Поршнева машина

Винахід відноситься до області машинобудування і може бути використаний в двигунобудуванні при створенні чотирьохциліндрових двигунів внутрішнього згоряння, а також при створенні поршневих компресорів. Відомо поршнева машина (див. а.с. СРСР №323562, кл. F02В75/26, опублік. у бюл. №1, 1972), що містить силовий перетворюючий плоско-важільний чотирьохланковий прямолінійно-направляючий механізм з колінчастим валом, коромислом, шатуном з трьома шарнірними з'єднаннями, осі яких розташовані у вершинах рівнобедреного трикутника, причому один шарнір шатуна з'єднаний із шатунною шийкою колінчастого вала, інший - з коромислом, а третій - зі штоком, жорстко з'єднаним із двома поршнями, що зворотно-поступально переміщуються в двох співвісно розташованих циліндрах. Недоліками відомої поршневої машини є: великі габарити силового механізму щодо величини ходу поршнів, відсутність якого-небудь пристрою, що компенсує неточність прямолінійної траєкторії руху штока з поршнями, тому що силовий механізм не е абсолютно прямолінійно-направляючим. Відомо поршнева машина (див. деклараційний патент України №44554 А, кл. F02В75/32, F02В33/06, опублік. у бюл. №2, 2002), обрана за прототип, що містить силовий перетворюючий плоско-важільний чотирьохланковий прямолінійно-направляючий механізм з колінчастим валом, коромислом, шатуном з трьома шарнірними з'єднаннями, осі яких розташовані у вершинах рівнобедреного трикутника, бічні сторони якого дорівнюють відстані між осями шарнірів коромисла, причому один шарнір шатуна з'єднаний із шатунною шийкою колінчастого вала, інший - з коромислом, а третій - із двома компенсаційними шатунами, що шарнірно з'єднані з двома поршнями, які зворотно-поступально переміщуються уздовж однієї осі в двох нерухомих опозитно розташованих циліндрах. Недоліком відомої поршневої машини є невисокий ступінь реалізації потенціалу чотирьохланкового прямолінійно-направляючого механізму з погляду механічного коефіцієнта корисної дії машини. Щодо кількості циліндрів передавальний механізм містить велику кількість шарнірних з'єднань, які мають істотні втрати на тертя, що знижує ефективність застосування силового прямолінійно-направляючого механізму. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення поршневої машини шляхом з'єднання центрально розташованого в шарнірі шатуна пальця із двома рівнобіжними штоками таким чином, що кожен кінець пальця з лисками може переміщуватись в спеціальному пазу штока, що дозволить створити компактну чотирьохциліндрову поршневу машину зі зменшеною кількістю пар тертя, та зниженою матеріалоємністю і механічними втратами. Поставлена задача досягається тим, що в поршневій машині, що містить силовий перетворюючий плосковажільний чотирьохланковий прямолінійно-направляючий механізм з колінчастим валом, коромислом, шатуном з трьома шарнірними з'єднаннями, осі яких розташовані у вершинах рівнобедреного трикутника, бічні сторони якого дорівнюють відстані між осями шарнірів коромисла, причому один шарнір шатуна з'єднаний із шатунною шийкою колінчастого вала, інший - з коромислом, згідно винаходу, третій шарнір шатуна центрально розташованим в ньому пальцем, кожен кінець якого має по дві паралельні одна одній та осі пальця лиски, з'єднаний із двома рівнобіжними штоками таким чином, що кожен кінець пальця з лисками може переміщуватись в спеціальному пазу, виконаному в штоці в точці його рухомого з'єднання з пальцем, при цьому кінці штоків жорстко зв'язані з чотирма поршнями, які зворотно-поступально переміщуються в чотирьох нерухомих, попарно співвісних, опозитно розташованих циліндрах. Сутність винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг.1 зображена кінематична схема поздовжнього розрізу запропонованої поршневої машини, на фіг.2 - кінематична схема розрізу поршневої машини в площині, що проходить через осі симетрії циліндрів, а на фіг.3 зображена схема з'єднання пальця зі штоками і шатуном. Поршнева машина містить колінчастий вал 1, коромисло 2, шатун 3, який пальцем 4, центрально розташованим в ньому, з'єднаний із двома паралельними штоками 5, 6, жорстко зв'язаними з поршнями 7, 8, 9, 10, які зворотно-поступально переміщуються в циліндрах 11, 12, 13, 14. Круговою стрілкою на фіг.1 показаний напрямок обертання колінчастого вала 1. Цифрами І, II, ІІІ і IV на фіг.1 позначено циліндри 11, 12, 13, 14, відповідно до порядку їхньої роботи у випадку використання запропонованої поршневої машини як двигуна внутрішнього згоряння. Поршнева машина працює наступним чином. Якщо вона працює як чотиритактний двигун внутрішнього згоряння, в циліндрах 11, 12, 13, 14 до черзі, відповідно до порядку їхньої роботи (див. фіг.1), протягом двох обертів колінчастого вала 1 відбуваються такти впуску, стиску, згоряння-розширення і випуску відпрацьованих газів. При згорянні паливоповітряної суміші в циліндрах 11, 12, 13, 14 виникає рушійна сила, що надає руху поршням 7, 8, 9, 10, жорстко з'єднаним зі штоками 5, 6. Зворотнопоступальний рух поршнів 7, 8, 9, 10 зі штоками 5, 6, з'єднаними пальцем 4, перетворюється в обертальний рух колінчастого вала 1 за допомогою коромисла 2 і шатуна 3, один шарнір якого з'єднаний із шатунною шийкою колінчастого вала 1, інший – з коромислом 2, а третій - з пальцем 4. При русі штоків 5, 6, унаслідок деякої непрямолінійності траєкторії руху центра шарніра з'єднання шатуна 3 з пальцем 4, кінці з лисками пальця 4 переміщуються в спеціальних пазах штока, що запобігає заклинюванню механізму. Якщо поршнева машина працює як компресор із приводом від стороннього джерела енергії обертальний рух колінчастого вала 1 за допомогою коромисла 2 і шатуна 3 перетворюється в поступальний рух пальця 4, що передається, рухомо з'єднаним з ним штокам 5, 6, які мають жорсткий зв'язок з поршнями 7, 8, 9, 10. По черзі і попарно в циліндрах 11, 12 (І, II) і 13, 14 (ІІІ, IV) відбуваються такти впуску, стиску і перепуску, характерні для об'ємних поршневих компресорів. Запропоноване технічне рішення дозволяє реалізувати роботу чотирьохциліндрової поршневої машини з колінчастим валом, який містить усього лише дві корінних і одну шатунну шийки, що знижує втрати на тертя, зменшує масу і довжину колінчастого вала, підвищує його жорсткість. Використання нескладного рухомого компенсуючого з'єднання пари палець – шток дозволяє зменшити кількість шарнірів, що знижує масу поступально рухомих деталей у цілому, спрощує конструкцію і зрівноважування силового механізму. Лиски на кінцях пальців і відповідні їм пази в штоках збільшують площу взаємного контакту, тим самим, підвищуючи навантажувальну здатність і зносостійкість з'єднання. Зменшення кількості пар тертя, рухомих деталей і маси механізму дозволяє підвищити ефективність застосування силового плоско-важільного чотирьохланкового прямолінійнонаправляючого механізму в багатоциліндрових поршневих машинах. Практична реалізація запропонованого технічного рішення дасть можливість створення поршневих машин з високим механічним коефіцієнтом корисної дії.