Бескривошипный двигатель

 

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к поршневым двигателям внутреннего сгорания, которые принадлежат к классу тепловых двигателей, в которых тепловая энергия, выделяющая при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу. На корпусе многопериодного пространственного силового механизма установлены призмовидные с угловидными в угол 90^o пазами направляющие, в которых установлен ползун с возможностью возвратно-поступательного движения относительно корпуса. Газораспределительный механизм, приводящий в действие клапана, снабжен планетарным редуктором, у которого диск с профильными обоймами выполнен совмещенным в одно целое с водилом. Упрощается конструкция, повышается надежность, увеличивается эффективная мощность путем снижения механических потерь и удлинения хода поршня в радиальном направлении, снижается расход топлива на единицу мощности, увеличивается срок службы в целом и повышается кпд. 9 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к поршневым двигателям внутреннего сгорания, которые принадлежат к распространенному и многочисленному классу тепловых двигателей, в которых тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую полезную работу. В этих двигателях процессы сгорания топлива, выделение теплоты и преобразования ее в механическую работу происходят непосредственно внутри двигателя.

Известен двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом /СССР, авторское свидетельство 118471, кл. F 01 B 9/02, 1958 г./ /1/.

Бесшатунный двигатель имеет звездообразное расположение цилиндров, а поршни попарно жестко связаны между собой штоками, сочлененными через подшипники со средними шейками коленчатого вала, имеющего вращение шеек, с перемещением поршневых систем и связанных их штоков по оси противоположных цилиндров. Рабочий вал у этого двигателя выполнен из двух частей с кривошипами, несущими подшипники для закрепления в них на радиусе одной четвертой хода поршня, крайних шеек, коленчатого вала, и снабжен соединительным валом, фиксирующим с помощью шестерни положение кривошипов обеих частей рабочего вала друг относительно друга.

Недостатком этого двигателя является усложненная конструкция кривошипного бесшатунного механизма, который имеет дополнительный соединительный вал с шестернями для фиксации положения частей кривошипов относительно друг друга, а также и наличие коленчатого вала.

Из патентной литературы известен двигатель внутреннего сгорания /патент США 4553503, кл. F 02 В 75/26, 1985 г./ /2/.

Двигатель содержит блок цилиндров с аксиально расположенными цилиндрами, в которых установлены с возможностью возвратно-поступательного движения поршни, головку блока цилиндров, впускной и выпускной клапаны, механизм, преобразующий возвратно-поступательные движения поршней во вращательное движение вала двигателя, на торцевых поверхностях обода маховика этого механизма выполнены передний и задний профили, рабочие и вспомогательные ролики охватывают этих профили.

Основными недостатками этих двигателей являются геометрическое и упругое скольжения с упругими деформациями в зонах контактов цилиндрических роликов с профилями. Окружная скорость на рабочей поверхности роликов постоянна по всей его ширине, так как ролик имеет цилиндрическую форму. Скорость различных точек у витков профиля изменяется пропорционально расстоянию этих точек от центра оси двигателя. На наружной поверхности кромки витков профиля скорость больше, чем на внутренней, при одинаковой угловой скорости, т.к. окружная скорость определяется выражением v=ωR_i, где ω - угловая скорость вала двигателя; R_i - радиус-вектор в данном сечении профиля.

Эти скольжения роликов по виткам профиля являются причиной быстрого износа контактных поверхностей и снижения надежности, т.к. создают повышенные потери мощности на трение, а это влияет на уменьшение кпд двигателя.

Консольное закрепление роликов относительно оси штока поршня.

При консольном закреплении роликов максимальный изгибающий момент от действия сил в процессе расширения газов в цилиндре возникает в заделке и осуществляется прогиб конца оси ролика. От этого прогиба оси ролика поворачивается и ролик относительно профиля. Ввиду этого происходит непрерывный контакт ролика с профилем. В результате возникают упругие деформации, которые резко снижают надежность. Кроме того, прогиб увеличивает величину камеру сжатия в цилиндре, а вследствие этого изменяется и степень сжатия, а в результате существенно снижается мощность двигателя.

У каждого ролика вращается наружное кольцо. При вращении наружного кольца происходит преждевременный износ и усталость материала, что ведет к снижению прочности и долговечности подшипника на 15-25%.

Более опасным является случай, когда неподвижно внутреннее кольцо, при этом подшипник выходит из строя из-за местного износа внутреннего кольца вследствие высоких напряжений между внутренним кольцом и шариками в наружной части подшипника.

Межцентровое расстояние у роликов не изменяется по величине. Однако у преобразующего вращения механизма профильные секции по величине различны, т. е. одна секция в два раза длиннее другой. При наличии различных длин изменяются и углы наклона этих секций, ввиду этого изменяются и расстояния при контакте роликов с профилем, т.е. образуется зазор между роликами и профилем, что недопустимо в подобных механизмах.

Сила, действующая на поршень от расширения газов в цилиндре двигателя, раскладывается при контакте роликов с профилями, а полезная, создающая крутящий момент на валу двигателя, определяется произведением этих сил на тангенс угла наклона профильной секции.

У этого двигателя угол наклона профильной секции равен 25^o. Тангенс этого угла равен 0,4663. Следовательно, для создания полезного крутящего момента используется только 0,4663 силы от расширения газов в цилиндре двигателя, т.е. 46,63%.

Известен бескривошипный двигатель внутреннего сгорания /патент Российской Федерации 2128774, кл. F 01 B 9/02, F 02 B 75/26, 1997 г./, который принят за прототип.

Двигатель содержит блок цилиндров с аксиально расположенными цилиндрами, в которых установлены с возможностью возвратно-поступательного движения поршни, многопериодный пространственный силовой механизм, преобразующий возвратно-поступательные движения поршней во вращательное движение вала, на передней и задней торцевых поверхностях обода маховика многопериодного пространственного силового механизма выполнены правого и левого направлений тородуговинтовые профили с четным количеством полупериодов движения t, каждый полупериод правого направления последовательно сопряжен с полупериодом левого направления, полупериоды разделены эллиптическими и гиперболическими точками перегиба, каждая эллиптическая точка перегиба является верхней мертвой точкой хода поршня, а гиперболическая точка перегиба является нижней мертвой точкой хода поршня, передний тородуговинтовой профиль в радиальной плоскости образован дугой окружности радиусом R₃ - передней радиальной кривизны, профиль выполнен наклонным на угол β относительно радиальной плоскости, при этом, центр этого радиуса R₃ расположен на наклонной линии, перпендикулярной к касательной переднего профиля, проходящей через точку, лежащую на линии образующей делительной окружности переднего профиля, а по развернутой делительной окружности цилиндра обода на плоскость образованы выпуклыми дугами окружностей радиусом R₁ и вогнутыми дугами окружностей радиусом R₂, которые плавно и касательно сопряжены с винтовыми линиями правого и левого направлений, задний тородуговинтовой профиль в радиальной плоскости образован дугой окружности радиусом R₄ - задней радиальной кривизны, профиль выполнен наклонным на угол β₁ относительно радиальной плоскости, при этом центр этого радиуса R₄ расположен на наклонной линии, перпендикулярной к касательной заднего профиля, проходящей через точку, лежащую на линии образующей делительной окружности заднего профиля, а по развернутой делительной окружности цилиндра обода на плоскость образованы выпуклыми дугами окружностей радиусом R_1в и вогнутыми дугами окружностей R_2в, которые плавно и касательно сопряжены с винтовыми линиями правого и левого направлений, на наружных поверхностях у переднего рабочего и у заднего вспомогательного роликов выполнены желоба, рабочий и вспомогательный ролики установлены с возможностью взаимодействия их желобов с передним и задним тородуговинтовыми профилями обода маховика пространственного силового механизма, каждый ролик выполнен в виде двухрядного концентричного радиально-упорного шарикоподшипника с вращающимся внутренним кольцом, выполненным за одно целое с роликом.

Недостатком этого двигателя является то, что подобно не раскрыто конструктивное исполнение газораспределительного механизма управления движения клапанов, а также и соединение поршня со штоком.

Задача, решаемая изобретением, не порочит новизну технического решения изобретения патент 2128774, а дополняются новые технические решения, которые могут быть использованы предприятиями-изготовителями данных двигателей.

Техническая задача, решаемая изобретением.

Техническая задача, решаемая изобретением, - упрощение конструкции и повышение надежности двигателя, увеличение эффективной мощности путем снижения механических потерь, а также путем удлинения хода поршня в радиальном направлении, снижения расхода топлива на единицу мощности, увеличения срока службы двигателя в целом и повышения кпд двигателя.

Техническая задача решена.

На корпусе многопериодного пространственного силового механизма установлены призмовидные с угловидными в угол 90^o пазами направляющие, на поверхностях угловидных пазов выполнены дорожки качения, ответные угловидные в угол 90^o пазы с дорожками качения выполнены и на боковых поверхностях ползуна, между дорожками качения направляющих и ползуна размещены ряды шариков, установленных в сепараторах, шарики выполнены взаимодействующими с дорожками качения ползуна и направляющих, ползуны установлены с возможностью возвратно-поступательных движений относительно корпуса многопериодного пространственного силового механизма, каждый ползун соединен с вилковидной головкой штока, а на втором конце ползуна выполнен прилив, образующий собой проушину, в этой проушине установлен вспомогательный ролик, который выполнен по конструкции аналогичным рабочему ролику, рабочие ролики, установленные в проушинах вилковидных головок штоков, и вспомогательные ролики выполнены взаимодействующими их желобов с передним и задним тородуговинтовыми профилями многопериодного пространственного силового механизма, газораспределительный механизм, приводимый в действие, впускные и выпускные клапаны, размещенные в блоке цилиндров, снабжен планетарным редуктором, у которого диск выполнен совмещенным за одно целое с водилом редуктора, на этом диске концентрично установлены две - внешняя и внутренняя - кольцевые обоймы, на торцевых поверхностях которых выполнены торовидные кулачки, которые плавно и касательно сопряжены с общим торовидным профилем обойм, ролики клапанов установлены с возможностью взаимодействия их желобов с профилями обойм, кулачковый диск установлен соосно с центральным валом двигателя.

При шаровом соединении поршня со штоком, в процессе работы двигателя, обеспечивается возможность осевого поворота поршня относительно цилиндра, ввиду этого обеспечивается равномерный износ зеркала цилиндра. А поэтому срок службы цилиндра больше по сравнению с поршнями, которые соединены при помощи пальца.

Изобретение поясняется чертежами на фиг. 1 изображен бескривошипный двигатель, продольный разрез в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; на фиг. 2 - то же, разрез по Е-Е на фиг.1; на фиг.3 - осевой разрез поршня; на фиг. 4 - частичный разрез вспомогательного ролика и ползуна в осевом направлении; на фиг.5 - разрез по И-И на фиг.4; на фиг.6 - сечение по Ж-Ж на фиг.2;
на фиг.7 - осевой разрез подшипника привода клапана;
на фиг.8 - один период тородуговинтового профиля, развертка по делительной окружности.

на фиг.9 - сечение тородуговинтового профиля по точкам перегиба.

Бескривошипный двигатель содержит блок цилиндров 1, к торцам которого соосно присоединены слева корпус 2 многопериодного пространственного силового механизма, а справа головка блока цилиндров 3. В аксиальных и диаметрально противоположных одно другому отверстиях блока 1 установлены цилиндры 4, в которых размещены с возможностью возвратно-поступательного движения поршни 5. Поршни 5 соосно соединены со штоком 6 шаровыми соединениями. Каждый шток 6 снабжен шаровой головкой 7, которая установлена на конце и выполнена в виде шарового пояса и установлена соосно со штоком и зафиксирована от осевого перемещения коническим резьбовым вкладышем 8, а вкладыш застопорен стопором 9. Шаровую головку 7 охватывают своими сферическими отверстиями вкладыши 10 и 11, установленные в осевом ступенчатом отверстии поршня 5, одна ступень отверстия коническая, а вторая цилиндрическая. Вкладыши закреплены от осевого перемещения двумя гайками 12, шайбой 13 и стопорным кольцом 14. На втором конце у каждого штока 6 выполнена совмещенная за одно целое со штоком вилковидная головка 15. В проушине этой головки установлен рабочий ролик 16. На наружных поверхностях этих роликов выполнены желоба 17, при этом профиль желобов выполнен с наклоном на угол β относительно оси вращения ролика, а центр радиуса R₄ расположен на наклонной линии, перпендикулярной к касательной желоба. На торцевых поверхностях роликов 16 выполнены концентричные кольцевые углубления. На внутренних переходных поверхностях этих углублений выполнены дорожки качения 18 и 19, а в целом представляют собой внутренние кольца двухрядных концентричных радиально-упорных шарикоподшипников. В этих углублениях размещены ряды шариков 20 и 21, которые установлены в гнездах сепараторов 22 и 23. Верхние ряды шариков охвачены верхней обоймой 24, а нижние ряды шариков охвачены нижней обоймой 25. На внутренних поверхностях обойм 24 и 25 выполнены ответные дорожки качения 26 и 27. Шарики 20 и 21 установлены с возможностью взаимодействия с дорожками качения 18, 19 и 26, 27. При такой компоновке каждый ролик 16 представляет собой двухрядный концентричный радиально-упорный шарикоподшипник с вращением внутреннего кольца, выполненного совмещенным за одно целое с роликом. Верхняя 24 и нижняя 25 обоймы сцентрированы в отверстиях полок вилковидной головки 15 штока. Верхняя 24 и нижняя 25 обоймы закреплены от осевого перемещения двумя - верхней 28 и нижней 29 - гильзами, которые соединены между собой резьбовым соединением. Верхняя 28 и нижняя 29 гильзы зафиксированы от осевого перемещения центральным проходящим через их отверстия стержнем 30. Головка центрального стержня 30 установлена в пазу нижней гильзы 29, а верхняя гильза 28 соединена со стержнем шлицевым соединением, выполненным в отверстии верхней гильзы 28 и на стержне 30. Центральный стержень 30 закреплен от осевого перемещения гайкой 31 со стопорной шайбой 32.

Каждая вилковидная головка 15 соединена с соответствующим ползуном 33 на расстояние Н между осями рабочего 16 и вспомогательного 34 роликов. На ползуне 33 выполнен прилив 35, образующий собой проушину. В этой проушине установлен вспомогательный ролик 34, который по конструктивному исполнению аналогичен рабочему ролику 16. На наружной поверхности у вспомогательного ролика выполнен желоб, а профиль желоба выполнен с наклоном на угол β относительно оси вращения ролика, а центр радиуса R₄ расположен на наклонной линии, перпендикулярной к касательной желоба.

На торцевых поверхностях ролика 34 выполнены концентричные кольцевые проточки, а их внутренние поверхности являются дорожками качения 36 и 37. В проточках размещены ряды шариков 38 и 39, установленные в сепараторах 40 и 41. Ряды шариков 38 охвачены верхней обоймой 42, на внутренней поверхности которой выполнены ответные дорожки качения 43. Ряды шариков 39 охвачены нижней обоймой 44, на внутренней поверхности которой выполнены ответные дорожки качения 45. Ряды шариков 38 взаимодействуют с дорожками качения 36 и 43, а ряды шариков 39 взаимодействуют с дорожками качения 37 и 45. Верхняя обойма 42 сцентрирована в отверстие ползуна 33, а нижняя обойма 44 сцентрирована в отверстие прилива 35. Верхняя 42 и нижняя 44 обоймы закреплены от осевого перемещения верхней 46 и нижней 47 гильзами, которые соединены между собой резьбовым соединением. Верхняя 46 и нижняя 47 гильзы закреплены от осевого перемещения центральным проходящим через их отверстия стержнем 48. Головка стержня установлена в пазу нижней гильзы 47, а верхняя гильза 46 соединена со стержнем 48 шлицевым соединением, выполненным в отверстие верхней гильзы и на стержне. Центральный стержень 48 в свою очередь закреплен от осевого перемещения гайкой 49 с шайбой 50. По образующим центральных стержней 30 и 48, а также и по образующим гильз 28, 29 и 46, 47, выполнены маслоструйные отверстия 51.

Рабочие 16 и вспомогательные 34 ролики установлены с возможностью взаимодействия их желобов с передним и задним тородуговинтовыми профилями обода маховика многопериодного пространственного силового механизма.

По правой и левой сторонам ползуна 33 выполнены угловидные в угол 90^o осевого направления пазы, а на поверхностях этих пазов выполнены дорожки качения 52. По правой и левой сторонам ползуна 33 установлены на корпусе механизма 2 призмовидные с угловидными в угол 90^o пазами направляющие 53, а поверхности этих пазов являются ответными дорожками качения 54. Между дорожками качения 52 и 54 размещены ряды шариков 55, установленные в гнездах сепараторов 56. Шарики 55 установлены с возможностью взаимодействия с дорожками качения 52 и 54. Таким образом, ползуны установлены с возможностью возвратно-поступательных движений в направляющих качения относительно корпуса 2.

Основной рабочей деталью в многопериодном пространственном силовом механизме, преобразующем возвратно-поступательные движения поршней во вращательное движение центрального вала 57 двигателя является маховик 58. Маховик с ободом 59 установлен на валу 57 и соединен при помощи зубчатого соединения /конструктивное исполнение этого соединения изложено в описании изобретения, авторское свидетельство 1209955, F 16 D 1/06, 1982 г./. Вал 57 двигателя установлен на трех подшипниковых опорах, передней 60, промежуточной 61 и задней 62. Передняя 60 установлена во фланце 63, а промежуточная и задняя - в корпусе 2 механизма.

Соосно передней подшипниковой опоре 60 установлен планетарный понижающий обороты редуктор 64. Кулачковый газораспределительный механизм управления движениями впускных 65 и выпускных 66 клапанов кинематически связан с планетарным редуктором 64. Кулачковый диск 67, совмещенный за одно целое с водилом планетарного редуктора, установлен соосно с центральным валом 57 на подшипнике качения 68, выполненным с промежуточным вращающимся кольцом 69. На кулачковом диске 67 концентрично установлены две - внешняя 70 и внутренняя 71 - обоймы. На торцевых поверхностях этих обойм выполнены торовидные кулачки, которые плавно и касательно сопряжены с общим торовидным профилем. Профиль у каждой обоймы выполнен наклонным на угол β_к относительно оси клапана, а центр радиуса радиальной кривизны расположен на наклонной линии, перпендикулярной к касательной профиля /на чертеже не показаны/. Кулачки внешней обоймы 70 приводят в действие выпускные клапаны 66 при взаимодействии роликов 72. Кулачки внутренней обоймы 71 приводят в действие клапаны 65 при взаимодействии роликов 73.

Блок цилиндров 1 и корпус механизма 2 закреплены анкерными связями 74.

На передней торцевой поверхности обода маховика тородуговинтовые профили в радиальной плоскости образованы дугами окружностей радиусом R₃, а по задней торцевой поверхности образованы дугами окружностей радиусом R₄. По развернутой делительной окружности цилиндра обода на плоскость передний профиль имеет выпуклую кривизну радиуса ₁ и вогнутую кривизну радиуса R₂, которые плавно и касательно сопряжены с наклонной на угол α винтовой линии, а задний профиль имеет выпуклую кривизну радиуса R_1в и вогнутую кривизну R_2в, которые плавно и касательно сопряжены с наклонной на угол α винтовой линии.

Теоретический профиль по развернутой делительной окружности /или эквидистантный профиль/ образованы в виде выпуклых и вогнутых дуг окружностей радиуса R, а эти окружности плавно сопряжены с винтовыми линиями правого и левого направлений.

На фиг.8 обозначения
dp - диаметр рабочего ролика,
dpв - диаметр вспомогательного ролика.

Обоснование параметров и работа бескривошипного двигателя.

Двигатель характеризуется рядом основных параметров, которые могут быть объединены в три основных группы: конструктивные, термодинамические, эксплуатационные.

Конструктивные параметры характеризуют использование рабочего объема, тепловую и динамическую нагрузку деталей двигателя.

К эксплуатационным параметрам относятся экономичность, надежность и технологичность обслуживания.

Под экономичностью двигателя понимают расход топлива на единицу мощности или удельный расход топлива показывает, сколько расходуется топлива на создание мощности в одну лошадиную силу в час.

Основным конструктивным параметром данного двигателя является то, что он выполнен с многопериодным пространственным силовым механизмом, преобразующим возвратно-поступательные движения поршней во вращательное движение центрального вала двигателя и передающего усилия от поршней к валу, создавая полезный крутящий момент.

Рабочий цикл в бескривошипном двигателе осуществляется в прямой зависимости от количества полупериодов, а количество полупериодов равно количеству цилиндров. В осевом направлении каждый полупериод по величине равен осевому ходу поршня S. Средняя скорость поршня Сm, которая характеризует быстроходность двигателя, определена по отношению

где S - ход поршня в осевом направлении;
n - частота вращения вала двигателя;
Z - количество полупериодов.

Основной характеристикой каждого двигателя является мощность, приходящаяся на один литр рабочего объема цилиндра. Мощность бескривошипного двигателя определена по аналогичной методике, как и у двигателей внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом. Однако соотношение определения мощности имеет отличие, в которое введен коэффициент мощности К, который учитывает действия сил от расширения газов в цилиндре по удлиненному пути.

Ход поршня в осевом направлении равен расчетной величине S, а в радиальном направлении эта расчетная величина осевого хода поршня в преобразующем механизме увеличивается, а ее величина определена по соотношению

где D_g - диаметр по делительной окружности профиля;
Z - количество полупериодов профиля.

Тангенциальная сила, создающая крутящий момент на валу двигателя, действует по удлиненному пути, а величина этого пути равна S_p.

Коэффициент мощности К определен отношением
К=S_p/S,
где S - ход поршня в осевом направлении;
Sp - величина хода поршня в радиальном направлении.

Величина коэффициента К, в зависимости от количества полупериодов у многопериодного пространственного силового механизма, изменяется в пределах от 1,50 до 1,85. Чем больше количество полупериодов, тем больше и величина коэффициента К.

На основании произведенного химико-термодинамического расчета рабочего процесса бескривошипного двигателя внутреннего сгорания определены характеристические параметры, которые необходимы для оценки двигателя и приведены в таблице.

Из приведенных расчетных данных видно, что бескривошипный двигатель по мощности в 1,57 раза мощнее совершенно нового двигателя модели УМЗ-249-10 завода Волжские моторы, г. Ульяновск, а расход топлива 118 грамм на лошадиную силу в час.

Наибольшей потерей мощности в двигателях с кривошипно-шатунным механизмом являются потери на преодоление сопротивления трения, особенно поршневых колец и поршней о стенки цилиндров, ввиду наличия боковых /нормальных"/ сил, передающих поршням и на стенки цилиндров.

У бескривошипных двигателей эта боковая/нормальная/ сила равна нулю. Следовательно, потери на трение поршней о стенки цилиндров значительно снижены. Общие механические потери мощности на трение у бескривошипных двигателей также снижены при наличии всех кинематических пар работающих на подшипниках качения.

Мощность бескривошипного четырехтактного двигателя с четырехполупериодным тородуговинтоым профилем определена по соотношению

где Ре - среднее эффективное давление, кгс/см²;
F - площадь поршня, см²;
n - частота вращения вала двигателя, об/мин;
i - число цилиндров;
S - осевой ход поршня, м;
К - коэффициент мощности.

Газораспределительный механизм содержит впускные и выпускные клапаны, гидравлические штоки /толкатели/, при наличии которых автоматически устраняются зазоры между клапанами и их седлами, что снижает шум при работе двигателя. У каждого штока на нижнем конце выполнена вилка, в проушине которой установлен ролик 72 или 73 в зависимости от приводимого в действие впускного или выпускного клапана. Ролики 72 и 73 установлены с возможностью взаимодействия их желобов с торовидными профилями и кулачками внешней 70 и внутренней 71 обойм. Одноступенчатый планетарный редуктор 64 установлен соосно с валом двигателя 57 и приводится в действие при взаимодействии шестерни, выполненной на валу 57.

Одноступенчатый планетарный редуктор выполнен понижающим обороты относительно оборотов вала 57, а передаточное число равно четырем. Количество кулачков на внешней и внутренней обоймах одинаково и определено в зависимости от количества полупериодов у тородуговинтового профиля. Например, при четырехполупериодном профиле по одному кулачку на обойме, а при восьмиполупериодном профиле - по два кулачка на обойме, расположенных диаметрально противоположно.

Одноступенчатые планетарные редукторы имеют высокий кпд до 99%, а главное, имеют меньшие габариты /см. В. А. Дмитриев, "Детали машин", изд. "Судостроение", Л., 1970 г., с.459, рис.179а/.

Для улучшения экономичности бескривошипного двигателя рабочий цикл может осуществляться с еще большим продолжительным расширением, т.е. с применением цикла удлиненного расширения, суть которого заключается в следующем. Номинальную степень сжатия увеличиваем на 1...3 единицы, а чтобы двигатель не детонировал, увеличиваем угол запаздывания закрытия впускного клапана 65. При этом часть заряда выталкивается из цилиндра в начале такта сжатия, в результате чего начало процесса сжатия задерживается, т.е. уменьшается фактическая степень сжатия. Степень же расширения, от которой главным образом зависит экономичность, остается равной номинальной степени сжатия, т.е. большей по сравнению с фактической степенью сжатия.

Чтобы компенсировать уменьшение заряда цилиндра, приходится соответственно увеличивать осевой ход поршня. В бескривошипных двигателях увеличение хода поршня незначительно влияет на габариты.

Применение цикла удлиненного расширения как средство повышения экономичности у бескривошипных двигателей является целесообразным, т.к. снижается удельный расход топлива на 10-12% по сравнению с работой по обычному циклу.

При наличии многопериодного пространственного силового механизма осуществляется прямолинейное движение поршней, а также создается возможность приблизить цилиндры к корпусу механизма. Благодаря чему создается простота и компактность конструкции и уменьшаются габариты двигателя, а трудоемкость изготовления на 20-25% ниже по отношению к современным двигателям.

Многопериодный пространственный силовой механизм является одним из основных и перспективных способов получения малогабаритных легких бескривошипных двигателей с высокой степенью форсирования по быстроходности.

Бескривошипная схема двигателя позволяет получить значительно большие мощности при неизменной частоте вращения центрального вала, а также и при неизменном диаметре цилиндра нижеследующими способами: повышением степени сжатия путем увеличения осевого хода поршня, увеличения количества полупериодов, а также и цилиндров.

Все вышеизложенные достоинства открывают широкие перспективы применения бескривошипных двигателей внутреннего сгорания на автомобилях, тракторах, судах в качестве привода генераторов, а также в других транспортных средствах и областях техники, т.е. там, где первостепенное значение имеют малая масса двигателя и минимальная вибрация, а также и сравнительно небольшая стоимость, а при уменьшенном расходе топлива на единицу мощности уменьшается токсичность выхлопа.

Формула изобретения

Бескривошипный двигатель, содержащий блок цилиндров с аксиально расположенными цилиндрами, в которых установлены с возможностью возвратно-поступательного движения поршни, газораспределительный механизм с кулачковым диском, приводящий в действие клапаны, многопериодный пространственный силовой механизм, преобразующий возвратно-поступательные движения поршней во вращательное движение вала, на передней и задней торцовых поверхностях обода маховика многопериодного пространственного силового механизма выполнены правого и левого направлений тородуговинтовые профили с четным количеством полупериодов t, каждый полупериод правого направления последовательно сопряжен с полупериодом левого направления, полупериоды разделены эллиптическими и гиперболическими точками перегиба, каждая эллиптическая точка перегиба является верхней мертвой точкой осевого хода поршня, а гиперболическая точка перегиба является нижней мертвой точкой осевого хода поршня, передний и задний тородуговинтовые профили в радиальной плоскости образованы дугой окружности радиусом R₃, профили выполнены наклонными на угол β относительно радиальной плоскости, при этом центр радиуса R₃ расположен на наклонной линии, перпендикулярной касательной, проходящей через точку, лежащую на линии образующей делительной окружности профиля, а по развернутой делительной окружности цилиндра обода на плоскость, образованы выпуклыми дугами окружностей радиусом R₁ и вогнутыми дугами окружностей радиусом R₂, которые плавно и касательно сопряжены с винтовыми линиями правого и левого направлений, расстояние от эллиптической точки перегиба до гиперболической точки перегиба в осевом направлении равно осевому ходу поршня S, на наружных поверхностях роликов выполнены желоба, ролики установлены с возможностью взаимодействия их желобов с передним и задним тородуговинтовыми профилями обода маховика многопериодного пространственного силового механизма, каждый ролик выполнен в виде двухрядного концентричного радиально-упорного шарикоподшипника с вращающимся внутренним кольцом, выполненным за одно целое с роликом, отличающийся тем, что на корпусе многопериодного пространственного силового механизма установлены призмовидные с угловидными в угол 90^o пазами направляющие, на поверхностях угловидных пазов выполнены дорожки качения, ответные угловидные в угол 90^o пазы с дорожками качения выполнены и на боковых поверхностях ползуна, между дорожками качения направляющих и ползуна размещены ряды шариков, установленных в сепараторах, шарики выполнены взаимодействующими с дорожками качения ползуна и направляющих, ползуны установлены с возможностью возвратно-поступательных движений относительно корпуса многопериодного пространственного силового механизма, каждый ползун соединен одним концом с вилковидной головкой штока, а на втором конце ползуна выполнен прилив, образующий собой проушину, в этой проушине установлен вспомогательный ролик, который выполнен по конструкции аналогичным рабочему ролику, рабочие ролики, установленные в проушинах вилковидных головок штоков, и вспомогательные ролики выполнены взаимодействующими их желобов с передним и задним тородуговинтовыми профилями многопериодного пространственного силового механизма, газораспределительный механизм, приводящий в действие впускные и выпускные клапана, размещенные в блоке цилиндров, снабжен планетарным редуктором, у которого диск выполнен совмещенным за одно целое с водилом редуктора, на этом диске концентрично установлены две внешняя и внутренняя кольцевые обоймы, на торцовых поверхностях которых выполнены торовидные кулачки, которые плавно и касательно сопряжены с общим торовидным профилем обойм, ролики клапанов установлены с возможностью взаимодействия их желобов с профилями обойм, кулачковый диск установлен соосно с центральным валом двигателя.

РИСУНКИ

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