Вільнопоршневий двигун внутрішнього згоряння

1 Вільнопоршневий двигун внутрішнього згоряння, що містить, принаймні, одну пару установлених в корпусі циліндрів, з розташованими в кожному з них двома, рухомими у взаємно протилежних напрямках, поршнями, які з'єднані попарно з різних циліндрів кожної пари циліндрів між собою, а також синхронізатор руху поршнів, який відрізняється тим, що циліндри всіх пар циліндрів установлені СПІВВІСНО один одному, а паралельно їх осі розташовані з можливістю відносного переміщення між собою у взаємно протилежних напрямках попарно з'єднаними травер Винахід відноситься до двигунобудування, почасти до вільно поршневих двигунів внутрішнього згоряння (ВПД), компресорів (ВПК) або генераторів струму (ВПГС) Відомий ВІЛЬНО поршневий двигун внутрішнього згоряння, який містить циліндри, що встановлені в корпусі, з опозитно розташованими в кожному з них поршнями, які з'єднані між собою за допомогою штанг і двоплечих важелів, КІНЦІ яких рухомо установлені в шарнірах, що розташовані в центрі штанг (пат США №2233630, F02B75/26, 1939) Недоліком двигуна є конструктивна складність та динамічна неврівноваженість, яка знижує його експлуатаційну надійність Відомий вільнопоршневий двигун внутрішнього згоряння, що містить корпус з циліндрами, в якому розташовані протилежно рухомі один від одного поршні, які жорстко з'єднані між собою за допомогою тронка, а також синхронізатор руху поршней (ас СРСР №1749606, F02B71/00, 1992) Недоліком цього двигуна є обмеженість його використання внаслідок можливості установки в нього тільки однієї пари поршней і одного циліндра зами дві пари поздовжніх штанг, в кожній з яких одна штанга встановлена на такій самій відстані від осі циліндрів, що і друга, при цьому в кожному циліндрі один поршень за допомогою штока з'єднаний з траверзою однієї пари штанг, а другий поршень цього циліндра - з траверзою другої пари штанг, а на траверзах, які з'єднують КІНЦІ кожної пари штанг з одного боку, закріплені СПІВВІСНО циліндрам і коаксіально один відносно одного хвостовики відбору потужності, при цьому, принаймні, один з хвостовиків виконаний трубчастим 2 Вільнопоршневий двигун внутрішнього згоряння за п 1, який відрізняється тим, що обидві пари штанг розміщені у двох площинах, що розташовані під кутом одна відносно другої 3 Вільнопоршневий двигун внутрішнього згоряння за п 1, який відрізняється тим, що обидві пари штанг розміщені в одній площині та коаксіально одна відносно другої Найбільш близьким за технічною суттю і досягнутому результату до технічного рішення, що пропонується, є вільно поршневий двигун внутрішнього згоряння, що містить, принаді, одну пару установлених в корпусі циліндрів, з розташованими в кожному з них двома, рухомими во взаємне протилежних напрямках, поршнями, які з'єднані попарно з різних циліндрів кожної пари циліндрів між собою, а також синхронізатор руху поршней (ас СРСР №1728515, F02B71/00, 1992) У відомому двигуні циліндри кожної пари циліндрів установлені в корпусі паралельно один одному, а поршні в них попарно з'єднані між собою за допомогою зв'язаних один з одним маховиків, шатунів та шарнірів При здійсненні різних тактів роботи за один і той же час на поршні, що розташовані в різних циліндрах діють сили, які різні за величиною і спрямовані в різні боки, паралельно векторам їх руху, рівнодіюча цих сил дорівнює різниці додаваних сил і розташована за межами між циліндрового простору Таким чином, сили, які діють на поршні в різних циліндрах та рівнодіюча цих сил спрямовані вздовж різних О ю о СО ю 53050 ЛІНІЙ дм, які не збігаються одна з одною, це викликає появлення моменту рівнодіючої сили і, як наслідок цьому, вібрацію двигуна, яка, в свою чергу, створює умови для підвищення зносу і зниження його експлуатаційної надійності Завдання сучасного винаходу полягає у створенні вільно поршневого двигуна внутрішнього згоряння, в якому сили, що діють на поршні в різних циліндрах за один і той же час, а також результуюча цих сил спрямовані вздовж однієї лінії дії і виключає, таким чином, умови для виникнення моменту рівнодіючої цих сил, а отже, попереджує вібрацію і знижує, таким чином, знос, а також підвищує його експлуатаційну надійність Поставлене завдання вирішується тим, що у вільно поршневому двигуні внутрішнього згоряння, що містить, принаймні, одну пару установлених в корпусі циліндрів, з розташованими в кожною з них двома, рухомими во взаємно протилежних напрямках, поршнями, які з'єднані попарно з різних циліндрів кожної пари циліндрів між собою, а також синхронізатор руху поршней, ВІДПОВІДНОдо винаходу циліндри всіх пар циліндрів установлені СПІВВІСНО один одному, а паралельно їх осі розташовані з можливістю відносного переміщення між собою во взаємно протилежних напрямках попарно з'єднаними траверзами дві пари поздовжніх штанг, в кожній з яких одна штанга встановлена на одній відстані від ВІСІ циліндрів, що і друга, при цьому в кожною циліндрі один поршень за допомогою штока з'єднаний з траверзою однієї пари штанг, а другий поршень цього циліндра - з траверзою другої пари штанг, а на траверзах, які з'єднують КІНЦІ кожної пари штанг з одного боку, закріплені СПІВВІСНО циліндрам і коаксіальне один відносно одному хвостовики відбору потужності, при цьому, принаймні, один з хвостовиків виконаний трубчастим Обидві пари штанг розміщені або в двох, що розташовані під кутом одна від одної, площинах, або в одній площині та коаксіальне одна від одної Порівняння пропонуемого вільно поршневого двигуна внутрішнього згоряння з відомим (прототипом) свідчить, що новими ознаками тут є такі 1 установлення циліндрів всіх пар циліндрів СПІВВІСНО один одному 2 Обладнання двигуна двома, попарно з'єднаними за допомогою траверз, парами поздовжніх штанг, розміщених паралельно осі циліндрів з можливістю відносного переміщення між собою во взаємно протилежних напрямках, розташування кожної штанги в кожній парі штанг на однієї відстані від ВІСІ циліндрів, а також з'єднання одного поршня в кожному циліндрі за допомогою штока з траверзою однієї пари штанг, а другого поршня в тому же циліндрі - з траверзою другої пари штанг 3 Закріплення на кожній з траверз, які з'єднують КІНЦІ штанг в кожній парі штанг з одного боку, хвостовиків відбору потужності, що розташовані СПІВВІСНО циліндрам і коаксіальне один відносно одному та виконання, принаймні, одного з хвостовиків трубчастим 4 Розміщення обох пар штанг або в двох, розташованих під кутом одна від одної, площи 4 нах, або в одній площині та коаксіальне одна від одної Співвісне установлення циліндрів всіх пар циліндрів створює умови, при яких сили, що діють на поршні в різних циліндрах на один і той же час роботи двигуна, а також рівнодіюча цих сил спрямовані вздовж однієї лінії дії, тобто осьової лінії циліндрів, що виключає, таким чином, виникнення моменту рівнодіючої цих сил, а, отже, і вібрацію двигуна Обладнання двигуна двома, попарно з'єднаними за допомогою траверз парами поздовжніх штанг, які розміщені паралельно ВІСІ циліндрів з можливістю відносного переміщення між собою во взаємно протилежних напрямках, розташування кожної штанги в кожній парі штанг на одній відстані від осі циліндрів, а також з'єднання одного з поршней в кожному циліндрі за допомогою штока з траверзою однієї пари штанг, а другого поршня в тому же циліндрі - з траверзою другої пари штанг забезпечує розкладання сил, що діють на поршні в різних циліндрах, на дві рівні і паралельно спрямовані в тому же напрямку сили з наступним перетворенням їх в результуючу силу, яка також спрямована вздовж осі циліндрів, це виключає умови для виникнення моменту цієї сили, а, отже, і вібрацію двигуна Закріплення на кожній з траверз, які з'єднують КІНЦІ штанг в кожній парі штанг з одного боку, хвостовиків відбору потужності, та розташування останніх СПІВВІСНО циліндрам і коаксіальна один відносно одному і виконання, принаймні, одного з хвостовиків трубчастим забезпечує складання паралельно діючих на траверзах кожного пари штанг сил і розташування рівнодіючої цих сил СПІВВІСНО циліндрам Розміщення обох пар штанг або в двох, розташованих під кутом одна від одної, площинах, або в одній площині та коаксіальне одна від одної забезпечує сприйняття сил, які діють на поршні, однаковими за значеннями на кожній зі штанг кожній їх пари, що виключає перекоси штанг в процесі їх відносного переміщення во взаемо протилежних напрямках і не створює, таким чином, умов для дії бічних навантажень, які могуть визвати появу моменту сил і вібрацію двигуна Аналогічних технічних рішень з схожими ознаками у патентно-інформаційному пошуку не встановлено Це дозволяє зробити висновок, що дане технічне рішення є новим, промислово корисним і мав винахідницький рівень Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг 1 зображена функціональна схема вільно поршневого двигуна внутрішнього згоряння з однією парою циліндрів, на фіг 2 - теж саме, з двома парами циліндрів, на фіг 3 - переріз А - А на фіг 1 з розташованими обома парами штанг в двох, які розміщені під кутом одна від одної, площинах, фіг 4 - 3 розміщенням обох пар штанг в одній площині та коаксіальне одна від одної, на фіг 5 - схема сил, які діють на штанги за один і той же час роботи двигуна на одну пару штанг, фіг 6 на другу пару штанг Двигун містить корпус 1 і принаймні, одну пару, установлених в корпусі циліндрів 2 і 3, з розташованими в кожному з них двома, рухомими во 53050 взаємно протилежних напрямках, поршнями 4 і 5, а також 6 і 7, які з'єднані попарно з різних циліндрів кожної пари циліндрів між собою Циліндри всіх пар циліндрів установлені СПІВВІСНО один одному Паралельно осі І - І циліндрів розташовані з можливістю відносного переміщення між собою во взаємно-протилежних напрямках попарно з'єднаними траверзами 8 і 9, дві пари поздовжніх штанг 10 і 11, в кожній з яких одна штанга встановлена на одній відстані h або Ь від осі циліндрів, що і друга В кожному циліндрі один поршень, наприклад, поршень 4 за допомогою штока 12 з'єднаний з траверзою 8 однієї пари штанг 10, а другій поршень 5 цього циліндра через шток 1 3 - з траверзою 9 другої пари штанг 11 На траверзах 8 і 9, які з'єднують КІНЦІ кожної пари штанг з одного боку, закріплені СПІВВІСНО циліндрам і коаксіально один відносно одному хвостовики 14 і 15 відбору потужності Один з хвостовиків 14, принаймні, виконаний трубчастим Обидві пари штанг 10 і 11 розміщені або в двох, що розташовані під кутом а одна від одної, площинах пп і mm, або в одній площині пп та коаксіально одна від одної При розміщенні в корпусі і двигуна додаткової пари циліндрів 16 і 17 з'єднання їх поршней 18 і 19, а також 20 і 21 з кожною із зазначених пар штанг 10 і 11 здійснюється аналогічним чином, що і поршней 4, 5, 6 і 7 Двигун обладнаний також синхронізатором руху поршней, що виконаний у вигляді пари звернених одна до одної зубчастих рейок 22 і 23, які взаємодіють з шестернею 24, вісь 25 якої закріплена на кронштейні 26, який встановлений в корпусі 1 Одна рейка 22 з'єднана з однією парою штанг 10, в друга рейка 23 - з другою парою штанг 11 Хвостовики 14 і 15 відбору потужності з'єднані з робочою машиною (на креслених не позначений) - вібратором, компресором і т п Робота двигуна здійснюється наступним чином При переміщенні поршней в циліндрах 2 і 3, а також в циліндрах 18 і 19 кожної пари циліндрів, яке здійснюється в процесі виконання робочих і допоміжних тактів з одного крайнього положення (внутрішнього) в друге (зовнішнє), одночасно із зазначеними поршнями здійснюють возвратнопоступне переміщення во взаємно-протилежних напрямках обидві пари штанг 10 111 При здійсненні робочого ходу (такту) в процесі впорскуванні палива в щілини між поршнями, які зведені один до одного, зазначені поршні, наприклад, поршні 4 і 5 в циліндрі 2, рухаються в різні боки Одночасно з переміщенням поршней в крайнє ліве положення, одночасно з ним переміщується також вліво з'єднана за допомогою траверзи 8 і штока із пара штанг 10, а також правий поршень 7 в циліндрі 3 Правий поршень 5 при здійсненні робочого ходу при цьому рухається до крайнього правого положення, разом з ним переміщується також вправо з'єднаний за допомогою траверзи 9 і штока 13 пара штанг 11, а також лівий поршень 6 в циліндрі З Залежно від тактів роботи двигуна (робочий хід, стиск, всасування і т д ) , що здійснюються в циліндрах, на поршні, які розташовані в різних циліндрах, діють сили рушійні Рд і сили опору Рс, що спрямовані в протилежні боки, а також результуюча сила Рр, яка дорівнює різниці (Pq - S Рс), де S Рс - сума сил опору Співвісне розташування циліндрів всіх пар циліндрів створює умови, за яких сили рушійні Pq і сили опору Рс, а також результуюча сила Рр в будь-який період часу будуть спрямовані вздовж осі І - І циліндрів Це вилучає виникнення моменту сили Рр, а, отже, і вібрацію двигуна Кожна пара штанг 10 і 11 в будь-який період часу сприймав одночасно дію як сил рушійних Рд, так і сил опору Рс розташування штанг в кожній парі штанг на ОДНІМ І ТОЙ же відстані h або Ь від осі циліндрів ВІДПОВІДНО і з'єднання одного поршня в кожному циліндрі за допомогою штока і траверзи із одною парою штанг, а другого поршня в цьому циліндрі - з траверзою другої пари штанг забезпечує розкладання сили Pq і Рс, які діють на поршні вздовж, осі І - І циліндрів і паралельно спрямовані в тих же напрямках сили Рд / 2 і Рс / 2 з наступним їх перетворенням в результуючу силу Рр, яка також спрямована СПІВВІСНО циліндрам, це виключає умови для виникнення момента цієї сили Рр, а отже, і вібрацію двигуна Закріплення на кожній з траверз 8 і 9, які з'єднують КІНЦІ штанг кожної пари штанг з одного боку, хвостовиків 14 і 15 відбору потужності, розташованих СПІВВІСНО циліндрам і коаксіально один від одного забезпечує складання сил Рд / 2, які ДІЮТЬ на траверзах кожної пари штанг, в одну силу Рр яка спрямована СПІВВІСНО ОСІ циліндрів Розміщення обох пар штанг або в двох, що розташовані під кутом а одна від одної, площинах пп і mm, або в одній площині пп та коаксіально одна від одної, забезпечує сприйняття сил Рд, які ДІЮТЬ на поршні, однаковими за значеннями на кожній зі штанг кожної пари штанг Це виключає перекоси штанг в процесі їх відносного переміщення во взаємо протилежних напрямках і не створює умов для дії бічних навантажень, які могуть викликати момент результуючої сили, що сприяє вібрації двигуна Корисна потужність, що виробляється двигуном, через хвостовики 14 і 15 передається на робочу машину (вібратор, компресор тощо) При неузгодженому переміщенню поршней в різних циліндрах кожної пари циліндрів здійснюється випереджаюче зміщення однієї пари штанг відносно другої і відносне переміщення однієї зубчастої рейки, наприклад рейки 22, відносно другої рейки 23 Остання за допомогою шестерні 24, яка обертається навколо ВІСІ 26, при цьому получає додатковий імпульс руху в той або інший бік і швидкість поршней, що рухаються во взаємо протилежних напрямках, синхронізується Експериментальні дослідження промислової моделі вільно поршневого двигуна внутрішнього згоряння, що пропонується, свідчать, що рівень вібрації двигуна при цьому знижується в 2,7 - 3,2 рази по відношенню до відомої моделі цього двигуна, а ДОВГОВІЧНІСТЬ його збільшується в 1,35 1,45 рази 53050 J, ФігЗ V 6і Г Фіг2 & f 9 " '** ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 п Фіг 4