Аксиально-поршневой двигатель

Изобретение относится к двигателестроению, к аксиально-поршневым двигателям внутреннего сгорания с осями цилиндров, расположенными в одной плоскости с осью ведущего вала и с пространственно-качающейся наклонной шайбой. Аксиально-поршневой двигатель содержит блоки цилиндров рабочей (1) и компрессорной (7) секций, коренной вал (13) с наклонными дисками (14, 15), распределительный вал (16), пространственно-качающиеся шайбы (18, 19), опоры (24) с рычагами (25), головку цилиндров рабочей секции (26) с камерами сгорания изменяющегося объема (27), головку цилиндров компрессорной секции (39), впускные коллектора (43), компрессор (44), топливный насос (45) и камеры противодавления (47). Блоки цилиндров (1 и 7) содержат попарно диаметрально противоположно расположенные цилиндры (2, 8). Пространственно-качающиеся шайбы (18, 19) установлены по одной на каждую пару цилиндров (2, 8) и выполнены с цапфами (20, 21). Камеры сгорания изменяющегося объема (27) содержат обратные (28), выпускные (30) и впускные (31) клапаны. Впускные клапаны (31) выполнены с разгрузочными полостями (32). Разгрузочные полости (32) соединены с выпускными коллекторами (33) каналами (34). Головка цилиндров компрессорной секции (39) содержит обратные клапаны на входе (41) и на нагнетании воздуха (41). Клапаны на нагнетании (41) соединены трубопроводами (42) с обратными клапанами (28) на входе воздуха в камеры сгорания (27). Рычаги (25), качающиеся в опорах (24), жестко соединены с шарнирами (5, 11). Камеры противодавления (47) расположены в головке цилиндров (26) рабочей секции и соединены между собой каналами (48). Поршни (46), перемещаясь внутрь камер противодавления (47), увеличивают объем камер сгорания (27) и возвращаются в исходное положение при снижении давления в камерах сгорания (27). Технический результат заключается в снижении нагрузок на детали двигателя при сохранении мощности. 4 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, конкретнее к аксиально-поршневым двигателям внутреннего сгорания с осями цилиндров, расположенных в одной плоскости с осью ведущего вала, и с пространственно-качающейся наклонной шайбой.

Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий неподвижный корпус, цилиндры с двумя встречными поршнями в каждом, коренной вал с жестко закрепленными на нем дисками, на наружной поверхности которых через подшипники установлены пространственно-качающиеся шайбы, при этом поршни шарнирно соединены с шатунами, противоположные концы которых шарнирно соединены с качающимися шайбами, а оси цилиндров выполнены параллельными оси коренного вала, двигатель снабжен кольцами, каждая шайба соединена с одним из них посредством двух цапф, расположенных друг против друга на внутренней стороне кольца, кольца соединены с корпусом двумя другими цапфами, расположенными друг против друга с внешней стороны колец, и установлены с возможностью покачивания вокруг осей наружных цапф, расположенные на внутренней и внешней сторонах, перпендикулярны между собой и лежат в одной плоскости с центром вращения дисков и центром пространственного покачивания шайб (см. описание изобретения к патенту РФ №2125162, МПК⁶ F01В 3/02, F02В 75/26, публикация 20.01.99).

Недостатками этого двигателя являются недостаточно эффективный способ продувки выхлопных газов и наполнения цилиндров воздухом, а также недостаточная надежность узлов крепления шатунов.

Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий головку цилиндров компрессорной секции с впускными клапанами и с обратными клапанами на нагнетании воздуха, блок цилиндров компрессорной секции с поршнями и жестко закрепленными на них штоками с шарнирами, блок цилиндров рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с двумя встречными поршнями в каждом, с тремя группами камер сгорания, впускных, обратных и выпускных клапанов, форсунок, расположенных в середине и по краям цилиндров, впускными и выпускными каналами, ведущий вал с шестерней привода распределительных валов, с жестко закрепленными на нем двумя встречно-наклонными дисками, на наружной поверхности которых через подшипники скольжения установлены пространственно-качающиеся шайбы (по одной на каждую пару цилиндров) с цапфами и удерживающиеся от вращения рычагами, качающимися в опорах, опорные поршни с шарнирами, жестко закрепленные через штоки с поршнями и движущиеся в направляющих цилиндрах, распределительные валы, воздушные ресиверы (см. описание изобретения к патенту РФ №2335647, МПК F01В 3/2, публикация 10.10.2008).

Недостатками этого двигателя, принятого за прототип, являются высокие нагрузки на детали, надежность и прочность которых обеспечивается увеличением их габаритов.

Задачей заявляемого изобретения является снижение нагрузок на детали двигателя при сохранении мощности.

Сущность изобретения заключается в том, что аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит:

- блок цилиндров рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом;

- блок цилиндров компрессорной секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом;

- коренной вал с жестко закрепленными на нем наклонными дисками;

- распределительный вал, продолжающий коренной вал, с кулачками;

- пространственно-качающиеся шайбы по одной на каждую пару цилиндров с цапфами, установленные через подшипники на наружной поверхности наклонных дисков;

- опоры с рычагами;

- головку цилиндров рабочей секции с камерами сгорания изменяющегося объема, с обратными клапанами, удерживаемыми в закрытом положении давлением воздуха из канала, с выпускными и впускными клапанами с разгрузочными полостями, соединенными с выпускными коллекторами каналами, с форсунками, толкателями, штангами, коромыслами;

- головку цилиндров компрессорной секции с обратными клапанами на входе и обратными клапанами на нагнетании воздуха, соединенными трубопроводами с обратными клапанами на входе воздуха в камеры сгорания;

- впускные коллектора;

- компрессор;

- топливный насос.

Двигатель дополнительно содержит расположенные в головке блока рабочей секции поршни и камеры противодавления, соединенные между собой каналами.

Рычаги жестко соединены с шарнирами, ограничивая их вращение относительно осей цапф и перемещения вдоль осей цапф.

Описание поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показан аксиально-поршневой двигатель, общий вид в продольном разрезе;

на фиг.2 - то же, поперечный разрез А-А;

на фиг.3 - то же, поперечный разрез В-В;

на фиг.4 - то же, поперечный разрез С-С.

Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит:

- блок цилиндров 1 рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами 2 с поршнями 3, шатунами 4 и шарнирами 5 с шатунными шейками 6 в каждом;

- блок цилиндров 7 компрессорной секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами 8 с поршнями 9, шатунами 10 и шарнирами 11 с шатунными шейками 12 в каждом;

- коренной вал 13 с жестко закрепленными на нем наклонными дисками 14, 15;

- распределительный вал 16, продолжающий коренной вал 13, с кулачками 17;

- пространственно-качающиеся шайбы 18, 19 по одной на каждую пару цилиндров 2, 8 с цапфами 20, 21, установленные через подшипники 22, 23 на наружной поверхности наклонных дисков 14, 15;

- опоры 24 с рычагами 25;

- головку цилиндров 26 рабочей секции с камерами сгорания изменяющегося объема 27, с обратными клапанами 28, удерживаемыми в закрытом положении давлением воздуха из канала 29, с выпускными 30 и впускными 31 клапанами с разгрузочными полостями 32, соединенными с выпускными коллекторами 33 каналами 34, с форсунками 35, толкателями 36, штангами 37, коромыслами 38;

- головку цилиндров 39 компрессорной секции с обратными клапанами 40 на входе и обратными клапанами 41 на нагнетании воздуха, соединенными трубопроводами 42 с обратными клапанами 28 на входе воздуха в камеры сгорания 27;

- впускные коллектора 43;

- компрессор 44;

- топливный насос 45.

Двигатель дополнительно содержит расположенные в головке цилиндров 26 рабочей секции поршни 46 и камеры противодавления 47, соединенные между собой каналами 48.

Рычаги 25 жестко соединены с шарнирами 5, 11, ограничивая их вращение и перемещение относительно осей цапф 20, 21.

Аксиально-поршневой двигатель работает следующим образом. При движении поршней 9 в цилиндрах 8 блока цилиндров 7 от В.М.Т. к Н.М.Т. через расположенные в головке цилиндров 39 компрессорной секции впускные коллектора 43, обратные клапаны 40 происходит наполнение цилиндров 8 воздухом. Цикл впуска. При движении поршней 9 от Н.М.Т. к В.М.Т. происходит сжатие воздуха в цилиндрах 8. При достижении давления, равного давлению в трубопроводах 42, воздух вытесняется через обратные клапаны 41, трубопроводы 42, обратные клапаны 28 в расположенные в головке цилиндров 26 рабочей секции камеры сгорания 27, и при достижении поршнями 9 В.М.Т. обратные клапаны 41, обратные клапаны 28 закрываются. Обратные клапаны 28 удерживаются в закрытом положении давлением воздуха в каналах 29. На период запуска двигателя для предотвращения выпуска воздуха из трубопроводов 42 через открытые впускные клапаны 31 в цилиндры 2 давление воздуха в каналах 29 повышается. При этом открытие обратных клапанов 28 происходит после закрытия впускных клапанов 31. Через форсунки 35 топливным насосом 45 впрыскивается топливо и воспламеняется. При повышении давления в камерах сгорания 27 выше заданного поршни 46 перемещаются из исходного положения в сторону камер противодавления 47, соединенных между собой каналами 48, предотвращая повышение давления в камере сгорания 27 выше заданного. Давление в камерах противодавления 47 и каналах 29 поддерживается компрессором 44 (на чертеже не показан). Цикл сжатия. В то же время при приближении поршней 3 к В.М.Т. открываются впускные клапаны 31, начинается подача рабочего газа из камер сгорания 27 в цилиндры 2 блока цилиндров 1. Разгрузочные полости 32 с каналами 34 служат для предотвращения повышения давления с внутренней стороны впускных клапанов 31, создающего усилия, направленные на открытие впускных клапанов 31. Начало цикла рабочего хода. По мере движения поршней 3 от В.М.Т. к Н.М.Т. поршни 46 перемещаются в исходное положение, поддерживая давление в камерах сгорания 27 и рабочих цилиндрах 2 неизменным. При достижении поршнями 46 исходного положения начинается снижение давления в камерах сгорания 27 и рабочих цилиндрах 2. При выравнивании давления в камерах сгорания 27 и трубопроводах 42 начинается продувка камер сгорания 27 от выхлопных газов воздухом из трубопроводов 42 в рабочие цилиндры 2. По окончании продувки впускные клапаны 31 закрываются. При приближении поршней 3 к Н.М.Т. открываются выпускные клапаны 30. Окончание цикла рабочего хода и начало цикла выпуска. При движении поршней 3 от Н.М.Т. к В.М.Т. через выпускные клапаны 30, выпускные коллектора 33 происходит удаление выхлопных газов. При приближении поршней 3 к В.М.Т. закрываются выпускные клапаны 30. Окончание цикла выпуска. Усилие поршней 3 через шатуны 4, шатунные шейки 6, шарниры 5 передается на цапфы 20 качающихся шайб 18, которые через подшипники 22 воздействуют на сбегающую сторону наклонного диска 14, вращая его с коренным валом 13 и распределительным валом 16. Вращающийся с коренным валом 13 наклонный диск 15 через подшипники 23, качающиеся шайбы 19, цапфы 21, передает усилие на шарниры 11, шатунные шейки 12, шатуны 10, поршни 9, обеспечивая их возвратно-поступательное движение в цилиндрах 8 блока цилиндров 7. Рычаги 25, жестко соединенные с шарнирами 5, 11, качающиеся в опорах 24 препятствуют вращению качающихся шайб 18, 19. Управление впускными 31 и выпускными 30 клапанами осуществляется расположенными на распределительном валу 16 кулачками 17 через толкатели 36, штанги 37, коромысла 38.

Заявленное изобретение позволит уменьшить нагрузки на детали двигателя при сохранении мощности.

Аксиально-поршневой двигатель, содержащий: блок цилиндров рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом; блок цилиндров компрессорной секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом; коренной вал с наклонными дисками; распределительный вал с кулачками; пространственно-качающиеся шайбы по одной на каждую пару цилиндров с цапфами; опоры с рычагами; головку цилиндров рабочей секции с камерами сгорания изменяющегося объема, с обратными клапанами, удерживаемыми в закрытом состоянии давлением воздуха из канала, с выпускными и впускными клапанами с разгрузочными полостями, соединенными с выпускными коллекторами, с форсунками, толкателями, штангами, коромыслами; головку цилиндров компрессорной секции с обратными клапанами на входе и обратными клапанами на нагнетании воздуха, соединенными трубопроводами с обратными клапанами на входе воздуха в камеры сгорания; впускные коллектора; компрессор; топливный насос, отличающийся тем, что рычаги жестко соединены с шарнирами, ограничивая их вращение и перемещение относительно осей цапф, двигатель дополнительно содержит расположенные в головке цилиндров рабочей секции камеры противодавления, соединенные каналами, и поршни, перемещающиеся внутрь камер противодавления, увеличивая объем камер сгорания и предотвращая рост давления в них, и возвращающиеся в исходное положение при снижении давления в камерах сгорания.