Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесшатунным поршневым двигателям внутреннего сгорания. Технический результат заключается в возможности создания надежного и долговечного в работе бесшатунного поршневого двигателя с компактными габаритами. Согласно изобретению двигатель включает в себя корпус с крышками, установленный в них выходной вал, взаимодействующий с шестернями, а также цилиндры и поршни, размещенные в одной плоскости. Поршни снабжены опорными шайбами и подпятниками, выполненными с шейками, имеющими сферические поверхности, взаимодействующие с пазами, выполненными в замыкающем кольце, размещенном между опорными шайбами и шейками подпятников. Подпятники контактируют с роликами-толкателями, размещенными в ступицах шестерен, установленных в щечках выходного вала и взаимодействующих с неподвижным зубчатым колесом. При этом корпус выполнен в виде кольца, а передаточное отношение шестерен и зубчатого колеса равно 1:2. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесшатунным поршневым двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, например на транспорте, в качестве поршневых компрессоров и насосов и др.

Известны бесшатунные двигатели внутреннего сгорания (см. книгу С.С.Баландина "Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания", М. Машиностроение, 1968 г., стр.25 рис.23, стр.39 рис.40, стр.47 рис.48) с крестообразным, Х-образным и У-образным расположением цилиндров, содержащие картер, цилиндры, поршни со штоками, ползуны или заменяющие их шестерни, коленчатые валы и др.

Наличие ползунов уменьшает габариты двигателей, но усложняет конструкцию.

Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (см. А.С. №1262074, СССР, кл. F04В 75/24, 07.10.1986 г.), включающий два поршня, жестко соединенных между собой штоком и размещенных в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного перемещения, два коленчатых вала, шейки которых через подшипники соединены со штоком, две тяги, соединяющие коленчатые валы, кривошипы, связанные с соединительным валом с помощью шестерен, два механизма газораспределения.

Такой бесшатунный двигатель внутреннего сгорания сложен в изготовлении, а наличие коленчатых валов увеличивает его габариты по длине.

Известен принятый за прототип бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (см. пат. №2006627 RU, кл. F02В 75/32, 30.01.1994 г.), содержащий корпус с боковыми крышками, в которых с двух сторон выполнены опоры кривошипных шестерен, выходной вал с закрепленной на нем, по крайней мере, одной шестерней, цилиндры с установленными в них кинематически связанными с кривошипными шестернями при помощи пальцев поршнями со штоками, взаимодействующими с дополнительными кулисами, размещенными перпендикулярно оси соответствующих цилиндров и шарнирно соединенными посредством пальцев с двумя связанными между собой шестернями, причем кулисы выполнены с одной стороны с цилиндрическими выступами, ось которых перпендикулярна оси кулисы, а с другой стороны - с осевыми отверстиями и соединены между собой при помощи выступов и отверстий.

Недостатком такого двигателя является наличие в нем поршней со штоками, взаимодействующими с кулисами, так как при рабочем ходе поршня от силы штока посредине кулисы возникает большой изгибающий момент, а также большая сила трения, соразмерная с рабочей силой поршня, действующая в местах соединения штока поршня с кулисой, что вызывает поломки в соединении шток поршня - кулиса, вследствие чего снижается надежность и долговечность бесшатунного двигателя внутреннего сгорания.

Техническая задача, поставленная в предполагаемом изобретении, заключается в создании такого бесшатунного поршневого двигателя, который был бы надежен и долговечен в работе при компактных радиальных и продольных габаритах.

Поставленная задача решается тем, что в известном бесшатунном двигателе внутреннего сгорания, включающем корпус с крышками, установленный в них выходной вал, взаимодействующий с шестернями, цилиндры и поршни, размещенные в одной плоскости, поршни снабжены опорными шайбами и подпятниками, выполненными с шейками, имеющими сферические поверхности, взаимодействующие с радиальным внутренним профилем пазов, выполненных в замыкающем кольце, размещенном между опорными шайбами и шейками подпятников, контактирующих с роликами-толкателями, размещенными в ступицах шестерен, установленных в щечках выходного вала и взаимодействующих с неподвижным зубчатым колесом, при этом подпятники установлены с возможностью свободного перемещения в пазах замыкающего кольца, корпус выполнен в виде кольца, а передаточное отношение шестерен и зубчатого колеса равно 1:2.

Выполнение плунжеров с опорной шайбой и подпятниками с шейками, имеющими сферические поверхности и установленными в пазах замыкающего кольца с возможностью свободного перемещения, обеспечивает скольжение шеек подпятников по радиальному внутреннему профилю пазов замыкающего кольца, что обеспечивает синхронную работу противолежащих поршней и исключает появление на поршнях поперечных сил, приводящих к износу поршни и цилиндры, и снижает силы трения между подпятниками и замыкающим кольцом, снижая тем самым износ деталей бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, что повышает надежность и долговечность его работы, кроме того контактирование подпятников поршней с роликами-толкателями, размещенными в ступицах шестерен, установленных в щечках выходного вала и взаимодействующих с неподвижными зубчатыми колесами, обеспечивает непрерывную последовательную работу поршней, а передаточное отношение шестерен и неподвижных зубчатых колес, равное 1:2, позволяет за два оборота шестерни выполнить рабочий ход последовательно всеми поршнями, что повышает производительность двигателя. Выполнение корпуса в виде кольца уменьшает радиальные и продольные габариты бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечивая ему компактность.

На фиг.1 изображен бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания в разрезе по осям поршней, вид сверху;

на фиг.2 - поперечный разрез бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, вид сбоку.

Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит выполненный в виде кольца корпус 1, в котором размещено четное множество, например восемь, лежащих в одной плоскости и расположенных попарно-противоположно цилиндров 2 с закрепленными на них головками 3, в 5 которых установлены газораспределительные механизмы (не показаны), включающие впускной и выпускной клапаны 4, 5, соединенные с соответствующими кольцевыми впускным и выпускным коллекторами 6, 7.

В цилиндрах 2 установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршни 8, снабженные опорными шайбами 9, выполненными в виде тарельчатой пружины, и подпятниками 10, на которых выполнены шейки 11, имеющие сферические поверхности 12, взаимодействующие с радиальным внутренним профилем 13 пазов замыкающего кольца 14, установленного между опорными шайбами 9 и подпятниками 10, размещенными в пазах замыкающего кольца 14 с возможностью свободного перемещения и контактирования с роликами-толкателями 15, установленными на осях 16 в ступицах 17 двух шестерен 18, образующих блок 19, который установлен с возможностью вращения вокруг своей оси 20 на подшипниках 21 в щечках 22, закрепленных на выходном валу 23, установленном на подшипниках 24 в крышках 25, 26 корпуса 1.

На выходном валу 23 закреплены втулки-противовесы 27, замыкающие щечки 22 выходного вала 23.

Шестерни 18 размещены в корпусе 1 с возможностью взаимодействия с неподвижными зубчатыми колесами 28, закрепленными с помощью контрольных штифтов 29 в стаканах 30, установленных в корпусе 1 с помощью стопоров 31. Передаточное отношение шестерен 18 и неподвижного зубчатого колеса 28 равно 1:2.

Работа предлагаемого бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом.

Предварительно топливо поступает из впускного коллектора 6 через впускной клапан 4 в цилиндр 2, где происходит его сгорание. Под действием усилия, образующегося при расширении газов, поршень 8, двигаясь вдоль цилиндра 2, перемещает подпятник 10 с роликом-толкателем 15, передавая ему усилие рабочего хода. Ролик-толкатель 15, перемещаясь прямолинейно по траектории, проходящей через центр бесшатунного поршневого двигателя, воздействует через оси 16 ступицы 17 на блок 19 шестерен 18, который вращаясь на подшипниках 21 в щечках 22 выходного вала 23 обеспечивает зацепление шестерен 18 с неподвижными зубчатыми колесами 28 и передает вращение выходному валу 23. Одновременно поршень 8 через опорную шайбу 9 воздействует на замыкающее кольцо 14, которое передает движение противоположно расположенному поршню 8, осуществляя начальную фазу такта сжатия, завершение которого осуществляет ролик-толкатель 15, достигнув противоположного крайнего положения. Поршни 8 последовательно через ролики-толкатели 15 блока 19 шестерен 18, двигаясь по своим прямолинейным траекториям, передают вращение выходному валу 23, и за два оборота выходного вала 23 выполняются все четыре такта работы двигателя.

Замыкающее кольцо 14 при работе бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания выполняет функцию синхронизатора скоростей перемещения поршней 8 и роликов-толкателей 15, оно определяет величину хода поршней 8, равную "2Е" - двум величинам его эксцентриситета. Ролики-толкатели 15, перемещаясь каждый по своей прямой траектории, проходящей через центр бесшатунного поршневого двигателя, имеют ход, равный диаметру делительной окружности неподвижного зубчатого колеса 28, вследствие чего они не имеют постоянного контакта с подпятниками 10 поршней 8, но в момент соприкосновения подпятников 10 с роликами-толкателями 15 линейные скорости их уравнены.

Выполнение плунжеров с опорной шайбой и подпятниками с шейками, имеющими сферические поверхности и установленными в пазах замыкающего кольца с возможностью свободного перемещения, обеспечивает скольжение шеек подпятников по радиальному внутреннему профилю пазов замыкающего кольца, что обеспечивает синхронную работу противолежащих поршней и исключает появление на поршнях поперечных сил, приводящих к износу поршни и цилиндры, и снижает силы трения между подпятниками и замыкающим кольцом, снижая тем самым износ деталей бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, что повышает надежность и долговечность его работы, кроме того контактирование подпятников поршней с роликами-толкателями, размещенными в ступицах шестерен, установленных в щечках выходного вала и взаимодействующих с неподвижными зубчатыми колесами, обеспечивает непрерывную последовательную работу поршней, а передаточное отношение шестерен и неподвижных зубчатых колес, равное 1:2, позволяет за два оборота шестерни выполнить рабочий ход последовательно всеми поршнями, что повышает производительность двигателя. Выполнение корпуса в виде кольца уменьшает радиальные и продольные габариты бесшатунного поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечивая ему компактность.

1. Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус с крышками, установленный в них выходной вал, взаимодействующий с шестернями, цилиндры и поршни, размещенные в одной плоскости, отличающийся тем, что поршни снабжены опорными шайбами и подпятниками, выполненными с шейками, имеющими сферические поверхности, взаимодействующие с радиальными внутренними профилями пазов, выполненных в замыкающем кольце, размещенном между опорными шайбами и шейками подпятников, контактирующих с роликами-толкателями, размещенными в ступицах шестерен, установленных в щечках выходного вала и взаимодействующих с неподвижным зубчатым колесом.

2. Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что подпятники поршней установлены в пазах замыкающего кольца с возможностью свободного перемещения.

3. Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде кольца.

4. Бесшатунный поршневой двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что передаточное отношение шестерен и неподвижного зубчатого колеса равно 1:2.