающие блок гильз через центрирующие элементы в направлении элементов, обеспечивающих возвратно-поступательное перемещение.

Кроме того, соединительные элементы представлены штоками и связаны с валом посредством опорной плиты. Изменение угла взаимного наклона между осью вращения блока гильз и осью вращения поршней позволяет осуществить изменение рабочего объема.

Кроме того, поршни соединены жестко или с возможностью качания с их валом или вращающейся плитой.

Поршни выполнены со сферической головкой и снабжены уплотнительными кольцами, которые также имеют сферическую поверхность уплотнения и располагаются в головке поршня таким образом, чтобы входить в контакт со стенкой соответствующей гильзы в радиальном по отношению к оси этой гильзы направлении.

Поршни имеют дугообразную форму, соответствующую форме гильз, и снабжены уплотнительными кольцами со сферической поверхностью уплотнения.

Машина имеет также распределительную плиту, примыкающую к указанному блоку гильз и по меньшей мере один соединительный впускной канал, сообщающийся с гильзами, по меньшей мере один выпускной канал и одну камеру сгорания, которая может вращаться или нет по отношению к корпусу.

Распределительная плита имеет закрытые зоны в промежуточных положениях, совпадающих с конечным положением фазы выпуска и таким образом обеспечивающих достижение нулевого объема в четырехтактном цикле.

Машина содержит один единый вспомогательный контур охлаждения и смазывания. Блок гильз функционирует в качестве подвижного элемента насоса для указанного контура охлаждения и смазывания.

Машина имеет поршни с головками, жестко связанными с штоком поршня, который жестко связан с вращающейся плитой.

Качающиеся головки поршней имеют поверхность контакта со штоком поршня и поверхность контакта с головкой соединительного болта, указанные головки имеют сферическую форму и концентрически расположены. Машина имеет изменяемый рабочий объем, что достигается изменением угла взаимного наклона между поршнями и гильзами, опирающимися на плиту, задняя поверхность которой представляет собой цилиндрическую поверхность с осью вращения, проходящей через точку пересечения осей вращения блока гильз и поршней.

Машина может иметь две группы поршней, выступающих из одной и той же опорной плиты, причем каждый поршень связан через осевое отверстие в его штоке с противолежащим ему поршнем другой группы.

Одна из двух групп поршней имеет фиксированный рабочий объем, а вторая группа имеет изменяемый рабочий объем.

Изменяемый рабочий объем могут иметь и обе группы поршней. Приводной вал имеет концы, выступающие с противоположных сторон корпуса.

Преимущества, реализуемые в настоящем изобретении для всех типов машин объемного вытеснения текучих сред, можно в целом определить как отсутствие элементов с возвратно-поступательным и качательным движением, таких как шатуны, традиционные поршни и клапаны, все это приводит к значительному снижению шума, вызываемого неизбежным наличием зазоров между элементами. Исключается радиальное нагрузочное воздействие поршней на стенки цилиндров, поскольку напорное воздействие текучей среды всегда направлено тангенциально по отношению к кривизне гильзы, которая всегда совпадает с центром сферического поршня, как жестко закрепленного, так и качающегося, как следствие, значительно уменьшается износ и повышается эффективность, в особенности при запуске машин объемного вытеснения, уменьшается число элементов в проектировании и значительно снижается объем необходимый механической обработки, значительно уменьшаются осевые и радиальные габариты машин при достижении более высоких характеристик мощности и эффективности. В частности, для двигателей внутреннего сгорания исключаются проблемы центробежных нагрузок и упругости, которые могут ограничивать скорость вращения, кроме того, облегчается охлаждение как самих поршней от внутренних элементов корпуса, так и вращающегося блока гильз, который легко может функционировать в качестве насоса охлаждающей жидкости, исключаются проблемы дросселирования или заклинивания клапанов, контуры смазки и охлаждения не разделены, поскольку становится возможным использовать охлаждаемую жидкость, которая может также осуществлять функции смазки.

Кроме того, в особенности для машин объемного вытеснения насосов-двигателей или компрессоров, достижение компенсирования осевого давления на поршни позволяет дополнительно уменьшить трение и повысить эффективность, нет необходимости в соединительных элементах между опорной плитой поршней и блоком гильз, что, с другой стороны, является необходимым в насосах/двигателях с рабочими цилиндрами, поршни с закрепленными сферическими головками, связанные с опорным элементом, удобны в работе с небольшими или средними углами между валом и наклонным элементом, (поршни или блок гильз) и позволяют достигать высоких скоростей вращения, поскольку элементы, подверженные центробежным нагрузкам, отсутствуют. Поршни с качающимися головками позволяют работать с очень большими углами наклона и делают возможным уменьшение габаритов машины даже при больших рабочих объемах. Головки поршней, которые самоцентрируются по касательной к линии кривизны в любой точке вдоль образующей гильзы, не создают поэтому радиальной нагрузки на стенки гильзы под напорным воздействием текучей среды, ограничивая износ и повышая эффективность.

Наконец, насосы гидравлических систем могут в равной степени эффективно работать как в открытом, так и в замкнутом контуре при той же скорости вращения благодаря отсутствию шарнирно сочлененных элементов (прежде всего, шатунов), способных разъединяться и создавать опасные центробежные усилия, запитка замкнутого контура осуществима также непосредственно без традиционного использования так называемых питающих насосов, при объединении большего числа насосов для различных гидравлических систем группирование большего числа насосов на общем валу легко осуществимо при уменьшении общих габаритов, каждый из этих насосов подбирается по размеру и/или регулируется в соответствии с конкретными требованиями гидравлического контура, что позволяет обходиться без использования дорогостоящих механических соединительных элементов.

Несколько вариантов осуществления настоящего изобретения представлены на фигурах, где: на фиг. 1 показан в разрезе двигатель внутреннего сгорания с четырьмя поршнями и четырехтактным циклом по настоящему изобретению; на фиг. 2 - вид распределительной плиты со стороны вращающегося блока гильз; на фиг. 3 - в частичном разрезе устройство зажигания двухтактного двигателя; на фиг. 4 и 5 - два вида сбоку (со смещением на 90^o) криволинейного поршня; на фиг. 6 - продольный разрез насоса/двигателя или компрессора для текучих сред с изменяемым рабочим объемом в обоих направлениях, с вращающимся и наклоняемым блоком гильз; на фиг. 7 - частичный вид со стороны подачи плиты наклона блока гильз и распределения текучей среды по вращающемуся блоку гильз; на фиг. 8 - в разрезе поршень с качающейся головкой; на фиг. 9 и 10 - два вида поршня, аналогичных показанным на фиг. 4 и 5, но поршня, не предназначенного для двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 11 - вид сбоку поршня сферической конфигурации; на фиг. 12 - продольный разрез насоса-двигателя для текучих сред, аналогичного показанным на фиг. 6 и 9, без инверсии движения текучей среды; на фиг. 13 - продольный разрез насоса-двигателя для текучих сред, аналогичного показанному на фиг. 12, в котором обе механические части имеют изменяемый рабочий объем.

На фигурах цифровыми позициями соответственно обозначены: 1 (фиг. 1) - приводной вал, установленный с возможностью вращения на подшипниках в корпусе 2 эндотермического двигателя и несущий на каждом из своих концов 3 закрепленный с помощью поршневого пальца 4 соответствующий криволинейный поршень 5, поршень приводится посредством указанных концов вала в движение внутри гильз 7, позицией 8 показана распределительная плита, вращающаяся в кольце 9, позициями 10 и 11 обозначены, соответственно, выходной патрубок и входной патрубок, позицией 12 обозначена головка блока, снабженная свечой зажигания 13, обращенной к поршню в положении максимальной компрессии через износоустойчивую втулку 14 и камеру сгорания 15, выполненную в теле распределительной плиты, позицией 17 обозначена пружина для выбирания зазоров уплотнения между распределительной плитой 8 и блоком гильз 7, опирающаяся на сферический шарнир 18 блока центрирования вала, позицией 19 обозначены направляющие подшипники трубы 20 распределительной плиты, через которую проходит внутренний соосный вал 21, вращающийся вместе с блоком гильз 7 и управляющий вращением трубы 20 через редуктор 22, 23 и 24, позицией 26 показан канал охлаждения распределительной плиты и коллектора 10 и 11, и с аналогичным каналом 27 в блоке гильз, позицией 28 показано предусмотренное в каждой из гильз радиальное отверстие для установки поршневого пальца 4, позицией 29 обозначены уплотнительные кольца поршней 5, связанных с соответствующими бобышками 30 поршневых пальцев с помощью пальцев 4 на каждом из концов 3 вала, позициями 31 и 32 обозначены (фиг. 2) отверстия и всасывающие каналы распределительной плиты, а позициями 33 и 34 - отверстия и соответствующие выпускные каналы, позицией 35 ( фиг. 3) обозначена камера сгорания неподвижной распределительной плиты 36 двухтактного двигателя.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения соответственно показаны (фиг. 6): позицией 37 - приводной вал насоса/двигателя или компрессора объемного вытеснения, на котором насажена (с помощью шлицевого соединения 38) опорная плита поршней 39, поршни закреплены на плите с помощью резьбового соединения, показанный позицией 40 шток поршня имеет центральное отверстие 41 для компенсации осевых гидравлических усилий, поршень имеет головку со сферическим расширением 42 и уплотнительное кольцо 43 с наружной сферической выпуклостью, указанные поршни вводятся внутрь гильз 44 вращающегося блока гильз 45, располагающийся на указанном валу 37 с помощью шарового шарнира 46, позицией 47 показаны концевые зазоры компенсационных пружин, воздействующих на указанный шаровой шарнир и на плиту 39, скользящую по износоустойчивой антифрикционной прокладке 48, к которой обращены полости 49 компенсации осевого гидравлического давления, позицией 50 показано отверстие для прохода текучей среды из гильзы к распределительной головке 51, снабженной окнами 52 и каналами 53, со стороны, обращенной к блоку гильз 45, куда подается через предназначенные для ее прохождения каналы 54 и 55 текучая среда, позицией 56 показан вырез по оси распределительной головки 51 для обеспечения ее наклонного перемещения, осуществляемого вдоль ответной параллельной поверхности, предусмотренной в корпусе 58, позицией 59 обозначена сферическая головка поршня, которая может качаться на штоке 50 благодаря болту 60 со сферической головкой и соответствующей сферической поверхности контакта между штоком и головкой поршня 59.

В третьем варианте осуществления настоящего изобретения, без повторения позиций аналогичных элементов, представленных на предшествующих фигурах, соответственно показаны позицией 62 криволинейный поршень, перемещающийся в гильзе блока 63, имеющего впускные/выпускные отверстия, обращенные к крышке 65, снабженной впускными/выпускными каналами для текучей среды, позицией 66 обозначена опорная плита поршней, приводимая через шаровой шарнир 46 и примыкающая к соответствующей наклоняемой головке 67, прилегающей своей ответной поверхностью 68 к параллельной поверхности опорного блока 69, расположенного внутри корпуса 58, позицией 70 показана центральная ось кривизны гильзы, позицией 71 (фиг. 10) показана канавка для уплотнительного кольца 43, и позицией 72 обозначена ось штока поршня 40.

Наконец, оставшимися позициями обозначены: позицией 73 (фиг. 13) - опорная плита поршней, посаженная на валу 37 с помощью шлицевого соединения и поддерживающая две группы поршней, связанных с указанной плитой и противолежащих друг другу, при этом поршни снабжены осевыми отверстиями 74 для соединения соответствующих камер гильз, позицией 75 показан блок гильз без питающих линий, вращающийся аналогично блоку 45, но в дизельном цикле, с началом воспламенения через специальную камеру 15 или 35, для двухтактных двигателей, которые имеют распределительную плиту, прикрепленную к головке блока 12, привод соосного приводного вала 21, совместно с редуктором 22, 23 и 24, уменьшает скорость вращения вдвое через гильзу 20, с целью управления работой распределительной плиты 8.

В течение тактового хода поршней 5 внутри гильз 6 небольшие различия пути перемещения, обусловленные также значительными углами между осями вращения, компенсируются небольшими колебаниями поршневых пальцев 4 в бобышках 30, наряду с небольшим радиальным проскальзыванием поршней в промежуточных положениях 45^o, 135^o, 225^o и 315^o угла вращения. Охлаждающий агент всасывается из радиатора через патрубок 25 и проходит прямо в блок гильз 7 через полый вал 21. В отверстия 27 охладитель поступает через радиальные каналы, которые на фиг. не показаны и располагаются между гильзами, таким образом, охладитель под действием центробежной силы при вращении блока гильз заполняет внутренний объем корпуса 2, затем вытекает из него по нагретым по трубам, не показанным на фиг., в радиатор, охладитель, благодаря полости между гильзой 20 и соосным валом 21, охлаждает центральную часть распределительной плиты 8 и с помощью соответствующих каналов также охлаждает коллектор.

Работа насоса/двигателя или компрессора для текучей среды, представленного вторым вариантом выполнения настоящего изобретения, осуществляется следующим образом: текучая среда под давлением, проходя по каналам 54 и 55 и через окно 52, канал 53 и отверстия 50, поступает в гильзы 44, усилие воздействия на головку поршня 42 распределяется в соответствии с расположением уплотнительного кольца 43, т.е. точно вдоль оси штока 40, без передачи радиальных составляющих этого усилия от поршней к гильзам, вращение, сообщаемое опорной плите поршней 39, передается на приводной вал 37 через шлицевое соединение 38, полости 49, давление в которых поддерживается равным давлению в гильзах 44 благодаря отверстиям 41, уравновешивают осевые гидравлические усилия на указанной плите и на поршнях, тарельчатые пружины 47 выбирают торцевые зазоры между блоком гильз 45, головкой 51 и корпусом 58, предварительная нагрузка существенно превосходит усилие, создаваемое в ходе всасывания текучей среды под атмосферным давлением. Изменение рабочего объема и, таким образом, существенная гибкость функционального режима использования возможны путем изменения угла наклона головки 51 перемещением ее по криволинейной поверхности 57. Качающаяся головка поршня 59, даже при работе с достаточно большими углами между осями вращения поршней и гильз, всегда остается сбалансированной, поскольку центр качания лежит вне поршня и внутри текучей среды. И, напротив, у обычных поршней поршневой палец располагается достаточно далеко от поверхности, контактирующей с текучей средой.

Работа насоса/двигателя или компрессора для текучей среды, представленного третьим вариантом выполнения настоящего изобретения, осуществляется следующим образом: положения фиксации элементов на валу является перевернутым, т.е. именно блок гильз 63 приводит в движение рабочую пару, такое расположение формирует радиальные усилия на головках поршней 62, что приводит к быстрому износу гильз. Криволинейные поршни с головками 62 оказываются более пригодными для работы с большими углами взаимного наклона между осями, даже учитывая трудность в разработке и изготовлении. И в этом варианте выполнения изменение рабочего объема достигается изменением угла наклона головки, здесь обозначенной позицией 67.

На фигурах 12 и 13 представлены два варианта выполнения насосов-двигателей или компрессоров для текучих сред, предназначенных для различных областей использования. Первый представляет собой насос/двигатель с одной группой поршней с изменяемым рабочим объемом и другой группой поршней с фиксированным рабочим объемом, но без инвертирования потока текучей среды, второй вариант представляет собой насос/двигатель, снабженный двумя группами поршней с изменяемым рабочим объемом и инвертированием потока текучей среды, как показано стрелками рядом с каналами подачи 54, 55, головки 51 и/или 76 изменяют углы наклона от внешних органов управления с помощью известных в практике механизмов. В обоих вариантах выполнения опорная плита поршней 73, закрепленная на приводном валу 37, уравновешивает осевой напор между противоположными гильзами 44, и при наличии осевых отверстий 74 в поршнях текучая среда осуществляет меньшую работу, проходя через них.

Работа в режиме "насос/компрессор" может удобным образом осуществляться при всех углах наклона головки (51 и/или 76), тогда как работа в режиме "двигатель", с учетом известной невозможности установки нулевого рабочего объема, не может осуществляться при слишком малом угле наклона. Более того, с прекращением движения текучей среды между двумя группами поршней в сдвоенных устройствах по фиг. 12 и 13, что уменьшает эффективность, рабочий объем в машине по фиг. 12 нельзя выводить полностью на нулевую установку: головка 76 не может устанавливаться с углом наклона, противоположным показанному на фигуре, рабочий объем машины по фиг. 14 нельзя изменять, управляя головками 51 и 76 с инвертированным синхронизмом вращения так, чтобы они стали параллельными, благодаря чему рабочий объем станет равным нулю, они должны иметь наклон, как показано на фигуре, или противоположный показанному, чтобы обеспечить поток текучей среды соответственно в обоих направлениях.

Если в практическом исполнении материалы, размеры и функциональные детали будут отличаться от изложенных, но являться их техническими эквивалентами, настоящий патент будет иметь юридическую силу в отношении таких вариантов выполнения.

Так, например, насос/двигатель или компрессор по фиг. 6 или 9 могут быть выполнены с фиксированным рабочим объемом, либо даже насос и двигатель могут быть объединены через полости 49 или входные отверстия 64 установкой на корпусе фиксированного распределительного устройства для создания компактного гидростатического привода, преимущества, обусловленные уменьшением габаритов, массы и возможностью работы с высокими скоростями вращения, делают этот вариант осуществления особенно интересным.

Наконец, жесткое закрепление поршней на корпусе с сообщением блоку гильз качательного движения посредством осевого или радиального кулачка, связанного с приводным валом, позволит получить насос/двигатель или компрессор без подвижных элементов, за исключением кулачка, это особенно удобно в случае насосов для жидкостей. По аналогии с насосами, двигателями или компрессорами изменяемого рабочего объема возможно выполнение, с использованием конструкций поршней 5, 42, 59 или 62 и вращающегося блока гильз 7 по настоящему изобретению, эндотермических двигателей, имеющих небольшие рабочие объемы, улучшающих смешивание бензина и воздуха без сложных технологических приемов, используемых в настоящее время для улучшения их характеристик, с достижением высокой эффективности при низких затратах.

Формула изобретения

1. Машина объемного вытеснения текучей среды, содержащая корпус (2, 58), приводной вал (1, 37), имеющий первую ось вращения, множество поршней (5, 42, 59, 62), связанных с указанным приводным валом посредством соединительных элементов (3, 40), жестко связанных с указанным валом (1, 37) и по крайней мере частично выступающих в направлении, в существенной степени параллельном указанному валу, блок (7, 45, 75), имеющий множество гильз дугообразного профиля и имеющий возможность вращения внутри указанного корпуса вокруг второй оси вращения, пересекающейся с первой осью вращения приводного вала (1, 37) в точке пересечения, при этом дугообразные гильзы имеют центр кривизны, который в существенной степени совпадает с точкой пересечения первой и второй осей вращения, причем вращающийся блок (7, 45, 75) синхронно приводится во вращение вокруг второй оси указанными поршнями, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит центрирующие элементы (18, 16) для центрирования указанного блока гильз (7, 45, 75) на приводном валу (1, 37) в существенной степени в указанной точке пересечения и упругие элементы (17, 47), поджимающие блок гильз через центрирующие элементы (18, 46) в направлении элементов (8, 51, 76, 78), обеспечивающих возвратно-поступательное перемещение.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что указанные соединительные элементы представлены штоками (40) и связаны с указанным валом (37) посредством опорной плиты (39, 73).

3. Машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что изменение угла взаимного наклона между осью вращения блока гильз (7, 45, 75) и осью вращения поршней (5, 42, 59) позволяет осуществлять изменение рабочего объема.

4. Машина по одному из пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что поршни соединены жестко или с возможностью качания с их валом (1, 37) или вращающейся плитой (39, 73).

5. Машина по одному или нескольким из пп. 1 - 4, отличающаяся тем, что поршни выполнены со сферической головкой (42, 59) и снабжены уплотнительными кольцами (29, 43), которые также имеют сферическую поверхность уплотнения и располагаются в головке поршня так, чтобы входить в контакт со стенкой соответствующей гильзы (6, 44) в радиальном по отношению к оси этой гильзы направлении.

6. Машина по одному или нескольким из пп. 1 - 4, отличающаяся тем, что поршни (5, 42) имеют дугообразную форму, соответствующую форме гильз (6, 44), и снабжены уплотнительными кольцами (29, 43) со сферической поверхностью уплотнения.

7. Машина по одному или нескольким из пп. 1 - 6, отличающаяся тем, что она имеет распределительную плиту (8), примыкающую к указанному блоку гильз (7) и имеющую по меньшей мере один соединительный впускной канал (31, 32), сообщающийся с гильзами, по меньшей мере один выпускной канал (33, 34) и по меньшей мере одну камеру сгорания (15), которая вращается или нет по отношению к корпусу (2).

8. Машина по п. 7, отличающаяся тем, что распределительная плита (8) имеет закрытые зоны в промежуточных положениях, совпадающих с конечным положением фазы выпуска и таким образом обеспечивающих достижение нулевого объема в четырехтактном цикле.

9. Машина по п. 6 или 8, отличающаяся тем, что она имеет один единый вспомогательный контур охлаждения и смазывания.

10. Машина по одному или нескольким из пп. 7 - 9, отличающаяся тем, что блок гильз (7) функционирует в качестве подвижного элемента насоса для указанного контура охлаждения и смазывания.

11. Машина по одному или нескольким из пп. 1 - 6, отличающаяся тем, что она имеет поршни с головками, жестко связанными с штоком поршня (40), который, в свою очередь, жестко связан с вращающейся плитой (39, 73).

12. Машина по одному или нескольким из пп. 1 - 12, отличающаяся тем, что качающиеся головки поршней (59) имеют поверхность контакта (61) с штоком поршня (40) и поверхность контакта с головкой (60) соединительного болта, также имеющие сферическую форму и концентрически расположенные.

13. Машина по одному или нескольким из пп. 1 - 12, отличающаяся тем, что она имеет изменяемый рабочий объем, что достигается изменением угла взаимного наклона между поршнями и гильзами, опирающимися на плиту (51, 76), задняя поверхность которой представляет собой цилиндрическую поверхность с осью вращения, проходящей через точку пересечения осей вращения блока гильз (45, 75) и поршней (42).

14. Машина по одному или нескольким из пп. 1 - 13, отличающаяся тем, что она имеет две группы поршней (42), выступающих из одной и той же опорной плиты (73), причем каждый поршень связан через осевое отверстие (74) в его штоке (40) с противолежащим ему поршнем другой группы.

15. Машина по п. 14, отличающаяся тем, что одна из двух групп поршней (42) имеет фиксированный рабочий объем (45, 78), а вторая группа имеет изменяемый рабочий объем (75, 76).

16. Машина по п. 14, отличающаяся тем, что обе группы поршней (42) имеют изменяемый рабочий объем (45, 51, 75, 76).

17. Машина по одному или нескольким из пп. 1 - 16, отличающаяся тем, что приводной вал (37) имеет концы, выступающие с противоположных сторон корпуса (58).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13