Механизм преобразования и объемная машина, использующая такой механизм
Изобретение относится к объемным машинам, у которых используется силовой механизм, преобразующий возвратно-вращательные перемещения рабочего органа в непрерывное вращение вала. Механизм преобразования содержит корпус, кулису, шарнирно установленную в корпусе и выполненную с возможностью возвратно-вращательного перемещения относительно оси своего шарнира. Кулиса имеет в направлении оси своего шарнира паз с двумя параллельными гранями, вал, установленный в корпусе и выполненный с возможностью вращения или возвратно-вращательного перемещения вокруг своей оси. Вал имеет, по меньшей мере, одну кривошипную шейку, выполненную с возможностью взаимодействия с вышеуказанным пазом кулисы. Ось шарнира кулисы и ось вращения вала не параллельны между собой. Кривошипная шейка выполнена сферической формы с возможностью взаимодействия с пазом кулисы посредством ползуна. Ползун имеет со своей внешней стороны две параллельные грани, которые выполнены с возможностью взаимодействия с двумя параллельными гранями паза кулисы. Ползун имеет внутреннюю сферическую поверхность, которая выполнена с возможностью взаимодействия со сферической шейкой кривошипа. Изобретение направлено на повышение работоспособности и ресурса. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 16 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение имеет отношение к объемным машинам, у которых используется силовой механизм, преобразующий возвратно-вращательные перемещения рабочего органа в непрерывное вращение вала, и которые используются в различных областях техники в качестве двигателя или насоса.
Уровень техники
Поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), несмотря на его некоторые неустранимые недостатки, доминирует в качестве ДВС. Неоднократно предпринимавшиеся попытки найти ему замену оканчивались безрезультатно.
В свое время в качестве альтернативы ДВС с КШМ рассматривался роторно-поршневой двигатель (РПД) Ванкеля. Однако, из-за принципиально неустранимых, при современном уровне технологий, недостатков РПД Ванкеля не может всерьез рассматриваться как возможная альтернатива ДВС с КШМ.
Известна объемная машина (Патент СССР №1460 МПК7 F01C 9/00, опубл. 31.07.25, [1]), представляющая собой коловратный газовый двигатель. Данный двигатель имеет кольцевой цилиндр с впускным и выпускным каналами, к которому неподвижно прикреплена радиальная перегородка. В кольцевой цилиндр помещена лопасть, прикрепленная к валу и выполненная с возможностью совершать возвратно-вращательные перемещения. Вал концентрично установлен в кольцевом цилиндре. Внутренней поверхностью кольцевого цилиндра, поверхностями лопасти и перегородки образованы две изолированные друг от друга рабочие камеры, каждая из которых выполнена с возможностью сообщения с входным и выходным каналами. Возвратно-вращательные перемещения лопасти при помощи храпового механизма преобразуются в непрерывное вращение вала, соединенного с потребителем мощности.
Недостатки вышеуказанного двигателя: необходимо иметь дополнительно механизм, возвращающий лопасть в исходное положение после совершения ею рабочего хода (после того, как лопасть провзаимодействовала с храповым механизмом); небольшая частота рабочих циклов, обусловленная ударным нагруженном деталей храпового механизма; небольшой ресурс двигателя, обусловленный небольшим ресурсом деталей храпового механизма.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является один из вариантов исполнения объемной машины, известной из (Заявка на изобретение РФ №97 108046/06, опубл. БИ, №12 (I ч.), 1999. [2]). В данном варианте исполнения вышеуказанная объемная машина имеет, корпус с впускным и выпускным каналами, лопасть, имеющую паз и шарнирно установленную в корпусе. Лопасть выполнена с возможностью совершать возвратно-вращательные перемещения относительно оси своего шарнира. Имеется также вал, выполненный с возможностью вращения, к которому консольно прикреплен рычаг (по сути - кривошип). При этом ось рычага (продольная ось шейки кривошипа) составляет с осью вращения вала угол больший нуля градусов но меньший девяноста градусов. Рычаг (кривошип) выполнен с возможностью взаимодействия с пазом лопасти. Ось шарнира лопасти перпендикулярна оси вращения вала. Поверхностями корпуса и лопасти образована, по меньшей мере, одна рабочая камера, выполненная с возможностью сообщения с входным и выходным каналами.
Недостаток прототипа: трудно создать высокоресурсный узел взаимодействия рычага (кривошипа) и паза лопасти, так как шарнир рычага выполнен цилиндрическим, а при деформациях конструкции (под нагрузкой и при температурных деформация) нагрузки в этом соединении будут велики, что снизит ресурс этого узла.
Раскрытие изобретения
Задачей заявляемого изобретения является устранение недостача прототипа.
Задача решена в механизме преобразования содержащем корпус, кулису, шарнирно установленную в корпусе и выполненную с возможностью возвратно-вращательного перемещения относительно оси своего шарнира, кулиса имеет в направлении оси своего шарнира паз с двумя параллельными гранями, вал, установленный в корпусе и выполненный с возможностью вращения или возвратно-вращательного перемещения вокруг своей оси, вал имеет, но меньшей мере, одну кривошипную шейку, выполненную с возможностью взаимодействия с вышеуказанным пазом кулисы, вышеуказанные ось шарнира кулисы и ось вращения вала не параллельны между собой, например, перпендикулярны, согласно изобретению, вышеуказанная кривошипная шейка выполнена сферической формы и выполнена с возможностью взаимодействия с вышеуказанным пазом кулисы посредством ползуна, при этом ползун имеет со своей внешней стороны две параллельные грани, которые выполнены с возможностью взаимодействия с двумя вышеуказанными параллельными гранями паза кулисы, ползун имеет внутреннюю сферическую поверхность, которая выполнена с возможностью взаимодействия с вышеуказанной сферической шейкой кривошипа.
Кроме того, вышеуказанная сферическая кривошипная шейка имеет цилиндрический выступ, при этом ось этого цилиндрического выступа и ось вращения вала составляют между собой угол больше нуля градусов, но меньше девяноста градусов, имеется втулка, внутренняя цилиндрическая поверхность которой выполнена с возможностью взаимодействия с цилиндрической поверхностью вышеуказанного цилиндрического выступа кривошипной шейки, втулка со своей внешней стороны имеет две параллельные грани, ползун имеет внутренний паз с двумя параллельными гранями, которые выполнены с возможностью взаимодействия с вышеуказанными двумя параллельными гранями втулки, вышеуказанные две параллельные грани внутреннего паза ползуна и две внешние параллельные грани ползуна между собой не параллельны, например, перпендикулярны, втулка со своей внешней стороны имеет фрагмент цилиндрической поверхности, при этом ось этого фрагмента цилиндрической поверхности перпендикулярна вышеуказанным оси внутренней цилиндрической поверхности втулки и двум вышеуказанным параллельным граням втулки, ползун со своей внутренней стороны имеет фрагмент цилиндрической поверхности, выполненной с возможностью взаимодействия с вышеуказанным фрагментом цилиндрической поверхности втулки.
Кроме того, вышеуказанная кривошипная шейка выполнена консольной.
Задача решена в объемной машине, содержащей впускной и выпускной каналы, по меньшей мере, одну рабочую камеру, выполненную с возможностью сообщения с впускным и выпускным каналами, лопасть, выполненную с возможностью возвратно-вращательных перемещений относительно оси своего шарнира, лопасть имеет, по меньшей мере, два участка своей поверхности, каждый из которых представляет собой часть поверхности тела вращения, оси вращения которых совпадают с осью шарнира лопасти, при этом расстояние от оси шарнира лопасти до наиболее удаленной от нее точки поверхности первого тела вращения меньше, чем расстояние от оси шарнира лопасти до наиболее удаленной от нее точки поверхности второго тела вращения, согласно изобретению, машина имеет механизм преобразования, при этом кулиса механизма преобразования образует лопасть, рабочая камера образована поверхностью корпуса вышеуказанного механизма преобразования и поверхностью лопасти, каждый из вышеуказанных участков поверхности лопасти выполнен с возможностью взаимодействия с аналогичным по форме участком поверхности корпуса вышеуказанного механизма преобразования.
Кроме того, вышеуказанные первый и второй участки поверхности лопасти, и взаимодействующие с ними участки поверхности корпуса, представляют собой фрагменты цилиндрических поверхностей разного радиуса, вышеуказанный ползун состоит из двух частей, соединенных между собой, например, посредством шпилечного соединения.
Кроме того, поверхностью корпуса и поверхностью лопасти образована вторая рабочая камера, выполненная с возможностью сообщения с впускным и выпускным каналами, при этом лопасть имеет еще один участок своей поверхности, аналогичный по форме вышеуказанному второму участку ее поверхности и выполненный с возможностью взаимодействия с аналогичным по форме участком поверхности корпуса, вышеуказанный корпус состоит из центрального корпуса и головки, соединенных между собой, например, посредством шпилечного соединения, центральный корпус состоит, но меньшей мере, из двух частей, соединенных между собой, например, посредством болтового соединения, при этом, по меньшей мере, один из вышеуказанных болтов проходит через две втулки, запрессованные но одной с внешней стороны в каждую часть центрального корпуса, вышеуказанные запрессованные втулки выполняют функцию опор крепления заявляемой объемной машины, ось вращения коренного вала и ось шарнира лопасти лежат в плоскости стыка двух частей центрального корпуса, поверхность крепления головки к центральному корпусу или перпендикулярна, или не перпендикулярна оси вращения коренного вала, коренной вал имеет противовесы.
Кроме того, уплотнение рабочих камер состоит из двух радиальных уплотнений и двух торцевых уплотнений размещенных на лопасти, и одного радиального уплотнения, размещенного на головке, при этом замыкание концов вышеуказанных радиальных и торцевых уплотнений, размещенных на лопасти, осуществлено посредством четырех цилиндрических штифтов, имеющих пазы для размещения радиальных уплотнений и помещенных в расточках лопасти, причем каждый из вышеуказанных цилиндрических штифтов выполнен с возможностью взаимодействия с одним концом радиального уплотнения и с одним концом торцевого уплотнения, каждое радиальное уплотнение состоит из двух пластин и одного цилиндрического штифта, установленного в расточке лопасти, при этом цилиндрический штифт имеет или паз, или лыску, в котором замыкаются концы вышеуказанных радиальных пластин, каждое торцевое уплотнение состоит из двух прямолинейных пластин и одного фрагмента кольца, замкнутых между собой на двух цилиндрических штифтах, установленных в расточках лопасти и имеющих лыски, уплотнение между обоими рабочими камерами осуществлено вышеуказанным радиальным уплотнением, размещенным на головке и выполненном в виде одной или нескольких пластин, помещенных в пазах головки.
Кроме того, вышеуказанный коренной вал имеет на втором своем конце симметрично и консольно расположенную вторую кривошипную шейку, конструктивно аналогичную вышеуказанной первой кривошипной шейке, имеется вторая лопасть, шарнирно установленная в корпусе и конструктивно аналогичная вышеуказанной первой лопасти, ось шарнира второй лопасти и ось вращения коренного вала между собой не параллельны, например, перпендикулярны, ось шарнира в горой лопасти и ось шарнира первой лопасти, например, параллельны, вторая кривошипная шейка и вторая лопасть выполнены с возможностью взаимодействия между собой также, как взаимодействуют между собой вышеуказанные первая кривошипная шейка и первая лопасть, имеется вторая головка, конструктивно аналогичная вышеуказанной первой головке и прикрепленная к центральному корпусу аналогичным первой головке образом, поверхностью центрального корпуса, второй лопасти и в горой головки образовано две рабочие камеры, выполненные с возможностью сообщения с входным и выходным каналами, уплотнение которых выполнено также, как уплотнение двух вышеуказанных рабочих камер, на коренном валу имеется зубчатое колесо.
Кроме того, машина выполнена в виде двухтактного двигателя внутреннего сгорания, при этом впускные каналы расположены в центральном корпусе, а выпускные каналы расположены в головке.
Принятое в заявляемом изобретении конструктивное исполнение кривошипной шейки (в виде сферического шарнира) позволяет при работе двигателя устранить влияние деформаций конструкции двигателя (деформаций под нагрузкой и температурных деформаций) на работоспособность данного узла, что повышает его ресурс, по сравнению с прототипом.
Краткое описание чертежей
На ФИГ.1÷12 показано заявляемое изобретение в варианте дизельного ДВС двойного действия, в одном из возможных вариантов своего конструктивного исполнения. На ФИГ.1÷12 обозначено (обозначения идентичны для всех фигур): 1 и 2 - две части центрального корпуса; 3 и 4 - две коренные шейки коренного вал; 5 и 6 - две кривошипные шейки сферической формы коренного вала; 7 - косозубая зубчатая шестерня, выполненная заодно целое с коренным валом (ведущая шестерня); 8 и 9 - противовесы, выполненные заодно целое с коренным валом; 10 и 11 - две лопасти; 12 и 13 - пазы лопастей 10 и 11, соответственно; 14 и 15 -две головки; 16, 17, 18 и 19 - ресиверы; 20, 21, 22 и 23 - входные окна; 24 и 25 - выходные каналы; 26, 27, 28 и 29 - выпускные клапаны; 30, 31, 32 и 33 - топливные форсунки; 34, 68, 35, 36, 37 и 69 - радиальные (в виде прямолинейных пластин) уплотнения (на фигурах обозначены только уплотнения лопасти 10, уплотнения лопасти 11 - аналогичны по конструкции); 38 и 70 - часть радиального уплотнения (в виде цилиндрических штифтов); 39 и 40 - часть торцевого уплотнения (в виде прямолинейных пластин); 41, 71 - часть торцевого уплотнения (в виде фрагмента кольца); 42, 72, 43, 44 и 45 - часть торцевого уплотнения (в виде цилиндрических штифтов); 46 и 47 - анкерные болты; 48, 49, 50 и 51 - втулки (стаканы) опор лопастей 10 и 11; 52 - шестерня выходного вала (ведомая шестерня); 53 - выходной вал; 54 - цилиндрический выступ кривошипной шейки 5; 55 и 56 - две половины ползуна; 57 - втулка; 58 - цапфа (опора) лопасти 11; 59 -втулка; 73, 74, 75 и 76 - рабочие камеры; 77, 78, 79 и 80 - камеры сгорания; 81 - ось вращения коренного вала; 82 и 83 -оси шарниров лопастей 10 и 11, соответственно; 84 и 85 - продольные оси цилиндрических выступов 54 кривошипных шеек 5 и 6, соответственно; 86 - угол между осью вращения коренного вала 81 и осями 84 и 85 цилиндрических выступов 54 кривошипных шеек; 87 - ось симметрии объемной машины; 88 и 89 - радиусы цилиндрических участков лопастей 10 и 11, 90 и 91 - фрагменты цилиндрических поверхностей втулки 57 и ползуна, соответственно.
На ФИГ.1 показан продольный разрез двигателя плоскостью, проходящей через ось вращения коренного вала 81 и перпендикулярной осям 82 и 83 шарниров лопастей 10 и 11. Показан момент времени, когда лопасти находятся в одном из своих крайних положений. Стрелками на фигуре показано движение воздуха из ресиверов 18 и 19 через входные окна 20 и 21 в рабочие камеры 76 и 74 при их продувке. Показаны места выносного элемент М, разреза Н-Н и вида Р.
На ФИГ.2 показан продольный разрез двигателя плоскостью, проходящей через ось вращения коренного вала 81 и перпендикулярной осям 82 и 83 шарниров лопастей 10 и 11. Показан момент времени, когда лопасти находятся во втором из своих крайних положений. Стрелками на фигуре показано движение воздуха из ресиверов 16 и 17 через входные окна 22 и 23 в рабочие камеры 75 и 73, при их продувке. Показано место разреза П-П.
На ФИГ.3 показан продольный разрез П-П двигателя плоскостью, проходящей через ось вращения коренного вала 81 и оси 82 и 83 шарниров лопастей 10 и 11. Показано место выносных элементов Т и У.
На ФИГ.4 показан выносной элемент М узла кривошипной шейки 5 коренного вала. Показаны места разрезов Ф-Ф и Ш-Ш.
На ФИГ. 5 показан разрез Ф-Ф.
На ФИГ.6 показан разрез Ш-Ш.
На ФИГ.7 показан поперечный разрез Н-Н двигателя плоскостью, проходящей через ось 83 шарнира лопасти 11, и перпендикулярной оси вращения коренного вала 81.
На ФИГ.8 показан вид Р на радиальное уплотнение (в одном из возможных вариантов его исполнения) рабочей камеры, размещенное на лопасти 10.
На ФИГ.9 показан другой (по сравнению с показанным на ФИГ.8) вариант исполнения радиального уплотнения рабочей камеры, размещенного на лопасти 10.
На ФИГ.10 показан выносной элемент Т узла крепления опоры лопасти 11 в центральном корпусе.
На ФИГ.11 показан выносной элемент У радиального уплотнения рабочей камеры, размещенного на головке 14. Показано место разреза Х-Х.
На ФИГ.12 показан разрез Х-Х радиального уплотнения рабочей камеры, размещенного на головке 14.
На ФИГ.13 и 14 показан вариант исполнения заявляемого изобретения в варианте двухтактного ДВС одностороннего действия, когда у него применена прямоточно-щелевая продувка. На фигурах обозначено: 11 - лопасть; 60 - картер-ресивер; 61 - впускные окна, выполненные в виде пазов на цилиндрической поверхности лопасти 11 с меньшим радиусом; 62 - выпускные окна; 63 - выпускной канал; 73 и 77- рабочая камера и камера сгорания, соответственно. Стрелками на фигурах показано направление движения воздуха при продувке рабочей камеры 73.
На ФИГ.15 показан вариант исполнения кривошипной шейки коренного вала. На фигуре обозначено: 55 и 56 - две половины ползуна; 64 - втулка с внутренней цилиндрической поверхностью и с внешней сферической поверхностью; 65 - стопорное кольцо; 81 - ось коренного вала; 92 - кривошипная шейка коренного вала; 93 -цилиндрический выступ кривошипной шейки 92; 85 - ось кривошипной шейки 92; 94 - втулка.
На ФИГ.16 показан вариант исполнения кривошипной шейки коренного вала. На фигуре обозначено: 66 - ползун; 67 - стопорное кольцо; 81 - ось коренного вала; 92 - кривошипная шейка коренного вала; 93 - цилиндрический выступ кривошипной шейки 92; 85 - ось кривошипной шейки 92.
Осуществление изобретения
Заявляемое изобретение в варианте двухтактного дизельного ДВС двойного действия, в одном из возможных вариантов своего конструктивного исполнения, представляет собой следующее.
Имеется центральный корпус, состоящий из двух частей 1 и 2 (ФИГ, 1÷3), соединенных между собой посредством, например, болтового соединения (болты и гайки на фигурах не показаны, показаны только отверстия под болты). В центральном корпусе шарнирно установлен коренной вал, выполненный как единое целое и включающий в себя: две коренные шейки 3 и 4 (взаимодействующую с ответными опорными поверхностями центрального корпуса); две симметрично расположенные (относительно оси 87) кривошипные шейки 5 и 6 (расположены по одну сторону от оси вращения коренного вала 81), имеющие сферическую форму и выполнены консольно; косозубую шестерню (ведущую) 7, расположенную между коренными шейками 3 и 4; два противовеса 8 и 9. В двух цилиндрических расточках центрального корпуса шарнирно установлены две одинаковые лопасти 10 и 11, выполненные с возможностью возвратно-вращательных перемещений относительно осей своих шарниров 82 и 83, соответственно. Каждая лопасть 10 и 11 имеет по две опоры (цапфы) 58 (ФИГ.10), установленные в цилиндрических проточках центрального корпуса. Оси 82 и 83 (ФИГ.3) шарниров лопастей 10 и 11, соответственно, параллельны между собой и перпендикулярны оси вращения коренного вала 81. Кривошипные шейки 5 и 6 коренного вала расположены между коренными шейками 3 и 4 коренного вала и осями 82 и 83 шарниров лопастей 10 и 11, соответственно. На каждой кривошипной шейке 5 и 6 шарнирно закреплено по одному ползуну, состоящему из двух частей 55 и 56 (ФИГ.4), соединенных между собой, например, посредством болтового соединения (на фигурах болтовое соединение не показано). При этом, каждый ползун имеет внутреннюю сферическую поверхность, взаимодействующую (с определенным зазором) со сферическими поверхностью своей кривошипной шейки. Каждый ползун с внешней стороны имеет по две параллельные между собой грани. Лопасти 10 и 11 в направлении осей своих шарниров 82 и 83 имеют пазы 12 и 13, соответственно, две параллельные боковые грани которых взаимодействуют (с определенным зазором) с вышеуказанными двумя внешними параллельными гранями ползунов. Каждая из лопастей 10 и 11 имеет два участка цилиндрических поверхностей с радиусом 88 (ФИГ.2) и один участок цилиндрической поверхности с радиусом 89, взаимодействующие (с определенным зазором) с аналогичными по форме участками поверхностей цилиндрических расточек в центральном корпусе и в головках 14 и 15. При этом по величине радиус 89 меньше радиуса 88. Вышеуказанные цилиндрические поверхности лопастей 10 и 11 соединены между собой плоскими участками поверхности, в которых имеются углубления (в виде горообразных тел вращения) под камеры сгорания 77, 78, 79 и 80. Имеются две одинаковые по конструкции головки 14 и 15, прикрепленные к центральному корпусу посредством, например, шпилечного соединения (шпильки и гайки на фигурах не показаны). В каждой головке имеются по цилиндрической проточке, которые взаимодействуют (с определенным зазором) с цилиндрическими участками лопастей 10 и 11 с радиусами г 89. Таким образом, сферические кривошипные шейки 5 и 6 полностью идентичны между собой, лопасти 10 и 11 полностью идентичны между собой, оба ползун полностью идентичны между собой, головки 14 и 15 полностью идентичны между собой.
У коренных шеек 3 и 4 коренного вала, у опор 58 лопастей 10 и 11, у сферических кривошипных шеек 5 и 6 и у ползунов используются подшипники скольжения (но могут использоваться и подшипники качения).
Поверхностями центрального корпуса (его цилиндрических расточек), головок 14 и 15, и лопастей 10 и 11 образованы четыре рабочие камеры 73, 74, 75 и 76.
Стенками центрального корпуса образованы ресиверы 16, 17, 18 и 19, выполненные с возможностью сообщения с выходами из двух турбокомпрессоров (на фигурах не показаны). В стенках центрального корпуса имеются впускные окна 20, 21, 22 и 23, выполненные для сообщения ресиверов 18, 19, 16 и 17 с рабочими камерами 76, 74, 75 и 73, соответственно.
В головках 14 и 15 имеются выходные каналы 24 и 25, соответственно. Выходной канал 24 является общим для рабочих камер 75 и 76, а выходной канал 25 является общим для рабочих камер 73 и 74. К каждому выходному каналу 24 и 25 подключен свой турбокомпрессор (на фигурах не показан). Таким образом, на двигателе установлены два турбокомпрессора (из-за коротких выходных каналов используется импульсный наддув - более эффективный, чем наддув при постоянном давлении) - по одному на две рабочие камеры.
В каждой головке 14 и 15 установлено по четыре выпускных клапана (по два выпускных клапана на каждую рабочую камеру, между которыми установлено по одной топливной форсунке). В каждой рабочей камере оси двух выпускных клапанов и ось форсунки лежат в одной плоскости (которая перпендикулярна плоскости чертежей ФИГ.1÷2). Рабочая камера 73 имеет два выпускных клапана 27 (на фигурах показан только один клапан), установленных на входе в выпускной канал 25. Рабочая камера 74 имеет два выпускных клапана 29 (на фигурах показан только один клапан), установленных на входе в выпускной канал 25. Рабочая камера 75 имеет два выпускных клапана 26 (на фигурах показан только один клапан), установленных на входе в выпускной канал 24. Рабочая камера 76 имеет два выпускных клапана 28 (на фигурах показан только один клапан), установленных на входе в выпускной канал 24. Непосредственно каналы, сообщающие рабочие камеры (через выпускные клапаны) с выпускными каналами на фигурах не показаны (так как они лежат в других плоскостях, параллельных плоскости чертежей).
В каждой из рабочих камер 73, 74, 75 и 76 установлено (в головках 14 и 15, между выпускными клапанами 26, 27, 28 и 29) по одной топливной форсунке 30, 31, 32 и 33, соответственно.
Заявляемое изобретение (ее рабочие камеры и силовой механизм, состоящий из коренного вала и лопастей 10 и 11) конструктивно симметрично относительно оси 87, проходящей через середину ведущей шестерни 7.
Имеется также выходной вал 53 (ФИГ.3), установленный в центральном корпусе, на котором установлена ведомая косозубая шестерня 52. Ось ведомого вала 53 параллельна оси коренного вала 81.
На фигурах показаны (но не обозначены) полости для охлаждающей жидкости (в двигателе применено жидкостное охлаждение).
На фигурах крепеж не показан. Показаны (но не обозначены) лишь отверстия под крепеж.
Имеются также другие узлы и детали, необходимые для работы двигателя, которые не влияют на принципиальную возможность реализации заявляемого изобретения, а поэтому здесь не перечисляются.
Работа заявляемого двигателя происходит следующим образом. В показанный на ФИГ.1 момент времени коренной вал повернут на такой угол, что лопасти 10 и 11 находятся в одном из своих крайних положений. В рабочих камерах 73 и 75 закончился процесс сжатия свежего заряда (воздуха), при этом, выпускные клапаны 26 и 27 закрыты, рабочие камеры 73 и 75 (посредством корпусов лопастей 10 и 11) изолированы от входных окон 22 и 23. В камеры сгорания 79 и 77 топливными форсунками 30 и 31, соответственно, впрыскивается дизельное топливо. Из рабочих камерах 74 и 76 через открытые выпускные клапаны 29 и 28, соответственно, осуществляется выпуск отработавших газов. Отработавшие газы из рабочей камеры 74 по выходному каналу 25 поступают на вход в первый турбокомпрессор (на фигурах не показан), приводя его в действие. Отработавшие газы из рабочей камеры 76 по выходному каналу 24 поступают на вход во второй турбокомпрессор (на фигурах не показан), приводя его в действие. Турбокомпрессоры подают сжатый ими воздух в ресиверы 19 и 18, соответственно. Сжатый воздух из ресивера 18 через впускные окна 20 поступает в рабочую камеру 76, осуществляя тем самым ее продувку (движение воздуха на фигуре показано стрелками). Сжатый воздух из ресивера 19 через впускные окна 21 поступает в рабочую камеру 74, осуществляя тем самым ее продувку (движение воздуха на фигуре показано стрелками).
Сила от давления продуктов сгорания, находящихся в рабочих камерах 75 и 73, воздействуют на лопасти 10 и 11 на некотором расстоянии от осей 82 и 83 их шарниров, тем самым создавая относительно них крутящий момент. Так как кривошипные шейки 5 и 6 находятся на некотором расстоянии от осей 82 и 83 шарниров лопастей 10 и 11 (и на некотором расстоянии от оси вращения коренного вала 81), то сила со стороны боковых параллельных граней пазов 12 и 13 лопастей 10 и 11 воздействует на параллельные боковые грани ползунов (состоящие из двух половин 55 и 56), и далее воздействует на кривошипные шейки 5 и 6, создавая крутящий момент относительно оси вращения коренного вала 81, приводя коренной вал во вращение. Конечно, при расположении кривошипных шеек 5 и 6 в крайних положениях (в мертвых точках) и при неподвижном коренном вале крутящий момент относительно оси вращения коренного вала 81 не будет создаваться. Подразумевается, что коренной вал вращается и мертвую точку он пройдет по инерции (как это имеет место и у известных ДВС с КШМ, у которых мертвые точки поршни проходятся по инерции).
По ходу дальнейшего вращения коренного вала в рабочих камерах 73 и 75 происходит процесс расширения продуктов сгорания, а в рабочих камерах 74 и 76 происходит процесс сжатия свежего заряда (воздуха) (до этого момента там закрываются выпускные клапаны 28 и 29, рабочие камеры 74 и 76 (посредством корпусов лопастей 10 и 11) изолированы от входных окон 20 и 21). По ходу вращения коренного вала ползуны перемещаются в пазах 12 и 13 лопастей 10 и 11, соответственно, и одновременно с этим сферические шейки кривошипов вращаются во внутренних сферических расточках ползунов.
После поворота коренного вала на 180 градусов (ФИГ.2), по сравнению с показанным на ФИГ.1, рабочие камеры 73 и 74, и 75 и 76, соответственно, меняются местами. Лопасти 10 и 11 находятся во вторых своих крайних положений. В рабочих камерах 76 и 74 закончился процесс сжатия свежего заряда (воздуха). В камеры сгорания 78 и 80 топливными форсунками 33 и 32, соответственно, впрыскивается дизельное топливо. Из рабочих камерах 73 и 75 через открытые выпускные клапаны 27 и 26, соответственно, осуществляется выпуск отработавших газов. Отработавшие газы из рабочей камеры 73 по выходному каналу 25 поступают на вход в первый турбокомпрессор, приводя его в действие. Отработавшие газы из рабочей камеры 75 по выходному каналу 24 поступают на вход во второй турбокомпрессор, приводя его в действие. Турбокомпрессоры подают сжатый ими воздух в ресиверы 17 и 16, соответственно. Сжатый воздух из ресивера 16 через впускные окна 22 поступает в рабочую камеру 75, осуществляя тем самым ее продувку (движение воздуха на фигуре показано стрелками). Сжатый воздух из ресивера 17 через впускные окна 23 поступает в рабочую камеру 73, осуществляя тем самым ее продувку (движение воздуха на фигуре показано стрелками).
В дальнейшем по ходу вращения коренного вала в рабочих камерах 73 и 75 начинается процесс сжатия свежего заряда (воздуха) (до этого момента там закрываются выпускные клапаны 26 и 27), а в рабочих камерах 74 и 76 начинается процесс расширения продуктов сгорания.
В дальнейшем все периодически повторяется.
В процессе работы двигателя ползуны то приближаются то удаляются относительно осей 82 и 83 шарниров лопастей.
Вырабатываемая заявляемым двигателем полезная мощность от ведущей шестерни 7 (ФИГ.3) передается ведомой шестерне 52, и далее через выходной вал 53 передается внешнему потребителю (на фигурах не показан).
Таким образом, в заявляемом изобретении за один оборот коренного вала в каждой из рабочих камер происходит полный цикл. При этом рабочие камеры 73 и 75 работают синхронно. Синхронно работают также рабочие камеры 74 и 76.
Из-за синхронной работы рабочих камер 73 и 75, и 74 и 76, теоретически (при равных рабочих объемах синхронно работающих рабочих камер и равных размерах лопастей 10 и 11) не будет возникать осевых усилий (в направлении оси вращения коренного вала 81) в коренных шейках 3 и 4 коренного вала. Усилие от продуктов сгорания и сжимаемого воздуха в рабочих камерах будут создавать только радиальные усилия на коренные шейки 3 и 4 (опоры) коренного вала. В реальности, если незначительные вышеуказанные осевые усилия (например, из-за разного давления продуктов сгорания в синхронно работающих рабочих камерах) будут возникать, то они будут восприниматься упорными буртиками, выполненными заодно целое с ведущей шестерней 7 (буртики шестерни 7 имеют больший диаметр, чем диметр коренных шеек 3 и 4 коренного вала), которые взаимодействуют с ответными упорными поверхностями центрального корпуса. Принятое конструктивное исполнение коренного вала очень удачно компонует опоры (коренные шейки 3 и 4) коренного вала и ведущую шестерню 7, позволяя в целом иметь минимальный осевой размер коренного вала.
Так как коренной вал имеет противовесы, то он полностью уравновешен от центробежной силы вращающихся деталей.
Следовательно, двигатель полностью уравновешен от сил инерции движущихся деталей и от газовых сил.
Использование в рассмотренном выше варианте исполнения заявляемого изобретения сферических кривошипных шеек позволяет обеспечить работоспособность силового механизма (во время работы двигателя) при неизбежных деформациях корпуса и силового механизма под нагрузкой и при температурных деформациях деталей двигателя.
Каждая кривошипная шейка 5 и 6 имеет по одному одинаковому ползуну, состоящему из двух половин 55 и 56, соединенных между собой любым приемлемым образом (например, посредством болтового (или шпилечного) соединения, которое на фигурах не показано). Каждая кривошипная шейка 5 и 6 имеет цилиндрический выступ 54 (ФИГ.4), с которым взаимодействует внутренняя цилиндрическая поверхность втулки 57. Оси 84 и 85 цилиндрических выступов 54 кривошипных шеек 5 и 6 составляют с осью коренного вала 81 угол 86, по величине больший нуля градусов но меньший девяноста градусов. Втулка 57 с внешней стороны имеет две параллельные грани (ФИГ.5) и фрагмент цилиндрической поверхности 90. При этом, ось цилиндрического фрагмента 90 (ось цилиндра) перпендикулярна оси внутренней цилиндрической поверхности втулки 57 и двум параллельным граням втулки 57. Ползун имеет внутренний паз, две параллельные грани которого взаимодействуют с двумя вышеуказанными параллельными гранями втулки 57. Ползун имеет внутренний фрагмент цилиндрической поверхности 91, взаимодействующий с вышеуказанным фрагментом цилиндрической поверхности 90 втулки 57. Все вышеуказанные контактирующие поверхности работают как подшипники скольжения.
Таким образом, в процессе работы двигателя сферический шарнир каждой кривошипной шейки позволяет совершать ползуну (из-за деформаций конструкции корпуса и силового механизма под нагрузкой, и из-за температурных деформаций) угловые перемещения в плоскости чертежей (ФИГ.1, 2 и 4), а втулка 57, за счет контакта своих внешних параллельных граней с параллельными гранями внутреннего паза ползуна (ФИГ.5), предотвращает неуправляемое перемещения ползуна в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежей (ФИГ.1, 2 и 4) (в плоскости пазов 12 и 13 лопастей 10 и 11). Последнее необходимо для того, чтобы ползуны при работе двигателя не ударялись о радиусную часть кривошипных шеек 5 и 6, соединяющую кривошипные шейки 5 и 6 с телом щеки коренного вала. Перемещения ползунов в плоскости чертежей ограничены параллельными боковыми гранями пазов 12 и 13 лопастей 10 и 11, соответственно.
В процессе работы двигателя втулка 57 вращается на цилиндрическом выступе 54, а внешние параллельные грани втулки взаимодействуют с параллельными гранями внутреннего паза ползуна, тем самым ориентируя ползун в пазах 12 и 13 лопастей 10 и 11 нужным образом (предотвращающем контакты ползунов с радиусной частью (с галтелью) кривошипных шеек).
Таким образом, принятая в заявляемом изобретении конструкция силового механизма (коренного вала и двух лопастей), преобразующего возвратно-вращательные перемещения рабочего органа (лопасти) во вращательное движение вала (коренного вала), позволяет радикально уменьшить удельный вес и габаритные размеры силового механизма, а, следовательно, и заявляемого изобретения в целом, по сравнению с ДВС с КШМ. При этом, двигатель полностью уравновешен от инерционных и газовых сил - и это при двух рабочих цилиндрах.
Во всех подшипниковых узлах (использованы подшипники скольжения) в заявляемом изобретении зазоры такие же, что и у известных ДВС с КШМ в их подшипниковых узлах (подшипниках скольжения). Во время работы заявляемого изобретения во всех его подшипниковых узлах имеет место гидродинамическая смазка, что обеспечивает максимальный ресурс двигателя. А именно. В коренных шейках 3 и 4 имеет место гидродинамическая смазка (в этом отношении условия их работы не отличаются от условий работы коренных шеек коленчатых валов у известных ДВС с КШМ). На сферических кривошипных шейках 5 и 6 имеет место гидродинамическая смазка, так как внутренние сферические поверхности ползунов непрерывно скользят по сферическим кривошипным шейкам 5 и 6 - тоесть, сферические шейки 5 и 6 непрерывно вращаются в сферических отверстиях ползунов (в этом отношении условия работы сферических кривошипных шеек 5 и 6 не отличаются от условий работы кривошипных шеек коленчатых валов у известных ДВС с КШМ). Между опорными поверхностями ползунов (двумя внешними параллельными гранями) и взаимодействующими с ними поверхностями (двумя параллельными боковыми гранями) пазов 12 и 13 лопастей 10 и 11 также имеется гидродинамическая смазка - так как при максимальном давлении в рабочих камера (в момент времени, показанные на ФИГ.1÷2) ползуны скользят в пазах 12 и 13 с максимальной скоростью, обеспечивающей гидродинамический режим смазки. Опоры 58 лопастей 10 и 11 работают в таких же условиях, что и верхние головки шатунов у известных ДВС с КШМ. Следовательно, с точки зрения ресурса подшипниковых узлов заявляемое изобретение находится не в худших условиях, чем известные ДВС с КШМ, а, следовательно, будет иметь такой же их ресурс. При этом, в заявляемом изобретении нет контакта поверхности лопастей со стенками корпуса (как контакт поршня и стенок цилиндра в известных ДВС с КШМ), что повышает его механический коэффициент полезного действия, по сравнению с ДВС с КШМ.
В заявляемом изобретении требования к жесткости конструкции корпуса таковы, что нужно только локально обеспечить жесткость корпуса в районе опор лопастей и в районе коренных шеек коренного вала. Это необходимо для обеспечения требуемого ресурса этих подшипниковых узлов. Использование у заявляемого изобретения сферических кривошипных шеек позволяет снизить требования к жесткости конструкции корпуса между опорами лопастей с одной стороны и опорами коренного вала с другой стороны, так как деформации корпуса под нагрузкой и температурные деформации (в направлении оси коренного вала 81) не скажутся на ресурсе сферической кривошипной шейки коренного вала (при этих деформациях нормальная работа сферических кривошипных шеек не нарушается). Это позволяет снизить жесткость конструкции корпуса двигателя, следовательно, повысить уровень напряжений в его конструкции, а, следовательно, снизить вес конструкции корпуса и двигателя в целом.
В заявляемом изобретении каждая рабочая камера имеет одинаковые по конструкции контактные уплотнения.
Конструкцию уплотнения рассмотрим на примере рабочих камер 75 и 76 (уплотнение рабочих камер 73 и 74 аналогично по конструкции). Уплотнение рабочих камер 75 и 76 (ФИГ.2) состоит из двух одинаковых радиальных (каждое состоит из уплотнений 34, 68 и 38) и двух (зеркально отраженных) торцевых уплотнений (каждое из торцевых уплотнений состоят из уплотнений 39, 40, 41, 71, 42, 72, 43, 44 и 45), размещенных на лопасти 10 (все вышеуказанные уплотнения неподвижны относительно лопасти 10), и одного радиального уплотнения (состоит из уплотнений 36, 37 и 69) (ФИГ.10÷11), размещенного на головке 14 (оно неподвижно относительно головки 14).
В торцевом уплотнении прямолинейные уплотнительные пластины 39 и 40, и уплотнение в виде фрагмента кольца 41 (установленные в пазах лопасти 10) замкнуты между собой на цилиндрических штифтах 42, 43, 44 и 45, установленных в расточках лопасти 10. Пластины 39 и 40 непосредственно примыкают (в идеале - без зазора) своими торцевыми поверхностями (требуемой формы - цилиндрической) к цилиндрическим поверхностям штифтов 42 и 45, соответственно. Пластина 39 и фрагмент кольца 41 замыкаются между собой на штифте 43, который имеет для этого профрезерованные лыски. Пластина 40 и фрагмент кольца 41 замыкаются между собой на штифте 44, который имеет для этого профрезерованные лыски.
Другое торцевое уплотнение лопасти 10, расположенное с противоположной стороны лопасти 10, точно такое же (точнее говоря, имеет зеркально отраженную конструкцию, по отношению к плоскости чертежей ФИГ.1÷3).
Каждое из радиальных уплотнений, размещенных на лопасти 10 состоит из двух прямолинейных пластин 34 и 68 (ФИГ.7), установленных в пазе цилиндрических участков лопасти 10, одни из концов которых замкнутых между собой посредством цилиндрического штифта 38, установленного в расточку лопасти 10, и имеющего соответствующую лыску (например, со стороны рабочей камеры). Другие концы пластин 34 и 68 замыкаются с концами торцевых пластин 39 посредством цилиндрических штифтов 42 и 72. При этом, штифты 42 и 72 имеют профрезерованные пазы, в которые входят пластины 34 и 68. Другое радиальное уплотнение, размещенное на лопасти 10, аналогично по конструкции рассмотренному выше радиальному уплотнению. Возможен и иной вариант исполнения данного радиального уплотнения, показанный на ФИГ.9, где цилиндрический штифт 70 имеет профрезированный паз, в котором замыкаются одни из концов пластин 34 и 68.
В процессе работы заявляемого изобретения уплотнения, размещенные на лопастях 10 и 11, скользят по взаимодействующим с ними контактирующим поверхностям (цилиндрическим радиальным и торцевым плоским) центрального корпуса.
Радиальное уплотнение, расположенное в головке 14 (в цилиндрической расточке головки 14) и изолирующее рабочие камеры 75 и 76 друг от друга, состоит из трех прямолинейных пластин 36, 37 и 69 (ФИГ.11÷12), установленных в пазах головки 14. Это радиальное уплотнение неподвижно относительно головки 14 (уплотнительные пластины скользят по контактирующей цилиндрической поверхности лопасти 10 с радиусом 89). При этом, пластина 36 прижимается к радиальной поверхности лопасти 10, пластины 37 прижимается к одной из торцевых поверхностей лопасти 10, а пластины 69 прижимается к другой из торцевых поверхностей лопасти 10. Между пластинами 36 и 37, и 36 и 69 имеется минимально возможный зазор (близкий к нулю, но не ограничивающий их подвижность). Зазор между уплотнением 37 и 41, и 69 и 71 составляет 0,1÷0,2 мм, что в несколько раз меньше чем в замке поршневого кольца у известных ДВС с КШМ. Следовательно, в заявляемом изобретении утечки рабочего тела будут меньше, чем у ДВС с КШМ, что повышает его объемный коэффициент полезного действия.
Все уплотнительные элементы в заявляемом изобретении прижимаются к контактирующим поверхностям (по которым они скользят) любым известным способом, например, с помощью пластинчатых эспандеров (пружин), как это имеет место в уплотнении у известных РПД Ванкеля.
Как видно из вышеизложенного, уплотнение рабочих камер в заявляемом изобретении выполнено в принципе также, как уплотнение ротора у известных РПД Ванкеля.
А, следовательно, с уплотнением рабочих камер у заявляемого изобретения нет никаких проблем.
В заявляемом изобретении уплотнение рабочих камер может быть выполнено как однорядным (как в рассмотренном выше случае), так и многорядным.
В заявляемом изобретении для обеспечения работоспособности опор 58 лопастей 10 и 11 применены анкерные болты 46 и 47 (однако их может и не быть), которые ограничивают деформацию корпуса при работе двигателя и частично разгружают боковые стенки корпуса от изгибающего момента.
Несмотря на свою принципиальную отличность от ДВС с КШМ, предлагаемое изобретение по конструкции и по технологии изготовления его деталей не отличается от ДВС с КШМ. А именно. Конструкция и технология изготовления головок у заявляемого изобретения точно такая же, что и головок цилиндров у ДВС с КШМ. Конструкция и технология изготовления у заявляемого изобретения центрального корпуса, состоящего из двух совместно обрабатываемых частей (растачивание цилиндрических полостей под лопасти 10 и 11 и их опоры, а также под опору (коренную шейку) коренного вала) не отличается, например, от конструкции и технологии изготовления центральных картеров у известных звездообразных и оппозитных авиационных ДВС с КШМ, также состоящих из двух совестно обрабатываемых частей. Конструкция и технология изготовления коренного вала у заявляемого изобретения в принципе не отличается от конструкции и технологии изготовления коленчатых валов у ДВС с КШМ. В заявляемом изобретении коренной вал имеет только две симметрично расположенные кривошипные шейки, что снижает стоимость его производства (рассмотренный вариант заявляемого изобретения эквивалентен восьмицилиндровому четырехтактному ДВС с КШМ). Таким образом, практически все детали заявляемого изобретения могут быть изготовлены на существующем оборудовании и не требуют разработки специальных технологий.
Это очень важное преимущество заявляемого изобретения. При современном уровне производства пойти на кардинальное изменение конструкции ДВС можно только в том случае, если преимущества нового ДВС будут значительными (они у заявляемого изобретения налицо), а издержки перехода на новую конструкцию ДВС будут невелики (в данном случае их у заявляемого изобретения нет).
Возможен вариант исполнения заявляемого изобретения, когда у него кривошипная шейка коренного вала выполнена в виде тела вращения любой приемлемой формы (цилиндрической, сферической и др.), и непосредственно контактирует с боковыми гранями паза лопасти. Конечно, в этом случае допустимая нагрузка в месте контакта будет меньше (чем при поверхностном контакте), но в определенных вариантах исполнения заявляемого изобретения это может быть вполне приемлемо.
Две параллельные грани пазов 12 и 13 лопастей могут быть как перпендикулярны чертежу (тоесть, направлены строго в направлении осей 82 и 83 шарниров лопастей 10 и 11) (как показано на ФИГ.1÷2) так и располагаться под некоторым углом к нему, не равным 90 градусов (но обязательно должны иметь составляющую в направлении осей 82 и 83 шарниров лопастей).
На ФИГ.13 и 14 показан вариант исполнения заявляемого изобретения в варианте двухтактного ДВС одностороннего действия, когда у него применена прямоточно-щелевая продувка. Имеется картер-ресивер 60. Впускные окна 61 размещены в виде пазов на цилиндрической поверхности лопасти 11 с меньшим радиусом, а выпускные окна 62 и выпускной канал 63 выполнены в стенках центрального корпуса. Впускной канал на фигурах не показан. Движение воздуха из картера-ресивера 60 при продувке рабочей камеры на фигурах показано стрелками. В картер-ресивер воздух поступает из атмосферы, а отработавшие газы через выпускной канал 63 выбрасываются в атмосферу.
Возможен вариант исполнения заявляемого изобретения, когда у него кривошипные шейки повернуты друг относительно друга иначе (по сравнению с показанным на ФИГ.1÷12) вариантом), например, расположены по разные стороны от оси симметрии 87, и по разные стороны от оси вращения коренного вала 81.
Возможен вариант исполнения заявляемого изобретения, отличающийся от показанного на ФИГ.1÷12 тем, что у него на коренном валу нет шестерни. В этом случае он может быть выполнен, например, в виде или свободно-лопастного генератора газа или в виде двигателя-насоса (одна лопасть является лопастью двигателя, а другая лопасть является лопастью насоса, при этом лопасти могут быть или неодинаковыми или одинаковыми), или в виде двигатель-генератора (когда ротор электрогенератора выполнен заодно с коренным валом).
Заявляемое изобретение может быть использовано в качестве двигателя любого типа (ДВС (дизеля, бензинового и др.), двигателя внешнего сгорания (парового, двигателя Стирлинга и др.), гидродвигателя и др.), и иметь одну или более рабочих камер.
В заявляемом изобретении (в варианте ДВС) лопасть может иметь эффективное жидкостное циркуляционное охлаждение (как и неподвижные стенки корпуса двигателя). При этом подвод охлаждающей жидкости можно осуществлять через одну опору лопасти, а отвод охлаждающей жидкости - через другую опору лопасти. Это позволяет двигателю не иметь никаких ограничений по теплонапряженности деталей (не иметь ограничений по форсировке рабочего процесса).
Например, у известных ДВС с КШМ с циркуляционным (например, масляным) охлаждением поршней, с увеличением частоты вращения коленчатого вала (из-за действия на охлаждающую жидкость сил инерции) расход охлаждающей жидкости через поршень уменьшается (а по идее он должен наоборот увеличиваться), что ограничивает уровень теплонапряженности поршней, а, следовательно, и уровень форсировки двигателя.
Заявляемое изобретение может быть использовано в качестве насоса любого типа (жидкостного, компрессора и др.), и иметь одну или более рабочих камер.
Возможен вариант исполнения заявляемого изобретения, когда у него часть рабочих камер являются рабочими камерами двигателя внутреннего сгорания, часть рабочих камер являются рабочими камерами двигателя внешнего сгорания (например, парового двигателя), а часть рабочих камер являются рабочими камерами насоса (компрессора).
В заявляемом изобретении поверхность крепления головки к центральному корпусу (привалочная поверхность головки) может быть или перпендикулярна (как показано на ФИГ.1÷12) или не перпендикулярна оси вращения коренного вала.
В заявляемом изобретение центральный корпус может состоять из двух (как показано на ФИГ.1÷12) или более частей, соединенных между собой любым приемлемым образом (посредством болтового соединения, посредством шпилечного соединения, комбинация из первых двух, и др.). Возможен вариант, когда центральный корпус представляет собой единое целое, а не состоит из двух (или более) частей.
В заявляемом изобретение головки могут крепиться к центральному корпусу любым приемлемым образом (посредством болтового соединения, посредством шпилечного соединения, комбинация из первых двух, и др.), и состоять из одной (как показано на ФИГ.1÷11) или более частей.
В заявляемом изобретение участки поверхности лопасти и взаимодействующие с ними участки поверхности корпуса (и головки) могут представлять собой части поверхностей вращения любого типа (цилиндрической, с радиусами 88 и 89 (как показано на ФИГ.1÷12), сферических, их комбинация и др.). При этом, оси вращения, относительно которых образованы вышеуказанные поверхности вращения, совпадают с осью шарнира лопасти.
В заявляемом изобретении коренной вал (коренные шейки, кривошипные шейки, шестерня и др.) может представлять собой как единую деталь (как в показанном на ФИГ.1÷12 варианте), так и состоять из нескольких деталей, соединенных между собой любым приемлемым образом. Коренной вал может или иметь противовесы (как показано на ФИГ.1÷12), служащие для уравновешивания центробежной силы от кривошипных шеек и от ползунов, или не иметь. Если коренной вал имеет противовесы, то они могут или представлять с коренным валом единое целое (как в показанном на ФИГ.1÷12 варианте) или крепится к коренному валу любым приемлемым образом, например, посредством болтового соединения. Коренной вал может иметь одну или более коренных шеек (например, возможен вариант, отличающийся от показанного на ФИГ.1÷12 тем, что коренной вал имеет одну коренную шейку, расположенную между полушевронами зубчатого колеса шевронного типа. Коренной вал может иметь одну или две кривошипные шейки, при этом, в первом случае потребитель мощности (или ее источник) может непосредственно быть соединен с коренным валам (а не посредством зубчатой передачи, как в рассмотренном выше случае).
В заявляемом изобретении для передачи мощности от коренного вала внешним потребителям (или наоборот) может быть использована любая приемлемая механическая (или иная, например, электрическая) передача: зубчатая передача (косозубая (как в показанном на ФИГ.1÷12 варианте исполнения), любое иное приемлемое зубчатое колесо (цилиндрическое прямозубое или косозубое, коническое и др.)); зубчатая цепь; и др.
В заявляемом изобретении впускной и выпускной каналы могут быть расположены в любом приемлемом месте (в центральном корпусе и головке - как в рассмотренном на ФИГ.1÷12 варианте, в лопасти (например, входной канал расположен в цапфе лопасти и самом теле лопасти), и др.
В заявляемом изобретении уплотнение рабочих камер может быть как контактным (из любого приемлемого материала) - любого типа (например, как в рассмотренном на ФИГ.1÷12 варианте), так и бесконтактным (например, лабиринтным). Возможна комбинация из вышеуказанных вариантов.
В заявляемом изобретении наличие цилиндрических поверхностей 90 у втулки 57 и 91 у двух половин 55 и 56 ползуна (ФИГ.4) предотвращает в полностью собранном виде спадание втулки 57 с цилиндрического выступа 54 кривошипной шейки 5. Возможны иные варианты предотвращения спадания втулки 57 с цилиндрического выступа 54 кривошипной шейки 5, например, установка в проточке цилиндрического выступа 54 стопорного кольца, и др.
Возможен вариант исполнения заявляемого изобретения, когда у него два болта, соединяющих две части центрального корпуса, например, в районе коренных шеек 3 и 4 коренного вала (на фигурах не показаны), проходят через втулки (четыре штуки - по две на каждый болт). Вышеуказанные втулки запрессованы в половинки центрального корпуса с их внешней стороны и выступают из них в виде цапф, которые используются в качестве опор крепления двигателя (например, крепления двигателя на транспортном средстве). Возможен вариант исполнения, когда болт один - а втулок две.
В более общем плане в заявляемом изобретении кривошипная шейка может взаимодействовать с ползуном посредством сферического шарнира, выполненного конструктивно любым приемлемым образом, один из которых рассмотрен выше и приведен на ФИГ.1÷12. Другой вариант исполнения показан на ФИГ.15. В этом случае кривошипная шейка также взаимодействует с ползуном посредством сферического шарнира. При этом, сама кривошипная шейка 92 имеет цилиндрическую форму и взаимодействует с внутренней цилиндрической поверхностью промежуточной втулки 64, внешняя поверхность которой выполнена сферической формы и уже эта поверхность взаимодействует с внутренней сферической поверхностью ползуна, состоящего, например, из двух половин 55 и 56. Тоесть, в этом случае кривошипная шейка взаимодействует с ползуном посредством промежуточной детали (втулки), но так же посредством сферического шарнира. Возможны иные варианты исполнения, когда кривошипная шейка взаимодействует с ползуном посредством сферического шарнира.
Возможен вариант исполнения заявляемого изобретения (ФИГ.16), когда у него кривошипная шейка 92 коренного вала выполнена цилиндрической формы. Ползун 66, выполненный как единая конструкция, фиксируется от осевого перемещения на кривошипной шейке 92 коренного вала посредством стопорного кольца 67, помещенного в проточке цилиндрического выступа 93 кривошипной шейки 92 коренного вала. При этом, данная фиксация ползуна 66 необходима только тогда, когда двигатель не работает. При работе двигателя ползун 66, за счет действия на него центробежной силы, прижимается своим буртиком к торцевой поверхности кривошипной шейки 92.
Механизм, преобразующий в заявляемое изобретение возвратно-вращательное перемещение лопастей в непрерывное вращение коренного вала, может быть использован не только в объемных машинах (как указано выше), но и сам по себе - использоваться в качестве такового в других механизмах. Тоесть., механизм, состоящий из корпуса, коренного вала с, по меньшей мере, одной кривошипной шейкой, ползуна и кулисы (в варианте объемной машины - это лопасти) с продольным пазом, с которым взаимодействует ползун.
1. Механизм преобразования, содержащий корпус, кулису, шарнирно установленную в корпусе и выполненную с возможностью возвратно-вращательного перемещения относительно оси своего шарнира, кулиса имеет в направлении оси своего шарнира паз с двумя параллельными гранями, вал, установленный в корпусе и выполненный с возможностью вращения или возвратно-вращательного перемещения вокруг своей оси, вал имеет, по меньшей мере, одну кривошипную шейку, выполненную с возможностью взаимодействия с вышеуказанным пазом кулисы, вышеуказанные ось шарнира кулисы и ось вращения вала не параллельны между собой, например перпендикулярны, отличающийся тем, что вышеуказанная кривошипная шейка выполнена сферической формы и выполнена с возможностью взаимодействия с вышеуказанным пазом кулисы посредством ползуна, при этом ползун имеет со своей внешней стороны две параллельные грани, которые выполнены с возможностью взаимодействия с двумя вышеуказанными параллельными гранями паза кулисы, ползун имеет внутреннюю сферическую поверхность, которая выполнена с возможностью взаимодействия с вышеуказанной сферической шейкой кривошипа.
2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что вышеуказанная сферическая кривошипная шейка имеет цилиндрический выступ, при этом ось этого цилиндрического выступа и ось вращения вала составляют между собой угол больше нуля градусов, но меньше девяноста градусов, имеется втулка, внутренняя цилиндрическая поверхность которой выполнена с возможностью взаимодействия с цилиндрической поверхностью вышеуказанного цилиндрического выступа кривошипной шейки, втулка со своей внешней стороны имеет две параллельные грани, ползун имеет внутренний паз с двумя параллельными гранями, которые выполнены с возможностью взаимодействия с вышеуказанными двумя параллельными гранями втулки, вышеуказанные две параллельные грани внутреннего паза ползуна и две внешние параллельные грани ползуна между собой не параллельны, например перпендикулярны, втулка со своей внешней стороны имеет фрагмент цилиндрической поверхности, при этом ось этого фрагмента цилиндрической поверхности перпендикулярна вышеуказанным оси внутренней цилиндрической поверхности втулки и двум вышеуказанным параллельным граням втулки, ползун со своей внутренней стороны имеет фрагмент цилиндрической поверхности, выполненной с возможностью взаимодействия с вышеуказанным фрагментом цилиндрической поверхности втулки.
3. Механизм по п.1 или 2, отличающийся тем, что вышеуказанная кривошипная шейка выполнена консольной.
4. Объемная машина, содержащая впускной и выпускной каналы, по меньшей мере, одну рабочую камеру, выполненную с возможностью сообщения с впускным и выпускным каналами, лопасть, выполненную с возможностью возвратно-вращательных перемещений относительно оси своего шарнира, лопасть имеет, по меньшей мере, два участка своей поверхности, каждый из которых представляет собой часть поверхности тела вращения, оси вращения которых совпадают с осью шарнира лопасти, при этом расстояние от оси шарнира лопасти до наиболее удаленной от нее точки поверхности первого тела вращения меньше, чем расстояние от оси шарнира лопасти до наиболее удаленной от нее точки поверхности второго тела вращения, отличающаяся тем, что имеет механизм преобразования по любому из пп.1-3, при этом кулиса механизма преобразования образует лопасть, рабочая камера образована поверхностью корпуса вышеуказанного механизма преобразования и поверхностью лопасти, каждый из вышеуказанных участков поверхности лопасти выполнен с возможностью взаимодействия с аналогичным по форме участком поверхности корпуса вышеуказанного механизма преобразования.
5. Объемная машина по п.4, отличающаяся тем, что вышеуказанные первый и второй участки поверхности лопасти и взаимодействующие с ними участки поверхности корпуса представляют собой фрагменты цилиндрических поверхностей разного радиуса, вышеуказанный ползун состоит из двух частей, соединенных между собой, например, посредством шпилечного соединения.
6. Объемная машина по п.4 или 5, отличающаяся тем, что поверхностью корпуса и поверхностью лопасти образована вторая рабочая камера, выполненная с возможностью сообщения с впускным и выпускным каналами, при этом лопасть имеет еще один участок своей поверхности, аналогичный по форме вышеуказанному второму участку ее поверхности и выполненный с возможностью взаимодействия с аналогичным по форме участком поверхности корпуса, вышеуказанный корпус состоит из центрального корпуса и головки, соединенных между собой, например, посредством шпилечного соединения, центральный корпус состоит, по меньшей мере, из двух частей, соединенных между собой, например, посредством болтового соединения, при этом, по меньшей мере, один из вышеуказанных болтов проходит через две втулки, запрессованные по одной с внешней стороны в каждую часть центрального корпуса, вышеуказанные запрессованные втулки выполняют функцию опор крепления заявляемой объемной машины, ось вращения коренного вала и ось шарнира лопасти лежат в плоскости стыка двух частей центрального корпуса, поверхность крепления головки к центральному корпусу или перпендикулярна, или не перпендикулярна оси вращения коренного вала, коренной вал имеет противовесы.
7. Объемная машина по п.6, отличающаяся тем, что уплотнение рабочих камер состоит из двух радиальных уплотнений и двух торцевых уплотнений, размещенных на лопасти, и одного радиального уплотнения, размещенного на головке, при этом замыкание концов вышеуказанных радиальных и торцевых уплотнений, размещенных на лопасти, осуществлено посредством четырех цилиндрических штифтов, имеющих пазы для размещения радиальных уплотнений и помещенных в расточках лопасти, причем каждый из вышеуказанных цилиндрических штифтов выполнен с возможностью взаимодействия с одним концом радиального уплотнения и с одним концом торцевого уплотнения, каждое радиальное уплотнение состоит из двух пластин и одного цилиндрического штифта, установленного в расточке лопасти, при этом цилиндрический штифт имеет или паз, или лыску, в котором замыкаются концы вышеуказанных радиальных пластин, каждое торцевое уплотнение состоит из двух прямолинейных пластин и одного фрагмента кольца, замкнутых между собой на двух цилиндрических штифтах, установленных в расточках лопасти и имеющих лыски, уплотнение между обоими рабочими камерами осуществлено вышеуказанным радиальным уплотнением, размещенным на головке и выполненным в виде одной или нескольких пластин, помещенных в пазах головки.
8. Объемная машина по п.7, отличающаяся тем, что вышеуказанный коренной вал имеет на втором своем конце симметрично и консольно расположенную вторую кривошипную шейку, конструктивно аналогичную вышеуказанной первой кривошипной шейке, имеется вторая лопасть, шарнирно установленная в корпусе и конструктивно аналогичная вышеуказанной первой лопасти, ось шарнира второй лопасти и ось вращения коренного вала между собой не параллельны, например перпендикулярны, ось шарнира второй лопасти и ось шарнира первой лопасти, например, параллельны, вторая кривошипная шейка и вторая лопасть выполнены с возможностью взаимодействия между собой также, как взаимодействуют между собой вышеуказанные первая кривошипная шейка и первая лопасть, имеется вторая головка, конструктивно аналогичная вышеуказанной первой головке и прикрепленная к центральному корпусу аналогичным первой головке образом, поверхностью центрального корпуса, второй лопасти и второй головки образовано две рабочие камеры, выполненные с возможностью сообщения с входным и выходным каналами, уплотнение которых выполнено также, как уплотнение двух вышеуказанных рабочих камер, на коренном валу имеется зубчатое колесо.
9. Объемная машина по п.8, отличающаяся тем, что она выполнена в виде двухтактного двигателя внутреннего сгорания, при этом впускные каналы расположены в центральном корпусе, а выпускные каналы расположены в головке.
