Поршневий двигун сауніна

1. Поршневой двигатель, содержащий блоки и элементы корпуса, два параллельных коленчатых вала с синхронизирующими зубчатыми шестернями между ними, один ряд цилиндроподобных камер действия с установленными в них короткими поршнями из облегченного материала и пружинными кольцами, поршневым пальцем и двумя шатунами равной длины, но различной формы в верхней части, подсоединенными к коленвалам, причем камерам действия и поршням с кольцами придана вытянутая поперек оси ряда некруглая в поперечном сечении форма эллиптическая и/или растянутого круга, с большей площадью, чем вписанный в эту форму круг, при этом меньшие оси всех полученных форм расположены по общей оси ряда, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что камеры действия и поршни с кольцами выполнены с поперечным сечением в форме выпуклого с двумя вершинами наибольшей кривизны овала из сопряженных двух дуг окружности одного меньшего радиуса с двумя дугами окружности другого большего радиуса, с соотношением большего его размера по длине к меньшему, но наибольшему по ширине, от 1,5 до 2, преимущественно равным 1,8, а в каждом поршне установлено по два поршневых пальца меньшего диаметра, оси которых равноудалены от центра тяжести поршня, параллельны шейкам ко ленвалов и между сооой, расположены симметрично относительно вертикальной оси поршня, и на каждом поршневом пальце установлен один из выполненных одинаковыми по форме и размерам шатунов, подсоединенных к соответствующему коленвалу. 2. Двигатель по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что камеры действия и поршни с кольцами выполнены с поперечным сечением в форме, близкой к овалу, из сопряженных двух дуг окружности одного радиуса с двумя дугами окружности другого радиуса, но с большими радиусами и площадью, чем у овала, имеющего то же соотношение большего размера к меньшему 3. Двигатель по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что камеры действия и поршни с кольцами выполнены с поперечным сечением в форме овоида из сопряженных четырех дуг окружностей трех различных радиусов, где шириной его является диаметр или близкий к нему размер большей дуги окружности среднего радиуса, две более короткие боковые сопрягающие дуги окружности с большим радиусом, чем средний в два раза и более, и самая короткая дуга окружности меньшего радиуса, чем средний, а длиной является расстояние между вершинами средней и наибольшей кривизны. 4. Двигатель по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что камеры действия и поршни с кольцами выполнены с поперечным сечением в форме выпуклого скругленного прямоугольника, описанного восемью сопряженными дугами окружностей трех разных радиусов, где две боковые дуги окружности по длинной е*го NJ Os ы оо о 26348 стороне имеют наибольший радиус, две других по короткой стороне имеют средний радиус, и четыре сопрягающих дуги окружности наименьшего радиуса по углам. 5. Двигатель по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что камеры действия и поршни с кольцами выполнены с поперечным сечением в форме двух разнесенных полуокружностей одного радиуса и двух внешне сопряженных с их концами дуг окружности другого радиуса, образующих пережим посередине. 6. Двигатель по п. ^ о т л и ч а ю щ и й с я тем, что камеры действия и поршни с кольцами выполнены с поперечным сечением в форме двуглавой трохоиды с одним пережимом посередине. 7. Двигатель по п. 1, о т л и ч а гащ и й с я тем, что камеры действия и поршни с кольцами выполнены с поперечным сечением в форме замкнутой выпукло-вогнутой кривой, образованной вращающейся фрезой, центр которой проходит по дуге большего радиуса, чем диаметр фрезы. 8. Двигатель по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что камеры действия и поршни с кольцами выполнены с поперечным сечением в форме конхоиды овала. 9. Двигатель по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что камеры действия и поршни с кольцами выполнены с поперечным сечением в форме двух разнесенных полуокружностей одного меньшего радиуса, внутренне сопрягающей их дуги окружности большего радиуса и прямой, соединяющей два оставшиеся конца полуокружностей. 10. Двигатель по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что камеры действия и поршни с кольцами выполнены с поперечным сечением в форме двух разнесенных полуокружностей разных радиусов и двух прямых, соединяющих их соответствующие концы. 11. Двигатель по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что камеры действия и поршни G кольцами выполнены с поперечным сечением в форме выпуклой замкнутой кривой из сопряженных участков циклоиды, в том числе эпициклоиды и гипоциклоиды. Изобретение относится к энергетике, транспорту, машиностроению, а именно, двигателестроению, компрессоростроению, насосостроению и может быть использовано при создании поршневых двигателей внутреннего сгорания и дизелей в качестве движущих силовых установок: авиационных, тепловозных, тракторных, танковых, автомобильных, мотоциклетных, передвижных дизель-генераторных электростанций, судовых и корабельных, главных и вспомогательных, а также - поршневых паро-газо-пневмо- или - гидродвигателей, компрессоров и насосов различных типов и назначений. Предлагаемое изобретение можно использовать для создания поршневых машин, двигателей, аппаратов, компрессоров, насосов в широком диапазоне мощностей от 0,1 кВт для моделей до 20000 кВт для судовых установок, причем применить предложенную конструкцию для двигателей любой степени быстроходности, предкамерных и форкамерных, двухтактных и четырехтактных, с воспламенением от сжатия или от пос тороннего источника, с наддувом или без него и т. д. Известен по заявке Франции № 2641577, F 02 F 5/00, F 16 і 9/24, опубл. 90.07.13 № 28 способ предотвращения поворота поршневых колец ДВС, который содержит поршень, главным образом цилиндрической формы, поршневое кольцо и цилиндр, в котором поршень с кольцом осуществляют возвратно-поступательное движение. Поршневое кольцо и цилиндр имеют такую форму (слегка овальную или эллиптическую, или другую сложную форму), которая исключает поворот поршневого кольца относительно цилиндра и улучшает его приспособляемость к изменению кривизны цилиндра и прирабатываемость сопряженных поверхностей трения. Однако у такого двигателя достичь существенного повышения мощности невозможно, так как эллиптичность формы цилиндра и колец не может превышать нескольких процентов от его диаметра, потому что консольно выступающие части колец между цилиндром сложной формы и поршнем круглой формы становятся слиш 5 10 15 20 25 26348 ком разной (с учетом еще необходимого для работы двигателя между поршнем и цилиндром меняющегося зазора) ширины (радиальной толщины), что приводит к увеличению изгибающих моментов от давления газов на кольцо, ухудшает условия их работы, вызывает перекосы и снижает надежность двигателя. Известен также ДВС по авт. св. СССР № 1657697, кл. F 02 В 75/32 (заявл. 88 05 03 № 4418318, опубл. 91 06 23, БИ № 23), который выполнен двухрядным по цилиндрам, трехвапьным, с синхронизирующими зубчатыми шестернями на коленвалах. Для снижения габаритов двигателя в каждом поршне на одном пальце установлено, как минимум, по два подшипника со своими обоймами и по два шатуна равной длины, но разной формы, приводящие во вращение соседние коленвалы, поэтому у такого двигателя, помимо перегрузки пальцев поршня и ухудшения условий работы их подшипников, - нагрузка среднего коленвала в два раза больше чем крайних, хотя все они одинаковых размеров, - так как к шейкам среднего коленвала подходят по два шатуна от поршней обоих рядов цилиндров двигателя, а к крайним по одному. Кроме этого осложняется и работа шейки среднего коленвала, на которой необходимо устанавливать, как минимум, два подшипника. И общий эффект уменьшения габаритов весьма сомнителен: существенно укорачивается двигатель по длине, незначительно - по высоте, но очень резко увеличивается по" ширине. Кроме того, поршни двигателя в соседних рядах не могут работать в противофазе, повышается ударная масса всех поршней с шатунами, как инерционная, так и от сил давления газов. 5 10 15 20 25 30 35 40 сложная конструкция имеет существенный недостаток - она не может обеспечить уменьшения трения в паре поршеньцилиндр, составляющее главное достоинство двигателей такого типа, так как "некоторый взаимный поворот коленвалов" приводит к большему нажиму поршней на стенки цилиндров и увеличению потерь на трение между поршнем и цилиндром, к большим их износам. Кроме того, увеличить существенно в рассматриваемой конструкции цилиндровую мощность невозможно из-за перегрузки работы поршневого пальца, на котором, как минимум, располагаются два, а то и четыре, подшипника от обоих шатунов со своими обоймами, к тому же имеющих в верхней своей части существенно разную форму. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в устранении недостатков сравниваемых известных поршневых двигателей с использованием и объединением их достоинств при совмещении отдельных, зачастую альтернативных, требований к конструкции для получения существенного увеличения мощности двигателя и его компактности без снижения надежности моторесурса, по возможности, минимальными техническими средствами за счет максимально плотного заполнения элементами и деталями внутреннего объема пространства, охватываемого корпусом двигателя, отказа от традиционных цилиндрических камер действия и поршней с кольцами, применения промежуточного разделения развиваемой двигателем мощности на два равных потока до ее отбора. Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем: с целью повышения мощности при сохранении габаритов Известен, выбранный нами в качестве двухвальных или уменьшения габаритов прототипа, ДВС по авт. св. СССР № 1663213, трехвальных или резкого уменьшения гакл. F 02 В 7 5 / 3 2 { з а я в л . 8 8 0 6 1 4 № 4440211, опубл. 91 07 15, БИ № 26), 45 баритов одновальных двигателей, - его камеры действия (условно цилиндры) и который выполнен однорядным по цилиндпоршни с кольцами выполнены резко вырам с двумя параллельными коленвалатянутыми в поперечном сечении в виде ми. В каждом поршне установлено по ододной из замкнутых фигур: овала, обраному пальцу на его оси с присоединенными к нему через подшипники и обоймы 50 зованного дугами окружностей, овалоподобных и яйцеобразных, образованных двудвумя шатунами равной длины, вращаюмя разведенными полуокружностями разщими в разные стороны свои коленвалы. ных радиусов с прямыми участками межДвигатель снабжен двумя парами синхроду их концами, других восьмеркообразнизирующих шестерен на концах коленвалов и упругой торсионной муфтой, обес- 55 ных, трохоидальных, конхоидальных, циклоидальных кривых с отношением больпечивающей некоторый взаимный повошего размера фигуры к меньшему, разрот коленвалов, что устраняет ударные ным 1,5-2, причем все фигуры составленагрузки на зубья шестерен и приводит к ны в ряд меньшими размерами вдоль его снижению шума и повышению надежнососи, а за счет вытянутости фмгур поперек ти. Однако рассматриваемая достаточно 26348 оси ряда в каждом поршне установлено по два пальца равного диаметра, что в конечном итоге позволит существенно повысить мощность прямо пропорционально росту площади предложенных форм поперечного сечения камер действия (и повторяющих их форму поршней и колец) по сравнению с цилиндрами обычных и сравниваемых двигателей, у которых диаметр цилиндра равен меньшему размеру вышеперечисленных фигур, при этом сохраняется такая же высота, ширина и длина как у сравниваемого однорядного двухвального двигателя, или уменьшаются габариты при равной мощности по сравнению с двухрядными трехвальными двигателями, или резко уменьшаются габариты одновальных, тронковых и крейцколфных двигателей. На фиг. 1 изображен трехкамерный блок предлагаемого поршневого однорядного двигателя с камерами действия, поршнями и кольцами резко выраженной овальной или овалообразной формы, с двумя параллельными коленвалами и синхронизирующими зубчатыми шестернями между ними, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез по крайней камере действия; на фиг. 3 - то же, вид в плане со снятыми крышками; на фиг. 4 - часть продольного сечения поршня по оси одного из пальцев (с уплотнительными специальными кольцами; роликоигольчатым подшипником, обоймой шатуна) с частью стеики камеры действия; на фиг. 5 - четыре из шести предпочтительных форм камер действия и поршней с кольцами в плане (первая изображена на фиг. 3, пятая и шестая совмещены а одной крайней справа), а именно: выпуклых - овала с двумя вершинами наибольшей кривизны; овалоподобной или близкой к овалу из дуг окружностей двух радиусов; овоида - несимметричного яйцеобразного овала; бочкообразной с выпуклыми донышками или скругленного прямоугольника, описанного дугами окружностей трех разных радиусов; выпукло-вогнутой из дуг окружностей или трохоидальной двуглавой кривой с пережимом посередине; на фиг. 6 показаны еще четыре из пяти возможных форм камер действия и поршней с кольцами в плане (первая и вторая совмещены в одной крайней слева), а именно: выпукло (с трех сторон)-вогнутой (с одной стороны), образованной вращающейся фрезой или конхоидальной кривой; выпукло (с трех сторон)-прямолинейной (с одной стороны), образованной дугами окружностей двух разных радиусов и пря 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 8 мой; выпукло-прямолинейной из двух дуг окружностей разных радиусов и прямых, их соединяющих; выпуклой циклоидальной кривой со сходимостью больших дуг в точке. Все фигуры форм камер действия, поршней и колец на фиг. 3, 5f 6 чертежей приведены с преимущественным и/или предпочтительным отношением длинного размера {длинной оси) к короткому -{по осям симметрии или в наиболее толстой части), равным 1,8-2. На фиг. 2 показаны зубчатые шестерни со снятой перегородкой между выгородкой и картером. На фиг. 1 разрез поршня выполнен не по его оси, а по оси дальнего поршневого пальца, то же самое касается и коленвалов - изображен дальний коленвал со всеми его деталями и элементами, подсоединенными к дальнему пальцу, хотя его разрез находится не в одной плоскости с пальцем. Буквенными обозначениями на фиг. 4 отмечены: "А" - зазор между боковой поверхностью поршня и стенкой (рабочей поверхностью) камеры действия; "Б" - зазор между нерабочей поверхностью в тыльной части профиля сечения любого уплотнительного кольца и донышком канавки в теле поршня по всему периметру. Кроме отмеченного, на фиг. 1-3 чертежей не показаны другие, присущие всем обычным конструкциям, элементы двигателя, а именно: устройства подачи топлива, масла, воздуха, выхлопа отходящих газов, распределительные валы, клапаны и пр. - как не имеющие прямого отношения к предмету изобретения и способные только затемнить и усложнить чертежи. Предлагаемый поршневой двигатель включает в себя: общий для всех его элементов корпус 1, куда входят: блоки, остов, картер, выгородки, карманы, перегородки, рубашки охлаждения, фундамент и т. д.; один ряд камер действия 2 (сжатия, сгорания, условных "цилиндров"), выполненный из овалоподобных фигур, вытянутых поперек оси ряда, с короткими осями, расположенными по оси ряда; внутри камер установлены повторяющие их форму короткие поршни 3 (без направляющей юбки-тронка) из облегченного материала, на которых расположено по. пятьшесть поясов скользящих, невращающихся (вокруг оси поршней), уплотнительных (компрессионных и маслосъемных) специальных, разрезных с замком, пружинных колец 4, заведенных в опоясывающие поршень канавки 5 равной глубины. Внутри каждого поршня установлены сим 26348 метрично его вертикальной оси и вдоль направления вытянутости поперечного сечения фигуры два поршневых пальца 6 равного диаметра, при этом оси пальцев перпендикулярны направлению вытянутости фигуры поперечного сечения поршня; пальцы охватываются подшипниками 7, например, с ролико-игольчатыми телами качения 8, имеющими наименьшие габариты из всех сейчас применяемых и отлично работающих в условиях ударных нагрузок. (Допустимо применение шарикоподшипников и подшипников скольжения). Указанные подшипники установлены в верхних обоймах 9 идентичных и равновеликих шатунов 10, передающих от поршня усилия через нижнюю обойму 11, мотылевый подшипник 12 (также рекомендуется ролико-игольчатый) на шейки 13 и щеки 14 колен параллельно уложенных в картере на подшипниках 15 коленчатых валов 16, на продолжении щек колен которых выполнены секторные противовесы 17 для частичной компенсации движущихся возвратно-поступательных масс поршней, их пальцев, пальцевых подшипников, шатунов и вращающихся масс колен со щеками, шейками, мотылевыми подшипниками. На выступающих из корпуса-блока концах коленчатых валов в выгородке картера установлены синхронизирующие их взаимовращение зубчатые шестерни 18 с зацеплением между ними (например: прямозубым, косозубым, шевронным или, преимущественно, имеющим минимальные габариты и зазоры, циклоидальным зацеплением Новикова, с высокоэффективной передачей нагрузки по катящейся большой поверхности контакта между зубьями и отлично работающей s условиях действия ударных сил от движения поршней, инерционных сил, от давления газов при вспышках топлива над поршнем, колебаний скручивания коленвалов). 5 10 15 20 25 30 35 40 У предложенного многокамерного од- 45 норядного поршневого двигателя в корпусе 1 установлены по одной оси ряд камер действия 2 (сжатия, сгорания, условных "цилиндров"), в которых установлены поршни 3, действующие в разных фазах 50 по камерам действия, что определяется, как обычно, расчетом углов установки колен коленвалов в зависимости от числа поршней - с целью достижения наибольшей равномерности вращения коленвалов 55 и гашения ударных сил от давления газов, и инерционных. Естественно, все поршни в камерах действия работают одинаково. Поэтому на примере одной камеры действия с одним 10 поршнем и присоединенными к нему деталями и элементами двух кривошипношатунных механизмов рассмотрим как работает предлагаемый поршневой двигатель. В конце такта сжатия, который характерен для всех поршневых ДВС и дизелей (с воспламенением от постороннего источника или самовоспламенением от ежатия, двухтактных и четырехтактных), топливо, впрыснутое в камеру действия 2 (в камеру сгорания) над поршнем или введенное с воздухом на такте всасывания в камеру действия 2, воспламеняется, вызывая более или менее резкое повышение давления в камере над поршнем 3. Затем от ВМТ, под действием мощной силы высокого давления горящего и расширяющегося газа, скользящий в камере действия поршень 3 с установленными на нем уплотняющими кольцами 4 в канавках 5, устремляется вниз, передавая движущее усилие по двум направлениям через пару самостоятельных кривошипношатунных механизмов, преобразующих возвратно-поступательное движение во вращательное на два коленвала. В указанные механизмы входят полностью идентичные между собой пары деталей: жестко установленные в поршне пальцы 6, с плотно посаженными на них подшипниками 7 с телами качения 8, закрепленными в обоймах 9 шатунов 10, на нижних концах которых в обоймах 11 установлены мотылевые подшипники 12, охватывающие шейки 13 на щеках 14 колен, - а так как они выполнены за одно целое с прямыми участками, охватываемыми подшипниками 15, жестко установленными на остове в картере двигателя, - то коленвалы 16 приобретают вращательное движение. Для частичной компенсации, при передаче усилий от поршня на коленвалы, возвратно-поступательно движущихся резко - неравномерно инерционных масс: поршня, пальцев, шатунов и более равномерно вращающихся масс: нижних обойм шатунов, мотылевых подшипников, шеек и щек колец, - на продолжениях щек, уходящих за осевую линию прямых .участков, и выполненных с ними за одно целое, находятся значительные массы в виде секторных противовесов 17. Полную синхронизацию взаимовращения коленвалов обеспечивают жестко установленные на их концах зубчатые шестерни 18 с зацеплением между ними. Коленвалы при этом вращаются вместе с зубчатыми шестернями в разные стороны, колебания усилий скручивания у них 11 26348 одинаковы по фазе, но разные по знаку, т. е. направлены в разные стороны и примерно равны, - поэтому угловые перемещения колен обоих валов вэаимовынуждены и одинаковы Естественно, шейки колен, вращаясь вокруг осей прямых участков коленвалов, симметрично удаляются или приближаются относительно осевой вертикальной линии, проходящей посередине между коленвалами и, так как по этой линии выставляется и цилиндр и поршень, - то шатуны тоже приобретают практически одинаковые угловые и линейные перемещения (но противоположные по направлению), с учетом разницы между суммами зазоров но всех деталях кривошипно-шатунных механизмов по обоим направлениям. Вполне очевидно, что при движении поршня обратно от НМТ к ВМТ, взаимодействие всех вышеперечисленных деталей практически повторяется, но, обычно, с несколько сниженной нагрузкой. Естественно, мощность, развиваемая предлагаемым двигателем, может отбираться от обоих концов коленвалов, от одного конца одного вала или от четырех концов обоих коленвалов сразу, - одновременно. Остановимся на существенных отличиях предложенного технического решения от существующих. Выбранное принятое и предложенное соотношение длинного размера к короткому равное 1,5-2 для всех фигур поперечного сечения (в плане, в свету) камер действия, поршней и колец объясняется следующими соображениями. При овальной, овалообразной, овалоподобной и других предложенных формах камер действия, поршней и колец с соотношением длинного размера к короткому равным 1-1,5 (а это переходные формы от цилиндрической к овалообразной), - сложность выполнения их {при изготовлении, обработке, поддержании формы в эксплуатации и после ремонтов) остаются такими же, как и камер действия, поршней и колец с отношением 1,52, но существенной прибавки мощности и понижения габаритов двигателя достичь не удается, кроме того возрастает нагрузка на поршневой палец, а разместить два пальца в поршне со своими подшипниками и обоймами шатунов также не удается. А при соотношениях - 2-2:5 и более возникают значительные трудности, связанные с обеспечением прочности стенок блоков, остова, картера, камер действия, поршней и колец, что приводит к значительному увеличению их толщины и, соответственно, ухудшаются условия их ох 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 12 лаждения, возможны местные перегревы, особенно в наиболее близких к факелу местах; не удается поддерживать зазоры между камерами, поршнями и кольцами из-за тепловых их расширений неравной величины, возникают серьезные трудности из-за расхождений реального центра тяжести массы поршня и геометрическим центром фигуры, и центром приложения сил от давления газов, что может сильно повлиять на центровку поршня в камере действия и вызвать серьезные перекосы при работе. Кроме того сильно ухудшаются возможности уплотнения поршней при отношениях выше 2-х в камерах действие, - даже с помощью специальных пружинных, разрезных и подпружиненных дополнительно с воздействием на них из поршня, составных или сдвоенных, с открытым или закрытым замком колец, при увеличенной их установке вместо обычных 56 поясов в 9-Ю поясов (рядов), - приводит к большим потерям на трение и износам, особенно, местным из-за потери формы стенок камер действия и колец, а в конечном итоге - к прорывам и утечкам газа в подпоршневое пространство, так как при вытянутости фигур с отношением выше 2-х, обеспечить одинаковую плотность прилегания кольца к стенке камеры и равномерность давления от кольца на стенки, особенно, при недостаточной их упругости, по всему периметру камеры действия не удается никакими способами. Поэтому, учитывая вышеизложенное, было выбрано соотношение 1,5-2; - удастся ли разместить в поршне два пальца достаточно большого диаметра при соотношениях 1,5 до преимущественно 1,8 или предпочтительно по увеличению мощности двигателя соотношение от преимущественного 1,8 до 2, - покажут дополнительные исследования и испытания на опытных образцах. При этих соотношениях еще удается сохранить приемлемую толщину камер действия (условиях цилиндров) за счет обычных для втулок поясов жесткости и передачи части нагрузки на остов двигателя. Одновременно, вытянутая овалоподобная форма камеры действия, в верхней части своей ЯЕЛЯЮЩЭЯСЯ камерой сгорания, позволяет несколько улучшить процессы смесеобразования и горения топлива, увеличить дальнобойность факела, например, при боковом впрыске топлива; за счет естественного увеличения площади охлаждаемых стенок правильно организовать охлаждение, улучшить процессы продувки отработавших газов и на 13 26348 полнения камер воздухом, особенно, при петлевой продувке, - то есть попутно с основной задачей по увеличению мощности незначительно увеличить тепловой КПД двигателя и, соответственно, снизить расход топлива. Установка двух пальцев в- поршне вместо одного позволяет в два раза снизить нагрузку на палец, что совершенно очевидно, так как каждый из них передает половину усилия, развиваемого давлением газов над поршнем, и цилиндровой мощности. Такая установка пальцев совместно с известным решением по передаче мощности по двум направлениям от поршня через два шатуна с подшипниками на два параллельных синхронно вращающихся в разные стороны коленвала позволяет достичь нового существенного эффекта, заключающегося в следующем. При симметричном расположении относительно плоскости ряда осей камер действия и поршней всех равновеликих пар деталей, подсоединенных к поршню: пальцев, подшипников, шатунов, коленвалов, зубчатых шестерен, и невозможности проворачивания коленвапов относительно друг друга, они образуют фигуру в виде двух трапеций (верхней и нижней), имеющих по три стороны постоянной длины, из которых две боковые равны между собой, и одну общую сторону непостоянной длины. Верхняя наиболее короткая сторона постоянной длины верхней трапеции совершает возвратно-поступательные движения, боковые ее стороны равной длины сложные возвратно-поступательные и качательные движения, одна из сторон практически постоянной длины нижней трапеции неподвижна, а боковые ее стороны равной длины вращаются синхронно в разных направлениях вокруг точек концов (осей коленвалов) неподвижной стороны, при этом их общая сторона непостоянной длины, проведенная между осями шеек коленвалов всегда перпендикулярна оси симметрии нижней трапеции, а также практически всегда перпендикулярна оси симметричной верхней трапеции и параллельна ее наиболее короткой стороне, проведенной между осями поршневых пальцев и, одновременно, - всегда параллельна неподвижной стороне постоянной длины нижней трапеции, проведенной между осями коленвалов и зубчатых шестерен на них. При отклонении боковых сторон трапеций (шатунов и колен) на одинаковые углы расстояние между шейками коленвалов укорачивается или удлиняется практически на одинаковую величину отно 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 14 сительно оси симметрии обеих трапеций, т. е. линии движения поршня, а положение осей поршневых пальцев остается близким к симметричному и равноудаленным относительно указанной оси при любых перемещениях поршня от ВМТ к НМТ и обратно, поэтому поршень движется по осевой линии, практически совпадающей с осью камеры действия, (разница может достигать лишь величины зазора между боковыми поверхностями поршня и рабочими поверхностями камеры действия). Обеспечить такой эффект в реальном двигателе возможно подбором допусков на линейные размеры деталей, линейных величин их перекосов, тепловых расширений, прогибов, скручивания коленвалов, зазоров в подшипниках и зубчатом зацеплении с тем, чтобы их суммарное количество, а фактически разность, так как многие величины берутся с разными знаками, при любых наклонах под нагрузкой кривошипно-шатунных механизмов по обоим направлениям передачи мощности от поршня к коленвалам, т. е. поперек оси ряда, и перпендикулярно ему - т. е. вдоль оси ряда, чтобы эта сумма не превосходила выбранного зазора "А" между боковыми поверхностями поршня и камеры действия. Конечно, необходимо учесть при этом влияние всех сил воздействия на поршень инерционных и от давления газов, стремящихся отклонить и сдвинуть поршень -с линии его действия, например, при отклонениях центра, его тяжести от оси, качке на волнении моря или ухабах на дороге, при колебаниях давления газов между стенками поршня и камер действия. Становится возможным осуществить в предложенной конструкции работу поршня с минимальными потерями на трение, так как главные силы, прижимающие поршень к стенкам от реакций сил давления газов в шатунах, направлены навстречу друг другу как и у аналогичных сравниваемых двухвальных и трехвальных двигателях, а их результирующая, направленная поперек хода поршня, составляет всего 2-3 процента от прижимающей силы (поршня к стенке) как у одновальных тронковых двигателей. Здесь же необходимо отметить, что силы сжатия в обоих шатунах и от скручивания коленвалов синхронно вращающихся в разные стороны, практически на сто процентов равны между собой, подходят к оси поршня через пальцы навстречу друг другу под очень близкими углами, а их вертикальная результирующая направлена практически вдоль об 15 26348 щей оси поршня и очень близко к оси камеры действия навстречу результирующей силе от давления газов над поршнем. Если при этом геометрический центр фигуры совпадает с центром тяжести и центром приложения результирующей от сил давления газов, то ожидать появления на поршне серьезных сил, создающих опрокидывающий момент и наклоняющих (прижимающих) поршень к стенкам камеры действия просто не приходится. Дополнительным небольшим обеспечением новых эффектов от применения вытянутых в поперечном сечении камер действия и поршней с кольцами, и установки в каждом поршне двух пальцев является выполнение в поршнях опоясывающих канавок (для установки в них специальных, уплотняющих, пружинных, разрезных колец с замком) таким образом, чтобы зазор "Б" между нерабочей поверхностью в тыльной части профиля сечения любого уплотняющего кольца (компрессионного или маслосъемного) и донышком канавки в теле поршня по всему периметру был всегда больше наибольшего зазора "А" между боковыми поверхностями поршня и рабочими поверхностями камеры действия, При этом кольца должны быть всегда прижаты плотно к стенкам камеры действия от своих внутренних пружинящих сил, а не от тела поршня и не только от давления газов. Реализация новых эффектов, возникающих от предложенного технического решения, дает возможность создания существенно более мощных двигателей с меньшими габаритами, с несколько большим КПД и, соответственно, меньшим расходом топлива, как за счет небольшого улучшения процессов смесеобразования и горения топлива, продувки газов, наполнения воздухом, охлаждения камер действия и поршней, так и, прежде всего, за счет очень существенного увеличения площади сечений камер действия и поршней без увеличения длины их ряда; также можно достичь некоторого понижения потерь на трение и высоты двигателя, при этом вытянутости фигур камер действия не превосходят ширины картера сравниваемой двухвальной установки, т. е. ширина его, высота и длина сохраняются, а мощность выросла при этом в 1,5-2 раза; по сравнению с двухрядной трехвальной установкой равной мощности габариты предлагаемой однорядной резко сокращаются. Несмотря на определенные трудности, возникающие при изготовлении (от 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 16 ливке или механической обработке) и ремонтах камер действия, поршней и колец сложных форм - они легко преодолимы при современном состоянии промышленности с помощью применения точных способов литья и точных способов обработки обтачиванием или резанием по копирам (шаблонам) перечисленных деталей сложных форм на обычных станках или на станках с числовым программным управлением. За примерами далеко ходить не надо: миллионы статоров, цилиндров, втулок, профилированных кулачков, роторов (т. е. цилиндров и поршней сложных форм: с цилиндроподобными, овалоподобными, эллиптическими, синусоидальными, циклоидальными, конхоидальными, трохоидальными, винтовыми и другими сложными рабочими поверхностями), - изготавливаются в настоящее время промышленностью в развитых странах всего мира, а именно: двигателей Ванкеля, пластинчатых компрессоров и насосов, пневмо- и гидродвигателей. Поэтому некоторое удорожание при изготовлении поршневых двигателей, компрессоров и насосов предложенной конструкции обернется существенными прибавками прибыли и экономией средств, при условии их массового применения, получаемыми, как при изготовлении, так и, прежде всего, в эксплуатации - за счет повышения их мощности, и уменьшения габаритов, массы, расходов топлива, потерь на трение, износов. Применение предлагаемого изобретения позволит: - существенно увеличить мощность поршневых двигателей, производительность компрессоров и насосов в 1,5-2 раза при сохранении габаритов как у сравниваемых двухвальных установок, или резко уменьшить габариты по сравнению с двухрядными трехвальными и одновальными тронковыми и крейцкопфными конструкциями; - заменить, при необходимости, двухрядные трехвальные двигатели на предлагаемый однорядный двухзальный равной мощности, но имеющий гораздо меиьшие габариты и массу; - и, тем более, заменять устаревшие или устанавливать в проектах судов и кораблей вместо крейцкопфных и тронковых двигателей, обычно имеющих неприемлемо большую высоту. Перечисленное касается и звездообразных, и V-образных, и W-образных двигателей, всех других поршневых транспортных двигателей; тепловозных, авиационных, танковых, тракторных, автомобильных, мотоциклетных; 17 26348 18 наполнения, охлаждения камер действия, - использовать один двигатель вмеснекоторого уменьшения потерь на трение; то двух обычных со сложными передача- несколько увеличить надежность ми при невозможности установки двух, двигателя за счет улучшения условий охособенно, в установках, работающих с разделением мощности: на два винта право- 5 лаждения камер действия и поршней, сохго и левого вращения, на винт и контрранения масляной пленки на рабочей повинт, ведущие передние и задние колеса, верхности камеры действия, - применеправая или левая гусеница; ния специальных овалоподобных, эллипсоподобных, разрезных, пружинных колец - несколько увеличить тепловой и механический КПД двигателя и, соответст- 10 (компрессионных и маслосъемных) всегвенно, уменьшить расход топлива; за счет да плотно прижатых к камере действия овалоподобной камеры сгорания, т. е. лучлюбой сложной формы (также разработаших условий горения дальнобойного фаны автором-заявителем данного поршнекела, возможностей улучшения продувки, вого двигателя). 15 26348 Упорядник Техред М. Келемеш Коректор О. Обручар Замовлення 503 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Киів-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101